Рисунок 2.2 -  Эффект дипольной поляризации (выстраивание молекул вдоль силовых линий)

    При воздействии на крупные молекулы электрическим полем они будут  поворачиваться вдоль силовых линий  электрического поля.

    На  самом деле молекула устроена гораздо  сложнее, чем схематично представлено. На ее поверхности множество по-разному заряженных групп, и все они тянутся и поворачиваются к противоположно заряженному полюсу силового поля, совершая колебательные движения. Доказано, что эти колебательные движения происходят с очень высокой скоростью.

      

    Рисунок 2.2 -  Эффект дипольной поляризации (образование  поверхностных зарядов) 

    5. Конформационный эффект. Под воздействием электрического поля высокой частоты изменяются структуры крупных белковых молекул, что проявляется в изменении ориентировки боковых цепей и может вести к разрыву внутри- и межмолекулярных связей. Это проявится и изменением химических и физических свойств молекул.

    4-й  и 5-й эффекты  иногда объединяют  понятием «осцилляторный эффект». 
 

    

    Рисунок 2.3 -  Конформационный эффект. Изменение структуры белковой молекулы 

    6. Эффект воздействия на структуру воды. Под воздействием физических факторов может происходить изменение структуры воды: рвутся слабые Н-О связи, появляются атомарные Н⁺ и О^2-, затем образуются перекиси, что отражается на химических и физических свойствах воды [·1].

    

    Рисунок 2.4 -  Изменение структуры воды. Разрыв Н-О связей 

    В основе физиологического действия токов  высокой частоты и малой силы лежат рефлекторные явления. Воздействуя на рецепторы кожи или слизистой, эти токи вызывают соответствующие сегментарные и общие рефлекторные реакции, оказывая одновременно и местное воздействие на ткани.

    Электрический ток малой силы не вызывает значительного  образования тепла в ткани. Переменный характер тока не успевает вызвать значительных ионных сдвигов в тканевых мембранах и, соответственно, не возникает мышечная сократимость. При частотах более 100 кГц создаваемые в биотканях токи не способны приводить к возбуждению нервно-мышечных тканей, а значит, не могут быть причиной электротравмы. Это обусловлено тем, что ионные каналы биологических мембран не успевают открываться за столь короткое время [·6].

    При воздействии на тело высокочастотных  колебаний электрического поля высокой напряженности инициируются следующие первичные физические факторы:

    - коронный разряд, возникающий при  приближении газоразрядного электрода  аппарата к поверхности тела;

    - высокочастотный ток, протекающий  в тканях;

    - тепло, выделяющееся в разрядном промежутке;

    - озон и небольшое количество  окислов азота, возникающие в  воздухе под действием коронного  разряда и проникающие в поры  кожи;

    - слабое ультрафиолетовое излучение,  генерируемое коронным разрядом;

    - слабые механические колебания  надтональной частоты в тканях за счет дипольного взаимодействия клеток с переменных электрическим полем (обратный пьезоэлектрический эффект).

    Особенностью  воздействия физических факторов при  коронном разряде, получаемом в процессе дарсонвализации является то, что  разряд развивается не только в воздушном промежутке, но и эндогенно в глубинах биологических тканей. Кожа человека содержит многочисленные выводные протоки потовых и жировых желез, которые являются токопроводящими каналами, заполненные электролитом. В этих каналах и развивается электрический разряд с образованием электромагнитных излучений и ультразвуковых колебаний, которые осуществляют своеобразный дренаж выводных протоков. Электромагнитные излучения различного диапазона, возникающие в глубинах тканей, стимулируют обмен веществ, тканевое дыхание, нормализует деятельность вегетативной нервной системы, деятельность эндокринных желез, способствуют частичному рассасыванию солевых конгломератов в суставах, регенерируется поврежденная ткань.

    Электрический коронный разряд, а также непосредственно ток раздражают рецепторы кожи и слизистой оболочки, оказывая рефлекторное влияние на различные системы организма, в первую очередь, на вегетативную нервную систему. В связи с этим расширяются капилляры и артериолы, повышается тонус вен, улучшается крово- и лимфообращение.

    Тепло, возникающее в толще ткани  и внутри больных органов, намного  лучше и мягче прогревает их, чем  тепло, приложенное снаружи тела. Тепло дает дополнительную энергию, которой не хватает клеткам и  органам для борьбы с болезнью. При этом улучшаются обменные процессы и трофика тканей, уменьшаются застойные явления, боли, зуд, ускоряется рассасывание инфильтратов, излечиваются воспалительные процессы.

    Слабые  механические ультразвуковые колебания, проникающие в толщу тканей, дают небольшой массажный эффект, а также приводят к возникновению акустических микропотоков, следствием чего является изменение пространственных взаимоотношений структурных элементов клетки (органелл, мембран), что влечет за собой сдвиг в лучшую сторону обменных процессов.

    Слабое  УФ-излучение и озон оказывают  мощное бактерицидное воздействие, которое способствует активизации  обменно-трофических процессов в  тканях, лучшему очищению и заживлению ран и язв, быстрому снятию воспаления, ускорению процессов регенерации и восстановлению функций [·7]. Было установлено, что кривая гибели бактерий под действием УФ-излучения подобна спектру поглощения нуклеиновых кислот. Следовательно, гибель бактерий обусловлена повреждением именно нуклеиновых кислот [·9].

