Лазери.

В оптичному діапазоні створені в 1960 р. Щоб отримати лазерне випромінювання, треба створити перенаселену, тобто інакше інверсну залежність деякого енергетичного рівня. Індукованим (вимушеним)випромінюванням називають випромінювання збуджених атомів під впливом світла (фотонів).

Принцип отримання інверсної заселеності такий: застосовуються метод трьох рівнів, підбирається така активна речовина, в атомах якої є рівні з великим часом «життя». Приклад: рубіновий лазер. Рубін – це кристал оксиду алюмінію Al₂O₃ з домішками атома хрому, які і є активною речовиною.

3

Навколо рубінового стрижня у вигляді спіралі розміщена лампа накачування. При спалаху лампи атоми хрому переходять в стан 3 (λ=0,56٠10 ^-6 м), з коротким часом життя 10^-8 с, а потім без випромінювання переходить в стан 2. (t= 10^-3 с), де накопичується >50%. Перший же фотон спонтанного переходу 2→1 викликає індуковане випромінювання (в ньому задіяні фотони, що рухаються паралельно вісі).

Властивості лазерного випромінювання:

Висока напрямленість;

Монохроматичність і когерентність;

Висока напруженість.%

В медицині застосовуютються:

В ролі скальпеля;

Для за живлення трофічних виразок;

Точкове приварювання сітківки ока;

В ендоскопічній апаратурі видаляють пухлини, поліпи;

Світлом гелій-неонового лазера опромінюють кров внутрішньовенно через світловід для збільшення кисневої ємності.

Люмінесценція.

Випромінювання світла різними речовинами, яке не зумовлене їхнім нагріванням до високої температури, називається холодним свіченням речовин, або люмінесценцією. Речовини, які випромінюють світло в холодному стані, одержали назву люмінофорів.

Люмінесцентне випромінювання виникає після того, як атоми чи молекули люмінофора одержали ззовні деяку кількість енергії. На відміну від звичайних речовин (не люмінофорів), ця енергія не перетворюється на теплову енергію (і тому температура люмінофорів не підвищується), а зосереджується в електронних оболонках їхніх атомів чи молекул. Отже, ця енергія є надлишковою порівняно з тепловою енергією люмінофорів і випромінюється у вигляді світлових квантів упродовж деякого проміжку часу. Тривалість після свічення залежить від природи люмінофора й може змінюватися в широких межах – від мільйонних часток секунди до кількох годин і навіть діб.

Залежно від способу, яким спричинюється холодне свічення речовин, розрізняють кілька видів люмінесценції.

1. Хемілюмінесценція виникає за рахунок енергії, яка вивільнюється під час хімічних реакцій. До неї, зокрема, належить і свічення багатьох біологічних об’єктів – біолюмінесценція. Так, білий фосфор, повільно окислюючись у повітрі, інтенсивно випромінює холодне світло. Холодне світло випромінюють багато видів комах і морських риб, деякі види грибів, шматочки гниючої деревини й окремі види бактерій. Колонії таких бактерій виявлені на голові глибоководних риб. Бактерії використовують рибу як транспортний засіб, а риби освітлюють у такий спосіб собі дорогу в морських глибинах.

2. Електролюмінісценція – холодне свічення, що виникає під дією електричного поля. Цей вид люмінесценції, зокрема, спостерігається під час коронного й тліючого розрядів у газах.

3. Фотолюмінесценція – холодне свічення, що виникає під час опромінювання люмінофорів видимими, ультрафіолетовими й рентгенівськими променями. Її можна спостерігати при опромінюванні сульфіду цинку, платиносиньородистого барію, гасу, вілеміту, деяких органічних барвників та багатьох інших речовин.

Розрізняють два види фотолюмінесценції: флюоресценція й фосфоресценція. Флюоресценція – це короткочасне холодне свічення, тривалість якого не перевищує 10^-3с. Фосфоресценція – це тривале холодне свічення тіл, у яких час післясвічення сягає від кількох секунд до кількох діб. Принципового розходження між цими видами люмінесценції немає, вони різняться тільки тривалістю післясвічення.

Крім цих трьох видів люмінесценції, розрізняють ще радіолюмінесценцію й катодолюмінісценцію. Радіолюмінесценція виникає під дією радіоактивного випромінювання, а катодолюмінісценція – під дією катодних променів, тобто електронних пучків.

2. Усі спроби пояснити явище люмінесценції, виходячи з електромагнітної теорії світла, виявилися безуспішними. Згідно з цією теорією, видиме випромінювання тіл може виникати лише при високих температурах і, отже, холодного свічення в природі взагалі не може бути. Але насправді воно є й існувало завжди, мабуть, з тих пір, як у Всесвіті виникла Сонячна система. Квантова теорія Бора це явище пояснює так.

Припустимо, що атом люмінофора має 5 енергетичних рівнів. У разі поглинання фотона атом переходить у збуджений стан. Однак цей стан нестійкий, і атом переходить у більш стійкий стан, випромінюючи при цьому надлишок енергії у вигляді світлового кванта. Так виникає холодне свічення тіл. Процес випромінювання холодного світла може йти прямо: електрони відразу переходять зі збудженого стану в основний. У цьому випадку молекула люмінофора випромінює квант такої самої енергії, який вона поглинула. У деяких люмінофорів процес випромінювання може мати каскадний характер: атоми поступово переходять із найвищого енергетичного рівня на нижчі, поки не опиняться на першому рівні.

Величина випромінювання квантів ξ₂ у більшості випадків менша, але інколи буває й тотожна енергії ξ₁ поглинутого кванта: ξ₂ < ξ₁ або hc/λ₂ < hc/λ₁, звідки λ₂ < λ₁. Таким чином, довжина світлових хвиль, що випромінюються люмінофором, завжди більша або дорівнює довжині світлових хвиль, що падає на нього. Це правило, встановлене експериментально англійським фізиком Дж.Стоксом (1819-1903) у 1852р., й названо на його честь правилом Стокса.

