Взаимодействия структурныхэлементов и различных образованийв биообъекте

^f B.E. Илл а рионов, 2004)

Преобладающий | Стр>

Юрадзнани

Таблица 1

2. ЕДИНИЦЫ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН И ИХ РАЗМЕРНОСТИ

Единица определенной физической величины представля­ет собой значение данной величины, которое по определению счи­тается равным 1. Размерность физической величины - это выра­жение, отражающее связь величины с основными величинами сис­темы, в которой коэффициент пропорциональности принят равным 1 (Л.А. Сена, 1988).

Основные величины в СИ:

- длина (размерность - L, наименование - метр);

- масса (размерность - М, наименование - килограмм);

- время (размерность - Т, наименование - секунда);

- сила электрического тока (размерность -1,
наименование - ампер);

- термодинамическая температура (размерность - ©,
наименование - кельвин);

- количество вещества (размерность - N,
наименование - моль).

Применительно к физиотерапевтическим факторам в практической работе необходимо знание и понимание следующих единиц физических величин (Физический энциклопедический словарь, 1995).

Ампер (А) - 1) единица силы электрического тока в СИ; 2) единица магнитодвижущей силы и разности магнитных потенциа­лов в СИ. Размерность этой величины -1.

Вольт (В) - единица электрического напряжения, электри­ческого потенциала, разности электрических потенциалов и элек­тродвижущей силы в СИ. 1 В - электрическое напряжение на уча­стке электрической цепи с постоянным током силой 1 А, в котором затрачивается мощность 1 Вт. Размерность этой величины -

l²mtV.

Вольт-ампер (В«А) - единица полной мощности электриче­ской цепи. 1 В*А - полная мощность электрической цепи при дей­ствующих значениях силы тока 1 А и электрического напряжения 1 В (среднее - ватт). Размерность этой величины - L²MT³.

Ватт (Вт) - 1) единица механической мощности в СИ; 1 Вт-мощность, при которой за 1 с совершается работа в 1 Дж; 2) едини­ца полной мощности электрической цепи в СИ - см. выше (Вт=В»А); 3) единица потока излучения (мощности излучения) в СИ; 4) единица потока звуковой энергии (звуковой мощности) в СИ. Размерность этой величины - I/MT"³.

Ампер на метр (А/м) - единица напряженности магнитного поля (Н) в СИ - векторной величины, характеризующей магнитное поле. Размерность этой величины - L"'l.

Ампер на квадратный метр (А/м) - единица плотности электрического тока в СИ - векторной величины, характеризующей скорость и направление упорядоченного движения электрических зарядов. Размерность этой величины - L"²T.

ости электриче­ ризующей сило­ ски заряженные количества теп-

Вольт на метр (В/м) - единица напряжен ского поля (Е) в СИ - векторной величины, характ вое действие электрического поля на электриче частицы и тела. Размерность этой величины -

Джоуль (Дж) - единица энергии, работ лоты (W) в СИ. 1 Дж - это энергия в 1 ватт, действующая в течение 1 секунды (Дж=Вт«с). Размерность этой величины - Ь^гМТ².

Тесла (Тл) - единица магнитной индукции (В) в СИ - век­торной величины, являющейся силовой характеристикой магнитно­го поля. Размерность этой величины - МТ"²!¹.

Паскаль (Па) - единица давления и механического напря­жения в СИ. 1 Па - давление, вызываемое силой 1 Н, равное распре­деленной по нормальной к ней поверхности площадью 1 м². Раз­мерность этой величины - 1/'МТ~².

Ньютон (Н) - единица силы в СИ. 1Н равен силе, сооб­щающей телу массой 1 кг ускорение 1 м/с² в направлении действия силы. Размерность этой величины - LMT².

Моль - единица количества вещества в СИ; равна количест­ву вещества системы, в которой содержится столько же структур­ных элементов (молекул, атомов, электронов и других частиц), сколько атомов содержится в 0,012 кг изотопа углерода-12. Размер­ность этой величины - N.

Джоуль на моль (Дж/моль) - единица молярной энергии вещества в СИ. Размерность этой величины - l^^¹

Физическая (нормальная) атмосфера (атм) - внесистем­ная единица давления, определяемая как давление воздуха, уравно­вешивающее ртутный столб высотой 76 см при плотности ртути 13,595 г/см³ и нормальном ускорении свободного падения 980,665 см/с². 1 атм = 760 мм рт. ст.=1,01325*10⁵ Па.

Электрон-вольт (эВ) - внесистемная единица энергии эле­ментарных частиц или энергетических уровней в атомах и молеку­лах. 1 эВ равен 1,60219*10"¹⁹ Дж, а применительно к молярной энергии 1эВ равен 96,47 кДж/моль.

В физиотерапевтической практике используются следую­щие производные величины.

Плотность потока мощности (ППМ) физического фактора - величина энергетической мощности фактора, действующая на поверхность объекта площадью (S) в 1 м~ при мощности (Р) физи­ческого фактора в 1 Вт. ППМ = P/S.

