2. Семінар “Взаємодія електромагнітного поля з біологічними тканинами”

(скорочення в тексті: ЕМП – електромагнітне поле, ЕП – еле­ктричне поле, МП – магнітне поле, БТ – біологічні тканини)

Контрольні питання для підготовки до семінару

1. Основні характеристики ЕМП.

2. Основні процеси, які обумовлюють дію ЕМП на БТ:

2.1. Виникнення електричних струмів:

а) іонні струми провідності (постійні, змінні: низько- та висо­ко­час­тотні);

б) індукційні струми;

в) струми зміщення.

2.2. Явища поляризації.

2.3. Резонансне поглинання енергії ЕМП.

3. Основні фізіотерапевтичні методики, які використовують елек­трич­­ні стру­ми; явища поляризації та резонансне поглинання енер­­гії ЕМП з лікувальною метою.

4. Теплова дія ЕМП на БТ:

4.1. Кількість теплоти, яка виділяється при діатермії, індук­то­тер­мії, УВЧ- і НВЧ- терапії.

4.2. Механізм прогрівання тканин, котрі мають різну електро­про­від­ність (діелектриків, низько- та високоомних провідників).

5. Специфічна дія ЕМП на БТ. Фізичні основи процесів, які викли­ка­­ють зміну структури біологічно активних молекул, функцій біо­­логічних мембран, кіне-тики ферментативних процесів тощо.

5.2.1.Основні характеристики емп

Напруженість Е –векторна силова характеристика елек­­трич­ного поля; вона чисельно дорівнює силі, яка діє на оди­ничний точковий позитивний заряд, вміщений у дану точку поля:

Е = F/q.

При дії ЕП напруженість поля є основним вражаючим (чи лікувальним) фактором, тому що саме сили електричного поля змушують рухатися заряди (чи системи зарядів) у БТ (мембранах, клітинах, плазмі тощо), викликаючи широкий спектр явищ: слабке подразнення, біль, опік, загибель тощо.

Вектор електричної індукціїD– характеристика електричного поля, яка визначається кількістю і розташуванням джерел ЕП у просторі:

D = ₀E + P;P = ₀E; D = ₀E + ₀E; D = ₀E,

де P– вектор поляризації, P=  ₀ · ·E,– діелектрична проникність,– діелектрична сприйнятливість (= + 1).

Потенціал ,різниця потенціалівU = ₁ – ₂– енергетич­­ні характеристики ЕП; вони визначають роботу сил елек­трич­ного поля по переміщенню електричного зарядуq з точ­ки, потенціал якої₁, в точку з потенціалом₂:

А=q(₁–₂).

Електричний струм– впорядкований рух заряджених час­­тинок, характеризується силою струмуІ = dq/dtта густиною струму j. Густина електричного струмуj– характери­зує величину заряду, котрий переноситься за часtчерез оди­­ничний поперечний переріз S провідника:

j = I/S  j = (1/S) dq/dt.

Густина струму визначається концентрацією вільних но­­сіїв електричного заряду n, їх зарядомeZта швидкістю впо­­рядкованого руху:

j =n ·eZ·υ.

Нагадаємо зв’язок міжЕ,,j,I:

E = –, j = E, j = –.

Магнітна індукція В– векторна силова характеристика маг­нітного поля; вона може бути визначена через силу F,що діє з боку МП на рухомий електричний зарядqчи на елемент струмуІdl. Величина вектораВвизначається також відношенням максимального моменту силМ, які діють на рам­ку зі струмомІу магнітному полі, до магнітного моментуР_мрамки зі струмом (P_м = IS):

, ,.

У речовині вектор магнітної індукції Вє сумою двох век­торів: напруженостімагнітного поля Hінамагні­чу­ван­ня J. ВекторНвизначає той внесок у магнітну індукціюВ, який дають зовнішні джерела струму,J– характеризує маг­ніт­не поле, котре створене рухомими зарядами в речовині. Напруженість магнітного поляНхарактеризує розподіл дже­­рел МП у просторі. В результаті маємо

B = ₀H + J; J = ₀H; B = ₀H + ₀H; B = ₀H,

де J– вектор намагнічування;– магнітна проникність речо­вини (); – магнітна сприйнятливість речови­ни;₀ = 410^–7 Гн/м – магнітна стала.

Між характеристиками змінного ЕП (векторами ЕіD) та характеристиками МП (векторамиНіВ) існує зв’язок, який у теорії ЕМП задається рівняннями Максвелла.