У більшості випадків деяка частка енергії поглинутих квантів, перетворюється на внутрішню енергію люмінофора, й тому, як правило, атоми люмінофорів випромінюють кванти світла меншої енергії, ніж поглинають. Але в деяких випадках люмінесценція може відбуватися і всупереч правилу Стокса (антистоксове випромінювання). Це пояснюється тим, що в деяких люмінофорів атоми можуть одержувати енергію не лише за рахунок квантів, які поглинаються, а й від сусідніх атомів унаслідок їхнього коливального руху. Маючи надлишкову енергію, такі атоми переходять на вищі енергетичні рівні, й тому енергія квантів, що випромінюються ними, виявляється більшою від енергії поглинутих квантів.

3. Пізнавши природу люмінесценції й установивши основні закони, які управляють її енергетикою, фізики зрозуміли, що це явище можна використати для освітлення. Принципово нове джерело світла назвали люмінесцентною лампою. Першу в світі люмінесцентну лампу (лампу денного світла) розробила група радянських фізиків під керівництвом акад.С.І.Вавилова в 30-х роках минулого століття.

Люмінесцентна лампа являє собою скляну трубку, в яку з обох кінців упаяні вольфрамові електроди у вигляді двох дротяних спіралей або дротинок. Внутрішня поверхня трубки покрита тонким шаром люмінофора, до складу якого входить кілька хімічних сполук. З трубки відкачують повітря й під невеликим тиском заповнюють аргоном і вводять кілька крапельок ртуті.

При вмиканні лампи в освітлювальну мережу вольфрамові електроди розжарюються й з них вилітають електрони. Під дією електричного поля вони набувають великої швидкості і, зіштовхнувшись із нейтральними атомами аргону, іонізують їх. В аргоні виникає тліючий розряд, при цьому газ нагрівається й крапелька ртуті випаровується. Атоми ртуті, перебуваючи в електричному полі, переходять з нормального стану в збуджений і випускають ультрафіолетові промені, які поглинаються атомами люмінофора, й він випромінює холодне світло. Хімічний склад люмінофора підбирають таким, щоб випромінюване ним світло було наближене до сонячного.

Проте підібрати такий склад люмінофорів, щоб спектр їхнього випромінювання був тотожнім зі спектром сонячного світла, дуже складно, тому люмінесцентні лампи випускають двох типів: лампи холодного й теплого світла. Перші з них випромінюють світло, в якому переважають сині й фіолетові промені (холодне світло), а в других переважають жовті, оранжеві й червоні промені (тепле світло). Лампи обох типів монтують на спільній основі або поряд одна з одною і разом вони дають світло, спектр якого наближений до сонячного.

4. Дослідження, виконані акад.С.І.Вавиловим, показали, що спектральний склад люмінесцентного випромінювання є індивідуальним для кожної речовини. Завдяки цій обставині він розробив методи люмінесцентної мікроскопії й заклав основи люмінесцентного аналізу – визначення хімічного складу різних речовин за спектром їхнього люмінесцентного випромінювання.

Для цього речовину опромінюють ультрафіолетовими променями. Люмінесцентне випромінювання, яке при цьому виникає, вивчають за допомогою спеціального люмінесцентного мікроскопу (мікроаналіз) або спостерігають неозброєним оком (макроаналіз) залежно від розмірів досліджуваного об’єкта. Люмінесцентний аналіз набув широкого застосування в медико-біологічних дослідженнях, гігієні та судовій медицині.

Під дією ультрафіолетових променів випромінюють холодне світло різні тканини людського організму (нігті, зуби, склера, кришталик) і багато мікроорганізмів (бактерії прокази, дифтериту, туберкульозна паличка тощо). Це дає змогу за допомогою люмінесцентного аналізу проводити важливі мікробіологічні дослідження, якщо звичайна мікроскопія виявляється менш ефективною. У гігієні методу люмінесцентного аналізу визначають міру придатності багатьох продуктів харчування. Цим же методом визначають ступінь чистоти лікарських препаратів, наявність вітамінів чи отрути в продуктах харчування.

Розглянемо більш детально застосування в медицині хемілюмінесценції. Спонтанна хемілюмінесценція ділиться на три основних види:

мітогенетичне випромінювання – це ультрафіолетове випромінювання (190-320НМ), субстратом якого є білки і вуглеводи; воно стимулює клітинне ділення;

біолюмінесценція – сприймається оком (420-710НМ), про нього сказано вище. В усіх випадках біолюмінесценція є результатом ферментативного окислення особливих речовин – люциферинів. Природа люциферину в різних видах організмів може бути різною: люциферин світляків близький до рибофлавіну, а люциферин бактерій – до флавинмононуклеотиду. Люциферин виділили у чистому виді і світіння відтворене у розчині;

надслабке світіння - це випромінювання живих організмів, тканин, клітин, їх гомогенатів і деяких біосубстратів у видимій і інфрачервоній області спектра (360-800НМ). Його можна зареєструвати за допомогою спеціального приймача випромінювання – фотоелектронного примножувача.

Надслабке світіння притаманне багатьом реакціям в біологічних об’єктах. Б.Н.Тарусов і А.І.Журавльов показали, що світіння тканин зв’язане з неферментативним окисленням ліпідів, яке неперервно протікає в нормі в усіх тканинах і є одним з показників гомеостазу (стану динамічної рівноваги системи).

Були проведені дослідження світіння плазми і сироватки крові в умовах стресу і при різних захворюваннях. При стресі інтенсивність світіння плазми крові зростає, що вказує на підсилення в крові активності вільно радикального окислення, при цьому продукти окислення підсилюють деструктивні процеси в клітинах.

При запальних процесах в легенях відбуваються подібні процеси і світіння посилюється.