    Oзон более эффективен во влажной среде, так как при разложении озона в воде образуется высокореакционный гидроксильный радикал. Озон убивает все виды бактерий, вирусов, грибов и простейших. При этом, в отличие от многих антисептиков, озон не оказывает разрушающего и раздражающего действия на ткани, так как клетки многоклеточного организма имеют антиоксидантную систему защиты. Обнаружено проникновение озона внутрь микробной клетки, вступление его в реакцию с веществами цитоплазмы и превращение замкнутого плазмида ДНК в открытую ДНК, что снижает пролиферацию бактерий.

    Озон  окисляет липоевую кислоту, которая  вступает в реакцию с активированной формой ацетальдегида. В результате отмечено снижение уровня липидов в плазме крови (особенно холестерина и атерогенных фракций липопротеидов), а также углеводов и ряда недоокисленных продуктов. Обнаруженный механизм действия озона очень важен, так как может влиять на развитие атеросклеротического поражения сосудов. Кроме того, снижение содержания холестерина в мембранах приводит к нормализации текучести мембран, гемореологии, функционирования мембраносвязанных ферментов и сопровождается заметным клиническим улучшением[·10]  
      Эффект лечения зависит также от дозы и индивидуальной реактивности больных на физиотерапевтическое воздействие.

    Единичные и кратковременные физиотерапевтические воздействия вызывают непродолжительные и нестойкие изменения в организме. Стойкий лечебный эффект возможен только в результате курсового применения физиотерапевтических факторов, что связано с формированием более высокого уровня функционирования адаптационных систем организма (общих и местных).

    В ходе эволюции рецепторная система сформировалась таким образом, что она реагирует только на наиболее значимые сигналы малой интенсивности.

    Существуют  результаты экспериментальных исследований, которые указывают на наличие резонансных параметров облучающего излучения, при которых реализуются и, соответственно, наблюдаются результаты воздействия. Наличием резонансных параметров можно объяснить существо бимодальных дозовых зависимостей [·11].

    Экспериментально  определены приблизительные резонансные  частоты в Гц некоторых структур живой клетки: соматическая клетка - 2,39× 10¹²; ядро соматической клетки - 9,55× 10¹²; митохондрии из клетки печени - 3,18× 10¹³; геном клетки человека - 2,5× 10¹³; хромосома интерфазная - 7,5× 10¹¹; хромосома метафазная - 1,5× 10¹³; ДНК - (2...9) × 10⁹; нуклеосома - 4,5× 10¹⁵; рибосомы - 2,65× 10¹⁵; клеточные мембраны - 5× 10¹⁰; цитоскелет - 10⁸; эритроциты - (3,5...4,0) × 10¹⁰ [·12].

    Одной из главных особенностей реализации резонансных воздействий является мизерная мощность и малое время облучения. Так, аппараты для физиотерапии работают при сверхмалой плотности потока мощности приблизительно 10^-17 Вт/см² [·12] в течение нескольких  минут.

    Принцип малых дозировок подразумевает использование с лечебно-профилактическими целями физиотерапевтических факторов небольшой интенсивности. Он базируется на результатах клинико-экспериментальных исследований, убедительно продемонстрировавших преимущества применения физических факторов не в больших, а в малых дозировках. В частности, малые дозы физической энергии, являющиеся адекватными состоянию больного физико-химическими раздражителями, в отличие от высокоинтенсивных воздействий способны стимулировать собственные защитные силы организма, оказывать регулирующее влияние на метаболизм и функции организма, вызывать тренирующее и гомеостатическое действие, проявлять специфическое действие на различных уровнях жизнедеятельности.

    Воздействия же физических факторов в больших  дозировках сопровождаются чаще неспецифическими (тепловыми) эффектами, могут приводить к стрессовым реакциям или даже вызывать различные повреждения.

    В ряде случаев физиотерапевтические факторы даже в малых дозах  вызывают избыточную физиотерапевтическую реакцию с развитием симптоматики вегетативного криза, что может быть обусловлено изменением общей реактивности больного.

    Перед назначение той или иной физиотерапевтической процедуры и установлением дозы воздействия необходимо составить  четкое представление о состоянии  реактивности больного. Передозировка  приведет к развитию вегетативных кризов, а при недостаточной дозе не будет лечебного эффекта. Степень реактивности больного можно определить с помощью провокационных вегетативных проб – адреналиновой, инсулиновой, ортостатической, а также методом кардиоинтервалографии (КИГ).

    Процедуры местной дарсонвализации  дозируют по величине выходного напряжения и ее длительности. Воздействия могут быть слабыми, средними или сильными. При этом обязательно ориентируются на ощущения больного. Продолжительность процедуры определяется из расчета 3-5 мин на 200-300 см² площади воздействия, но не должна превышать 15 мин [·1].

    Необходимо  всегда помнить, что лечебные возможности  современной физиотерапии очень  велики, но, как и каждый активный метод лечения, она требует квалифицированного и осторожного подхода.

При воздействии  на тело высокочастотных колебаний  электрического поля высокой напряженности  можно выделить следующие параметры, которые будут контролироваться в данной работе:

    -  электрический потенциал на поверхности биоткани;

    - плотность тока в верхних слоях  кожи и подкожно-жировой клетчатке (именно там расположены кровеносные сосуды и нервные окончания, рецепторы которых блокируются при воздействии электрического тока рефлекторно обеспечивая противоболевой эффект);

    - температура нагрева БО. 

 

3 Разработка математической модели и метода расчета воздействия ВЧ электрических полей на биологические структуры

3.1 Разработка математической модели

    Теоретической основой расчета распределения  ЭП в средах являются уравнения Максвелла, которые в принятых обозначениях имеют вид:

    rot E = - dB/dt – обобщение закона электромагнитной индукции;

    div D = r - обобщение закона электростатической индукции;

    rot H = j + dD/dt – обобщение закона полного тока;