Резонансне поглинання енергії

Групи атомів, які входять до структури біологічно актив­них молекул, мають власні частоти збудження і поглинан­ня енергії (переважно частоти відносяться до коливально-обертальної області спектра). ПриУВЧі особливо приКВЧ і НВЧ методикахспостерігається резонансне поглинан­ня енергії без підвищення температури, що призводить до структурно-функціональних змін біоло­гіч­но активних мо­­лекул.

5.2.3.Теплова дія емп на бт

Тепловий ефект струмів провідності. Кількість ви­ді­ле­ної теплоти при наявності струмів провідності визначається за законом Джоуля–Ленца:

Q = I ²Rt = IUt.

Тепловий ефект можна оцінити за питомою кількістю те­пло­ти, яка виділяється в одиниці об’єму за одиницю часу:

.

Враховуючи співвідношення: I = jS; U = El; V = Sl; E = j, отримуємо просту формулу, яку ще називають зако­ном Джо­уля–Ленца у диференційній формі:

q =j² = jE . (5.2)

З цієї формули випливає: а) чим більша густина струмів про­від­ності у середовищі, тим ефективніше відбувається про­­грівання тканин; б) при одній і тій самий густині струмуj більше нагріваються тканини, що мають більший питомий опір. Відповідно, нагріва­ють­ся сильніше кістки, шкіра та ін­­ші поверхневі ділянки тканин і слабко нагріваються ткани­­ни внутрішнього середовища (кров, клітинна і позаклі­тин­­на рідини, м’язи тощо).

Тепловий ефект дії вихрових струмівможна оцінити за цією ж формулою (5.2), визначивши густину вихрових стру­мів з (5.1):

j = I/S, q = [SB/R()]² = k²B²/,

де k– коефіцієнт, який залежить від геометричних розмірів ділянки й електродів.

Висновок: індукційні струми прогрівають середовища, які мають малий питомий опір, тобто ділянки, в яких виника­ють ці струми (кров, лімфа, м’язи тощо).

Тепловий ефект струмів зміщення. Скориставшись зако­ном Джоуля у виглядіq = jE, для випадку гармонічного за­кону зміни електричного поляЕ= Е₀sin t, отримаємо:

Q=IUt~j_зм Et,

Q  j_змE ~ E(dD/dt) ~ ₀E².

Отже,прогрів тканин струмами зміщення залежить від ве­личини напруженості електричного поля, частоти його змі­ни і діелектричних властивостей середовища. Зокрема, для діелектрика, який знаходиться в однорідному полі конден­сатора, величинаqвизначається за формулою:

q = k()E² tg, (5.3)

де  – кут діелектричних втрат, який характеризує різницю фаз коливань напруженості векторівЕ і дипольного моментуР;k() – коефіцієнт пропорційності, якийузагальному ви­падку залежить від частоти.

Струми зміщення викликають ефективний прогрів як тка­­нин, котрі є діелектриками, так і тих, які мають добру елек­тропровідність, чим і обумовлене широке використання УВЧ-, НВЧ-методик прогріву біологічних тканин.

5.2.4.Специфічна дія емп на біологічні тканини

Дія ЕМП на біологічні тканини може викликати:

1. Зміну структури біологічно активних молекул (біл­ків, лі­підів, нуклеїнових кислот тощо) за рахунок:

а) виділеного тепла і нагріву тканин вище допустимої тем­ператури (наприклад, можлива денатурація білків);

б) резонансного поглинання енергії ЕМП (конформа­цій­ні зміни структури, виникнення вільних радикалів тощо);

в) поляризації (розрив водневих зв’язків, порушення гід­ро­фоб­них і гідрофільних взаємодій).

Таблиця 5.1.

№	Метод	Діючий фактор	Час­тота	Ефекти у бі­о­ло­­гіч­них тка­нинах
1.	Гальвані­за­ція, елек­тро­­­форез	Постійне ел. поле Постійний ел. струм I = 10 mA, U = 60–80 B	0	Поляриза­цій­­ні ефекти
2.	Франкліні­зація (стат­душ)	Постійне ел. поле ви­сокої напруже­нос­ті Е = 104–106 В/м	0	Поляриза­цій­ні ефекти
3.	Електро­сти­­му­ляція	Імпульсні струми	1–150 Гц	Подразнення
4.	Дарсонва­лі­зація: а) ло­­кальна б) загальна	Низькочастот­ний роз­ряд, аероіони, змін­­не магнітне поле (індукційні струми)	110 кГц 440 кГц	Под­раз­нен­ня нер­во­вих ре­цеп­то­­рів шкі­­ри або слизо­вих оболо­нок. Зміна магніт­них властивос­тей біо­ло­гіч­но активних моле­кул
5.	Діатермія: - хірургіч­на - терапев­тич­­на	Високочастот­ний ел. струм	0.5–2 МГц	Виділення теплоти q =  j2
6.	Індуктотер­мія	Змінне магнітне поле (індукційні струми)	10–15 МГц	Виділення теплоти q ~ B22/
7.	УВЧ-терапія	Змінне ел. поле (струми зміщення)	40–300 МГц	Виділення теплоти q ~ 2E2 Резонансне поглинання q ~ 0E2tg
8.	Мікрохви­льова терапія	Електромагніт­ні хви­лі НВЧ-діапазо­ну (стру­ми зміщен­ня). Резо­­­нанс­не поглинання	104–106 МГц 50–60 ГГц	Виділення теплоти q ~ EH Специфічна нетеплова дія

2. Зміну мембранних процесів за рахунок:

а) зміни локальних концентрацій іонів (при об’ємній по­ляризації);

б) дії зовнішнього ЕП, напруженість якого зрівняна з на­пруженістю поля мембран, що є причиною порушення ро­боти іонних насосів, процесів електродифузії.

3. Зміну швидкостей хімічних реакцій (зміна кінетики фер­ментативних процесів), що в кінцевому результаті призво­дить до порушення процесів біоенергетики, метаболізму, син­тезу біологічно активних молекул та ін.

Виявом специфічної дії ЕМП на БТ є виникнення подраз­нення, скорочення, секреції, болю, паралічу;можлива за­гибель внаслідок спотворень біологічно важливих проце­сів у клітинах і внутрішньоклітинних структурах під дією ЕМП.

На закінчення наведемо сумарні відомості щодо медичних методик, в яких використовуються електричне, маг­ніт­не та електромагнітне поля (див. табл. 5.1).