При злоякісних пухлинах світіння сироватки залежить від фази розвитку пухлини: в період росту пухлини світіння знижене, а у фазі розпару пухлини – збільшене порівняно з нормою.

У хворих на туберкульоз легень світіння сироватки підвищене.

Самостійна робота №10.

Тема: «Люмінесцентні методи в медичних та біологічних дослідженнях».

Література: А.Ф.Шевченко «Основи медичної і біологічної фізики», ст..550 – 551; В.П.Марценюк та ін.. «Медична біофізика і медична апаратура», ст..224 – 225, 329.

Питання.

1.Що таке фотолюмінесценція і які її види, чим вони відрізняються?

2.Яким чином найчастіше викликають фотолюмінесценцію при медико – біологічних дослідженнях?

3.Опишіть чотири приклади застосування фотолюмінесценції в медико – біологічних дослідженнях.

4.Наведіть приклади застосування хемілюмінесценції в медико – біологічних дослідженнях.

Теоретичні відомості.

При люмінесцентному аналізі в хірургії в основному приходиться мати справа з фотолюмінісценцією, одержуваної під дією ультрафіолетових променів.
При фотолюмінісценції частка починає інтенсивно світитися в результаті захоплення квантів активуючого світла. Причому, повертаючись до вихідного стану, він віддає отриману енергію у виді світла, довжина хвилі якого більша довжини хвилі джерела порушення.
Тарьян вважав, що порушення, чи іонізація електронів, завжди є первинним процесом виникнення люмінесценції. Розрізняють два типи люмінесценції - флуоресценцію і фосфоресценцію.
Флуоресценція - це світіння, що спостерігається під час активації, а фосфоресценція - світіння, що продовжується деякий час після припинення активації. В медицині надають більшу перевагу флуоресценції.

В.А. Юсін виділяє три види люмінесценції: вільну, або первинну, масковану та вторинну, або експериментальну.

Вільна, люмінесценція відзначається в тому випадку, коли в досліджуваному матеріалі вже маються активні флуорохроми. Маскована люмінесценція спостерігається тоді, коли під впливом хімічних процесів раніше неактивні флуорохроми переходять в активні. Вторинна, чи експериментальна, люмінесценція має місце, коли в організм або у досліджуваний матеріал попередньо вводять флуорохроми (офарбовують його).

Історія люмінесцентного аналізу пов'язана з розвитком навчання про люмінесценцію взагалі.

Початок розвитку цього методу відноситься до глибокої старовини. Віками люди спостерігали за світінням у темряві гнилого дерева, комах, однак природа цього явища тривалий час залишалася нерозкритої. Рукописні зведення про люмінесценцію починаються з Каскаріоло, що у 1604 р. синтезував першу штучну речовину здатну до люмінесценції (болонский фосфор).

Пізніше алхіміки відкрили цілий ряд мінералів, що світяться в темряві. Досвід обмежувався якісними спостереженнями і складанням хімічних рецептів фосфорів.

Перший крок у дослідженні люмінесценції зробив російський академік В.В. Петров. Він вивчав біологічну тканину (гниюче м'ясо, рибу та ін.) і підійшов до проблеми світіння винятково з хімічної точки зору. На підставі цих дослідів В.В. Петрову вдалося відокремити хемілюмінесценцію від фотолюмінісценції.

Гершель у 1800 р. відкрив інфрачервоні промені. Це навело на думку про те, що до фіолетової частини спектра примикає область невидимих променів, що незабаром були виділені і названі ультрафіолетовими. В.В.Петров у 1802 р. винайшов дугову лампу, що являлася могутнім джерелом ультрафіолетових променів. Наприкінці XІХ ст. з'являються перші дисертаційні роботи з застосування люмінесцентного аналізу, що стосуються вивчення біологічних об'єктів.

У 1903 р. Вуд запропонував виділяти потрібний для люмінесценції спектр променів, використовуючи для цього спеціальний фільтр. Користуючись цим фільтром, автор вивчав флуоресценцію шкіри, волосся, зубів. У 1918 р. він описав флуоресценцію кришталика ока людини.

Справжнім поштовхом до практичного застосування люмінесцентного аналізу в медицині і біології варто вважати введення в методику дослідження скляних фільтрів, поява кварцових ламп, а згодом і винахід зручної аналітичної лампи. Перший патент на ртутну лампу низького тиску отриманий російським професором Рєп’євим. У 1925 р. фірма "Hanay" використовувала чорне скло в аналітичній кварцовій лампі. Вітчизняна промисловість випустила кольорові скельця марки УФС, призначені для виділення ультрафіолетового випромінювання.

Із створенням компактної апаратури різко збільшилося число робіт з люмінесцентного аналізу в біології і медицині. Метод виявився особливо коштовним у тих випадках, коли характер завдань, що вирішуються, вимагав використовувати специфічні переваги люмінесцентного аналізу й у першу чергу його велику чутливість.

З 20-х років ХХ ст. посилено розвивається наукове вивчення власного світіння (первинної люмінесценції) біологічних тканин.

У цей період дослідники користалися найбільш простим і легко доступним прийомом - безпосереднім спостереженням люмінесценції досліджуваного об'єкту.

Оскільки теоретичні уявлення про люмінесценцію ще тільки формувались, те і розвиток люмінесцентного аналізу в хірургії йшло в основному методом експериментів. У цей період широко вивчається власне світіння тканин і органів, вилучених при операції. Відкрите положення і доступність зовнішніх покривів дозволили досліджувати патологічні процеси, що локалізуються в шкірі.

Вторинна люмінесценція з'являється після фарбування тканин організму спеціальними барвниками - флуорохромами. Флуорохром, уведений в досліджуваний об'єкт у незначних кількостях, значно підсилює світіння і додає йому характерний колір. Вторинна люмінесценція відкриває великі перспективи для дослідження багатьох захворювань людини, хімічних компонентів клітки і міжклітинної речовини.

У 50-х роках зникли сумніву щодо надійності люмінесцентного методу. Конкретні методики стали розроблятися на високому теоретичному рівні з використанням сучасної апаратури, виявилися можливості і перспективи цього методу в медицині. Висловлено позитивні думки про застосування вторинної люмінесценції в різних галузях хірургії.

Успіх сучасного люмінесцентного дослідження значною мірою пов'язаний із застосуванням флуоресцеїну, а ефективність люмінесцентного дослідження – з можливістю створення достатньої концентрації флуорохрому в ураженій тканині. Останнє ж залежить від способів уведення флуорохрому, тому що кожний з них у неоднаковому ступені забезпечує досягнення необхідної концентрації препарату у вогнищі ураження й у крові.

Варто сказати, що в різні періоди часу хірурги використовували при вивченні вторинної люмінесценції місцеве зрошення флуорохромом досліджуваних поверхонь для виявлення поверхневих виразок, пероральне і парентеральне введення препарату. Флуорохроми вводили в просвіт порожнистих органів, у тканину, у спинномозковий канал.

На початку ХХ ст. дослідники вивчали фізіологічні процеси, що відбуваються в організмі піддослідних тварин, і анатомічну будову нормальних органів. Потім в експерименті намагалися моделювати патологічні явища.

У 40-і роки дослідження в області застосування вторинної люмінесценції поширилися на вивчення фізіологічного стану органів і систем у людини, вивчалися тканини й органи, вилучені під час операції, але з прижиттєвим флуорохромуванням їх.

У 70-і роки вітчизняні і закордонні дослідники показали, що стійкі результати з найбільшою діагностичною значимістю для хірурга можуть бути отримані лише при проведенні прижиттєвих люмінесцентних досліджень.

Якщо люмінесцентні дослідження відкритих частин тіла у хворих з хірургічною патологією (варикозне розширення вен нижніх кінцівок) створювали враження, що питання про діагностичну значимість методу вирішене, то в останні десятиліття виникла одна із серйозних проблем - вивчення застосування люмінесцентного методу дослідження як інтраопераційного методу діагностики. Зупинимося на загальній характеристиці напрямків люмінесцентних досліджень у хірургії.

Люмінесцентний аналіз найбільш ефективний у діагностиці і при визначенні прогнозу судинних захворювань кінцівок. Ланге і Бойд, Крізмон і Фурман, а також С.М. Луценко, використовуючи внутрішньовенне введення флуоресцеїну, вивчали кровопостачання в хворих облітеріруючим ендартеріїтом.

Введення флуоресцеїну в стегнову артерію дозволяє також значно краще визначити ступінь порушення кровопостачання кінцівок при облітеріруючому ендартеріїиті й атеросклерозі, діагностувати артеріальну емболію, передбачючи можливість розвитку гангрени, прогнозувати доцільність і ефективність симпатектомії.

При варикозному розширенні вен нижніх кінцівок і тромбофлебітах люмінесцентний метод використовується для дослідження коллатерального кровообігу й умов кровообігу в області трофічних варикозних виразок, визначення точних границь активованих навколишніх тканин при поверхневих тромбофлебітах.

Метод з успіхом застосовується в нейрохірургії: у діагностиці запальних процесів головного мозку і мозкових оболонок. Г.М. Локтіонов, а також закордонні вчені використовували прижиттєве флуорохромірування для виявлення пухлин мозку під час операції. Г.Д. Князєва й ін. вивчали стан гемато-энцефалічного бар'єру при повітряній емболії мозку під час операції на серце, використовуючи флуоресцентний індикатор. Хофман і ін. повідомили про механізм проникнення флуоресцеїну через гемато-энцефалічний бар'єр.

Після операцій шкірної пластики люмінесцентний метод допомагає визначити повноцінність кровопостачання на ранньому етапі.

Показана ефективність люмінесцентного методу при ранньому визначенні некрозу тканин і його глибини при відмороженні. Так, М.Л.Лущицкий встановлював границю некротичних тканин у середньому на 3-4 дня раніш, ніж це вдається клінічно.

У грудній хірургії люмінесцентний метод здобуває практичне значення при операціях на легені і у визначенні зон ішемії при інфаркті міокарда.

У лор-хірургії люмінесцентний аналіз знайшов дуже широке застосування в діагностиці цілого ряду патологічних процесів.

Вивчаються можливості люмінесцентного методу в індикації пухлин.

У 1966 р. з'явилися наші публікації, що стосуються люмінесцентних операційних досліджень порожнистих органів черевної порожнини.

Були приведені дані досліджень, що відбивають фізичні основи і розробку технічних прийомів люмінесцентних досліджень під час операцій.

Вперше в літературі були опубліковані результати люмінесцентних досліджень порожнистих органів, що дозволили застосувати в наступному метод у клініці з діагностичною метою.

Серед інших досліджень заслуженим успіхом стала користуватися люмінесцентна мікроскопія, що відноситься до більш тонких методів вивчення структури, біофізико-хімічного і функціонального стану клітки.

Люмінесцентний метод дозволяє виявляти кислі мукополісахариди і різні компоненти тканин, зокрема альдегіди і кетони, глікоген, жир, кальцій.

Люмінесцентний аналіз набув широкого застосування в санітарії і гігієні, судовій медицині, а також у фармакології.

АПАРАТУРА

Апаратура для макролюмінесцентних досліджень повинна бути портативної, зручний, повинна забезпечувати проведення діагностичних спостережень у будь-яких умовах, мати оптико-світлотехнічну систему для концентрації випромінювання на визначену ділянку досліджуваної поверхні тіла хворого. Були виготовлені люмінесцентні освітлювачі, придатні для дослідження різних анатомічних областей.

При анатомо-експериментальних дослідженнях застосували люмінесцентний освітлювач, що складається з джерела ультрафіолетового випромінювання з приладом включення і світлофільтра. Апарат зміцнювався на штативі. Як джерело ультрафіолетового світла використовувалася пряма ртутно-кварцова лампа високого тиску ПРК-4.

Протягом перших 10 хв. після включення такої лампи електричні параметри її змінюються (несталий режим), а потім стабілізуються (сталий режим) при постійній напрузі мережі. Лампа при горінні знаходиться в горизонтальному положенні, відхилення не перевищували 15°, при великих відхиленнях перегріваються катоди і скорочуються терміни горіння лампи.

Лампу поміщали в кожух з дюралюмінію зі спеціальним тубусом, що має вікно для світлофільтра. Кожух із ртутно-кварцовою лампою зміцнювали на довгому чи короткому штативі.

Експлуатувалася лампа тільки з приладом включення. Прилад включення взятий від настільної ртутно-кварцової лампи. Щоб уникнути перегріву лампи і світлофільтра прилад періодично виключали для охолодження. Повторні включення лампи можливі тільки через 10-15 хв. Швидкість охолодження лампи залежить від температури навколишнього повітря.

Використовували світлофільтри УФС-3 і УФС-4, що затримують видиме світло і пропускають визначений спектр ультрафіолетових променів. УФС-3 виділяє промені в спектрі від 320 до 390 ммк, а УФС-4 - 340-390 ммк. Світлофільтр закриває вікно висувного тубуса і розташовується на відстані 25 див від лампи. Розмір скелець 100x100 мм, товщина скла 5 мм.

Створена установка виявилася зручної і для дослідження хірургічних об'єктів, тому що давала вузький пучок фільтрованого ультрафіолетового світла, направляється легко на операційне поле. Несприятливого впливу на зір установка не робила: металевий кожух на лампі захищає шкірні покриви й очі людини.

У результаті широкого впровадження люмінесцентних досліджень у клініці стало необхідним використовувати більш могутні джерела ультрафіолетового випромінювання, щоб рівномірно висвітлювати великі поверхні досліджуваного об'єкта. Для цього в клініці загальної хірургії змонтували люмінесцентний освітлювач на базі ртутно-кварцового випромінювач ОРК-21.

При застосуванні люмінесцентного дослідження зустрілися в клініці з рядом технічних труднощів. Вони були обумовлені насамперед глибоким анатомічним розташуванням такого органа, як підшлункова залоза.

Аналогічні труднощі були при необхідності проведення люмінесцентного дослідження в піддіафрагмальному просторі чи просторі в малому тазі.

Тому був запропонований операційний люміноскоп, позбавлений цих недоліків.

Операційний люміноскоп складається з ебонітового корпуса рефлектора діаметром 6 см. У корпусі рефлектора установлений відбивач, виточений з алюмінієвого сплаву, і світлофільтр з увіолевого скла, що пропускає ультрафіолетові промені і поглинає видимі. Як джерело випромінювання застосована люмінесцентна ртутна лампа ЛУФ-4.

Запропонований операційний люмінескоп дозволяє одержувати вузький пучок фільтрованого ультрафіолетового світла і здійснювати люмінесцентне дослідження як підшлункової залози, так і інших органів і важкодоступних відділів черевної порожнини.

ФОТОЛЮМІНОФОРИ

Метод люмінесцентного аналізу в медицині став більш успішно розроблятися з розвитком вивчення вторинної люмінесценції. Остання представляє світіння, що виникає після фарбування тканин спеціальними барвниками - фотолюмінофорами. Органічні фотолюмінофори, що випромінюють під дією ультрафіолетових чи променів видимої частини спектра, часто називають флуоресцентними барвниками, чи флуорохромами.

Розглядаючи численні роботи з люмінесцентного аналізу в медицині, прийшли до висновку, що основним і самим коштовної флуорохромом є флуоресцеїн.

Флуоресцеїн (диоксифлуоран) (C20H12O5) – органічну сполуку, барвник групи трифенілметанових, червоний кристалічний порошок, розчиняється в спирті, ефірі і водяних лугах. Назва "флуоресцеїн" дано сполуці тому, що в лужних розчинах він має сильну флуоресценцію (у концентраціях до 1: 2000000).

Отримують флуоресцеїн при нагріванні фталевого ангідриду з резорцином. У лужному середовищі оптимальна концентрація його 0,8 г/л, колір флуоресценції жовто-зелений, відносна яскравість 0,26 нт.

Флуоресцеїн майже нерозчинний у воді, тому для парентерального введення цього препарату застосовують його натрієву сіль.

Флуоресцеїн - один з найбільше яскраво світних флуорохромів. Енергетичний вихід світіння при кімнатній температурі у флуоресцеина досягає 70-71%. Препарат не токсичний і усебічно вивчений експериментаторами і клініцистами. Він допущений для застосування в клініці Міжнародною фармакопеєю, фармацевтами США, Великобританії й інших країн.

Однак, даючи повну й об'єктивну характеристику препарату, слід зазначити, що він має побічні ефекти, що часом небажані і вимагають своєчасного усунення. Нудота і рвота – найбільш часті ускладнення, що виникають при люмінесцентному дослідженні з флуоресцеїном, особливо при внутрішньовенному і внутріартеріальному введенні препарату. Однак вони легко знімаються зменшенням дози препарату, уповільненням швидкості введення його в судинне русло.

У 378 експериментальних дослідженнях на тваринах яких-небудь ускладнень від введення флуоресцеїну натрію не відзначили. У клініці на 148 досліджень по вторинній люмінесценції в хворих зареєстрований лише один випадок падіння артеріального тиску, що швидко нормалізувалося після медикаментозної терапії. При цьому в трьох чоловік спостерігалися нудота і блювота при швидкому введенні в ліктьову вену 10 мол 10%-ного флуоресцеїну натрію.

Таким чином, короткий літературний огляд і наші дані дозволяють зробити висновок, що флуоресцеїн натрію дає не більше ускладнень, ніж будь-який інший неактивний препарат. Найчастіше ці ускладнення пов'язані з порушенням техніки введення препарату, в окремих випадках - з передозуванням і дуже рідко – з ідіосинкразією.

ВИЗНАЧЕННЯ ІНТЕНСИВНОСТІ ЛЮМІНЕСЦЕНЦІЇ

При люмінесцентних дослідженнях варто проводити не тільки візуальні спостереження інтенсивності люмінесценції, але і кількісно вимірювати це. Способи реєстрації явищ люмінесценції різноманітні, але не усі рівноцінні і застосовуються в практиці. Користуються візуальним, фотоелектричною і фотографічною фотометрією.

Візуальна фотометрія являє собою метод, заснований на здатності ока визначати рівномірність чи нерівномірність яркостей двох поверхонь. При цьому точність визначення забезпечується щільним зіткненням країв порівнюваних полів і зникненням границь між ними (при рівності яркостей), а також однаковим підбором кольору поверхонь.

При фотоелектричному фотометруванні відпадає необхідність у джерелі порівняння. Метод заснований на вимірі фотоструму, сила якого прямо пропорційна потоку світла, що падає на катод чи фотоелемента фотопримножувача. Цей метод забезпечує необхідну точність, відтворюваність і швидкість виміру люмінесценції. Фотопримножувач, застосовувані у фотоелектричному фотометруванні, дозволяють підсилити фотострум у кілька мільйонів разів. При фотографічному фотометруванні використовується здатність фотопластинки (чи фотоплівки) створювати на поверхні рівномірну освітленість при влученні на неї протягом рівних проміжків часу двох світлових потоків однакового спектрального складу. Однак варто сказати, що фотографічна фотометрія усе ще залишається трудомістким методом і, природно, обмежується її поширення. Перевагою ж її є можливість шляхом збільшення часу експозиції домогтися достатнього почорніння фотопластинки і здійснити виробництво фотознімків як документи при малій яскравості об'єктів.

На першому етапі роботи результати люмінесцентних досліджень оцінювалися нами лише візуально і за допомогою фотографування.

У наступному застосували лабораторний фотометр, а також сконструювали спеціальну апаратуру для графічної реєстрації люмінесценції. При цьому стали одержувати більш точні дані, хоча метод дослідження ускладнився. Разом з тим там, де необхідно оцінити поводження різних флуорохромів у патологічній тканині, доцільно застосовувати саме цей метод.

У практичній роботі користалися візуальним лабораторним фотометром моделі ВФМ-57. Прилад дозволяє проводити виміру в області малих яркостей, причому як білих, так і кольорових поверхонь. Межі виміру малих яркостей приладу від 5-10 до -0,00003 нт. Верхня межа виміру високих яркостей до 1 • 106 нт у "кольоровому" світлі і до 5 • 106 нт у "білому" світлі.

Погрішність виміру залежить від яскравості і кольору вимірюваної поверхні і від умов виміру і складає: у "білому" світлі 1:5 %; у "кольоровому" світлі 2:10%.

Принцип дії приладу заснований на візуальному порівнянні яскравості двох фотометричних полів, з яких одне - вимірюване, інше - поле порівняння. Для реєстрації яскравості кольорових поверхонь до приладу додається набір з дев'яти кольорових світлофільтрів. Основні вузли фотометра малих яркостей- вимірювальна голівка, стійка, що живить пристрій. Крім того, у комплект приладу входять також спеціальні насадки і пристосування. Методика роботи з фотометром проста.

Слід зазначити, що при фотометруванні прагнули до того, щоб зникли границі фотометричного поля. Коли порівнюють різнобарвні поля, то прагнуть до того, щоб вони залишалися різнобарвними, але були однаковими по яскравості. При фотометруванні високих яркостей доцільно порівнювати середнє кільце фотометричного полючи не з зовнішнім, як це рекомендується при вимірі малих яркостей, а з центральним кружком.

Для фотоелектричного фотометрування сконструювали апаратуру для графічного запису процесу фотоелектричного фотометрування. Змонтована на базі ФЗУ-54 з режимом живлення 1800 В, вона дозволяє проводити дослідження на рівні мікроциркуляції і записувати у виді графічних кривих картину світіння, що спостерігається.

Прилад складається з фіброволоконного світловоду, світлочутливого елементу (ФЭУ-54), джерела живлення й одноканального элекфокардиографа ЭКСПЧТ-4 чи самописи Н-390.

Так як прилад виготовлений за схемою підсилювача постійного току, те в ньому сигнал був поданий на передвихідний каскад для того, щоб простежити повільні зміни сигналу, що знімається з навантаження ФЭУ. Прилад реєструє картину світіння, що спостерігається, у мікроамперах і здійснює лінійний запис за допомогою електрокардіографа чи самописа Н-390.

Для вивчення люмінесцентного світіння порожнистих органів користалися також ПТУ. Ця приладу зібрана на базі прикладної телевізійної установки ПТУ-32: використана телевізійна камера КТП-40. У її склад входять телевізор, телевізійний осциллограф СІ-57 і джерело живлення з напругою 0-20 В. В установці застосовуються два світловода (фіброволоконна оптика), один з них звернений до об'єкту, на другий ж падає світло від лампи накалювання, напруга якого міняється від 0 до 20 В. Результати світіння реєструвалися фотоелектронною установкою.

Самостійна робота №11.

Тема: «Лазеропунктура і акупунктура».

Література: Є.М.Панасюк та ін.. «Фізіотерапія», ст.123 – 126; Л.М.Клячкін, М.М.Виноградова «Фізіотерапія», ст. 248 – 258; А.Ф.Шевченко «Основи медичної і біологічної фізики», ст. 555 – 556; В.П.Марценюк та ін.. «Медична біофізика і медична апаратура», ст. 226 – 228.

Питання.

1.Випишіть основні властивості лазерного випромінювання.

2.Що таке акупунктура? За допомогою яких чинників вона здійснюється?

3.Розкажіть коротко про лазеропунктуру.

4.Як діє лазерне випромінювання на організм людини?

Теоретичні відомості.

Дія лазерного випромінювання на організм людини.

Лазерне випромінювання є досить цікавим для вивчення. Науковці звернули увагу, що вплив лазерного випромінювання на біологічні тканини може призвести до теплової, ударної дії та світлового тиску. Залежно від різних обставин прояви кожного ефекту окремо чи їхня сумарна дія можуть набувати досить різних значень.

При великій інтенсивності та малих тривалостях імпульсу спостерігають ударну дію лазерного випромінювання, яка поширюється досить швидко та призводить до пошкодження внутрішних тканин. При цьому зовсім непомітними залишаються зовнішні прояви. Майже головним елементом дії лазерного випромінювання на організм є тепловий ефект, через який можуть з’явитися опіки. Також можуть спостерігатися більш серйозні наслідки, такі як руйнування, деформація і навіть часткове випаровування клітинних структур. При дії лазерного випромінювання менших інтенсивностей можна спостерігати видимі зміни у організму, а саме порушення пігментації, почервоніння з досить чіткими кордонами зони, що зазнала пораження. Шкірні оболонки значною мірою захищають внутрішні системи організму від серйозних уражень внаслідок дії лазеру. Але деякі дослідження показали цікавий результат – інколи опромінення ділянок шкіри може призвести до порушення низки систем організму, зокрема нервової та сердцево-судинної.

Наслідком навіть не дуже високих доз лазерного випромінювання можуть стати майже такі симптоми, як і при СВЧ-опроміненні. Це і нестійкий стан артеріального тиску, і порушення серцевого ритму, а також втома, роздратування та інше. Ці порушення є зворотніми та мають властивість зникати з часом після деякого відпочинку.

Як і СВЧ, найбільшої шкоди лазерне випромінювання завдає очам. Найбільша небезпека спостерігається в ультрафіолетовому діапазоні. За таких умов може статися коагуляція білка, рогівки та опік слизової оболонки, що може спричинити сліпоту. Промені з видимого діапазону мають властивість впливати на клітини сітківки. Через це може спостерігатися як тимчасова сліпота так і втрата зору внаслідок опіку. Випромінювання інфрачервоного діапазону є більш небезпечним, проте також може призвести до сліпоти.

Тобто можна зробити висновок, що лазерне опромінення може пошкодити усі структури ока. Внаслідок того, що око є оптичною системою, можна спостерігати також непрямий вплив, а другорядні ефекти, яки є реакцією організму на опромінення.

При лазерному опроміненні у біологічних тканинах виникають вільні радікали. Вони беруть активну участь у взаємодії з молекулами та порушують нормальний процес обміну речовинами у организмі на рівні клітин. Це призводить до загального погіршення стану здоров’я.

Акупунктура (також іглорефлексотерапія, рефлексотерапія, іглотерапія, ігловколювання, від лат. acus - голка і лат. punctura (pungo, pungere) — колоти, жалити) – напрямок в традиційній китайській медицині, в якому дія на організм здійснюється спеціальними голками через особливі точки на тілі шляхом введення їх в ці точки і маніпуляції ними. Метод застосовується для зняття болю або в лікувальних цілях. Дію на точки здійснюють також теплом, струмом, променем лазера та іншими факторами.

Біологічно – активна точка (БАТ) як місце подразнення шкіри, що викликає рефлекторну реакцію,має дуже малі розміри, до 5мм в діаметрі. В ній самій та в більш глибоких тканинах, що лежать під нею, знаходятьсябагаточисельні нервові закінчення – рецептори, що сприймають подразнення. БАТ відрізняється від інших ділянок шкіри деякими суттєвими особливостями: з’єднувальна тканина, що її утворює, більш рихла, має більш низький електричний опір, більш високий рівень тканевих обмінних процесів, більш чутлива до болю. Ці властивості дають змогу їх відшукувати на тілі.

Яким же чином їх подразнення породжує виникнення рефлекса, що передається на певні внутрішні органи? Кожний орган має певні притаманні йому біологічно – активні точки, з якими він зв’язаний стійким двостороннім зв’язком: з одного боку дія на точку здійснює рефлекторний вплив на орган, з іншого боку – стан органа відбивається на реактивності точок, їх чутливості, електропровідності тощо. Подразнення точок викликає складні нейроендокринні, вегетативно – судинні реакції, що діють на патологічний процес.

В наш час акупунктура, як частина традиційної китайської медицини, зберігає свою популярність в Китаї, де переважає погляд про її науковість. В інших країнах акупунктура отримала розповсюдження в 20 сторіччі в якості альтернативної медицини. Про її ефективність заявили ряд організацій в області охорони здоров’я. Але багато вчених критикують цю думку і вважають ефективність акупунктури не вище, ніж ефект плацебо.

Широко застосовується для акупунктури також оригінальный, більш широкий китайський термін — терапія чжень-цзю (кит. 針灸 — вколювання^[4] і прижигання). Термін «чжень-цзю терапія» прийшов в СРСР в період «великої дружби с Китаєм». Теплова дія на точки акупунктури («цзю», ігніпунктура^[1], моксотерапія^[5], moxibustion) проводиться за допомогою глибинного прогрівання («прижигання»), з застосуванням міні-«сигарет», як правило, з висушеної полині (Полинь звичайна).

При застосуванні акупунктури у кожному конкретному випадку кваліфікований лікар­рефлексотерапевт добирає спосіб рефлексотерапевтичного впливу (інвазивний, неінвазивний, певний фізичний або фармакологічний фактор впливу на точки акупунктури), час впливу (згідно з часом активності певного каналу) та експозицію (гальмівну або тонізуючу методику), акупунктурний рецепт, поєднання тих чи інших рефлексотерапевтичних способів впливу в одному сеансі (наприклад, корпоральна та аурикулярна акупунктура; мей­хуа­чжень та лазеропунктура; голкоаплікація, фармакопунктура та лазеропунктура; вакуум­терапія та акупунктура тощо) та з іншими фармакологічними й фізіотерапевтичними впливами. Як відомо, рефлексотерапія має високу індивідуалізацію впливу, безпечність, що є її беззаперечними перевагами, але у разі її кваліфікованого застосування.

Примітка: рекомендації є чинними у разі кваліфікованого виконання сеансів РТ спеціалістом з відповідною освітою — спеціалізацією з рефлексотерапії та наявністю сертифікату лікаря­спеціаліста..

Лазеропунктура має цілий ряд переваг над звичайними голками Це простота проведення процедур, стерильність, відсутність больового відчуття, зберігання цілісності шкіри (профілактика гематогенних інфекцій). Застосування лазеропунктури дозволяє після 4 – 5 го сеансу зняти набряк тканин; до 8-го сеансу - ліквідувати убільшості хворих больовий синдром. З успіхом застосовується лазеропунктура при лікуванні травматологічних, ортопедичних, хірургічних неврологічних хворих, в пластичній і естетичній хірургії. Процедура лазерної пунктири проводиться в спеціальних кабінетах, що забезпечують захист очей від шкідливого для них світлового випромінювання. Необхідні точки відмічаються, найчастіше застосовуються малопотужні лазери, які генерують випромінювання в червоній області спектра (гелій – неонові).

Тема №6 «Теплове випромінювання біологічних об’єктів».

Лекція №6.

Тема: «Теплове випромінювання біологічних об’єктів. Термографія».

Література: В.П.Марценюк ст.196-200,286-288

А.Ф.Шевченко § 144

Характеристики і закони теплового випромінювання.

Озн. Електромагнітне випромінювання нагрітих тіл,тобто випромінювання обумовлене збудженням атомів і молекул в процесі їх теплового руху, називається тепловим випромінюванням (сюди вiдноситься, зокрема, iнфрачервоне випромiнювання з довжиною хвилi 0.76 мкм-2мм).

Озн. Потоком енергії електромагнітного випромінювання називається енергія випромінювання,що падає на поверхню,перпендикулярну напрямку випромінювання,за одиницю часу:

[ ]

Озн. Коефіцієнт відбивання –це відношення потоку енергії,відбитої тілом,до потоку енергії,що падає на тіло:

Озн. Поглинаюча здібність тіла -це відношення потоку енергії ел.-магнітного випромінювання,що поглинуте тілом,до потоку енергії,що падає на тіло. Позначається

(коефіцієнт поглинання)

Якщо тіла не змінюється,то воно випромінює стільки ж енергії,як і поглинає. Таке випромінювання називається рівноважним.

Озн. Випромінююча здібність тіла Е -це енергія електромагнітного випромінювання,що випромінюється у всіх можливих напрямках в одиницю часу і з одиниці площі поверхні тіла:

Е; [ ]

Випромінююча і поглинаюча здібності тіла залежать від природи тіла,абсолютної температури і довжини світлової хвилі.

Загальна поглинаюча здібність для видимого світла:

алюміній –А=0.1

мідь-А=0.5

вода-0.65

сажа-0.95

Озн.Тіло,яке при любій температурі повністю поглинає все падаюче на нього електромагнітне випромінювання любої довжини,називається абсолютно чорним тілом,для нього А=1,коефіцієнт відбивання-0.

Модедь-це отвір у порожнині. Якщо нагріти стінки,з отвору буде виходити випромінювання.

Закон Кірхгофа:

Відношення спектральної випромінюючої здібності тіла(для певної )до його спектральної поглинаючої здібності не залежить від природи тіла і дорівнює спектральній випромінюючій здібності абсолютно чорного тіла при тій же довжині і температурі,з чого випливає.

1)більше енергії випромінює те тіло,яке більше поглинає.

2)якщо тіло не випромінює якихось ,то і не поглинає.

3)нагріті тіла випромінюють ті ,які при цій же поглинають.

Сіре тіло-таке,що поглинає не все випромінювання,що на нього падає: А

Чим чорніше тіло,тим сильніше воно випромінює ел-м хвилі при нагріванні.

Озн. Спектральна густина енергії-це випромінююча здібність тіла при даній температурі в даному одиничному діапазоні довжин хвиль.

Позначається: ,формула Планка: , - постійна Больцмана

Графік залежності для обраної Т від :

Закон Віна:

Чим вище температура,тим на меншу довжину хвилі приходиться максимум випромінювання:

в-константа,стала Віна

в=2,9* мК

Закон Стефана-Больцмана:

Повна випромінююча здібність абсолютно чорного тiла пропорційна четвертій степені його абсолютної .

-постійна Больцмана

Якщо в 2 р., то повна випромінююча здібність в 16.

У людини .Вона втрачає 66% енергії завдяки тепловим променям.При 36 випромінююча здібність зростає = на 2%

Озн. Термографія -це реєстрація теплового випромінювання від різних ділянок з діагностичною метою.

У здорової людини розподіл t по тілу достатньо стандартний.Запальні процеси,пухлини змінюють t окремих ділянок,а значить і і/ч випромінювання.

Прилад-тепловізор

Датчик тепловізора знаходиться на відстані 10-70см від тіла і розрізняє температуру до 0,01 С.В комплекс входить комп’ютер для обробки зображень,і температурні показники переводяться в кольорові.

Теплобачення застосовується для візуалізації кровопостачання кінцівок. В онкології: клітини пухлин в результаті підвищеного метаболізму виділяють більше тепла,тому термографія діагностує їх раніше за інші методи (молочна залоза,метастази).

Термографію застосовують при діагностиці запальних процесів внутрішніх органів(нирок,жовчного міхура,підшлункової залози),при судинних порушеннях(судинна недостатність при атеросклерозі)тощо.

Дата добавления: 2015-09-03