Применительно к электромагнитному излучению плот­ность потока мощности соответствует энергетической облучен­ности поверхности объекта (Е).

Энергетическая экспозиция (Н) - суммарная величина энергии соответствующего фактора, действующая на поверхность объекта площадью (S) в 1 м² при энергии (W) физического фактора в 1 Дж. Выражается в Дж/м². Н = W/S или Н = ППМ**., Н = E«t, где t - время воздействия в секундах.

Доза водействия (Д) - суммарная величина энергии соот­ветствующего фактора, действующая на поверхность объекта; идентична энергетической экспозиции.

Связь между энергией, измеряемой в эВ, и длиной волны электромагнитного излучения.

Энергия фотонов электромагнитного излучения соответст­вует длине волны этого излучения и определяется следующим об­разом. Е=Ь*сА, где Е - энергия фотона в эВ, h - постоянная Планка, равная 6,63*10 ³⁴ Дж*с, с - скорость света, равная 3*10⁸ м/с, X - длина волны электромагнитного излучения в м; упрощенные формулы: Е-0,119>10⁹А.(Л.внм); Е=1,24/А.(Х ^{в мкм})'

Глубина проникновениядействующего физического фак­тора в определенную среду (ткани биологического объекта) - от­носительная величина, определяемая расстоянием, на котором силовая характеристика физического фактора убывает в 2,7 раза,а его энергетическая характеристика уменьшается примерно в 7,3 раз.

В соответствии с этой относительной величиной (глубиной проникновения в биологический объект) физические факторы воз­действия условно подразделяются следующим образом.

Факторы сквозного действия:

- постоянный ток - метод гальванизации;

- импульсные токи - методы электросна, диадинамотера-
пии, транскраниальной электроаналгезии, коротко импульсной
электроаналгезии, электростимуляции;

- переменный ток низкого напряжения - методы флук-
туоризации, амплипульстерапии, интерференцтерапии;

- электрическое поле - методы фраклинизации и УВЧ-
>апии.

Факторы глубокого проникновения:

-ультразвук - некоторые методы УЗ-терапии;

- электромагнитное излучение дециметроволнового и
сантиметроволнового диапазона - методы ДМВ- и СМВ-терапии;

- магнитное поле - некоторые методы постоянной, низко­
интенсивной импульсной и переменной низкочастотной магнитоте-
эапии, методы высокоинтенсивной импульсной магнитотерапии и

I. индуктотермии;

- низкоэнергетическое лазерное излучение инфракрасной
части оптического спектра - некоторые методы лазерной тера­
пии.

Факторы поверхностного действия:

- переменный ток высокого напряжения - методы

f дарсонвализации и ультратонотерапия;

- электромагнитное излучение миллиметроволнового
диапазона - методы КВЧ-терапии;

- электромагнитное излучение оптического спектра -
методы светолечения и некоторые методы лазерной терапии;

- внешние термические факторы - парафино- и озокери-
тотерапия, криотерапия;

- локальные виды гидротерапии - обливание, обтирание,
влажное укутывание, души;

- локальные виды пелоидотерапии.

3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

ВНЕШНИХ ФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

С ОРГАНИЗМОМ ЧЕЛОВЕКА

По существующим представлениям воздействие внешних физических факторов предопределяет следующие сдвиги и эффек­ты в организме (А.Н. Обросов, B.C. Улащик, 1985; B.C. Улащик, 1994).

1. Возникновение температурного эффекта
(теплообразование в тканях и органах).

2. Появление ионных сдвигов в различных средах
организма.

3. Образование свободных форм биологически
активных веществ.

4. Возникновение электрической поляризации структур.

5. Возникновение биоэлектретного эффекта
в соответствующих структурах.

6. Инициация свободно радикальных процессов
(образование свободных радикалов различных
химических веществ) в структурах и средах организма.

7. Конформацйонные изменения биологических субстратов.

8. Изменение состояния свободной и связанной воды
в организме.

Температурный эффект - это повышение собственной |температуры биологических структур и их образований (тканей и | органов) при воздействии на них внешнего физического фактора за г возможности перехода любых видов энергии в теплоту. Целе­сообразность этого эффекта при физиотерапии обосновывается тем, о тепло активно влияет на различные процессы в биологических гемах, а это открывает путь к преобразованию энергии физиче-о фактора в биологическую реакцию.

Ионные сдвиги в соответствующих средах организма воз-

(

никают при действии многих физических факторов и инициируют определенные физико-химические реакции, что способствует акти­визации процессов метаболизма в тканях и органах.

Образование свободных форм веществ в организме свя­зано с переводом биологически активных субстратов за счет дейст­вия внешнего физического фактора из связанной (трудно обмени­ваемой) формы в свободную (легко обмениваемую) форму, которая может участвовать в биохимических реакциях и в физиологических процессах..

Электрическая поляризация - это возникновение в био­логических субстратах смещения электронов в атомах, перемеще­ния ионов, поворота дипольных молекул под действием внешнего электрического поля, С этим явлением некоторые ученые связыва­ют специфику действия на организм человека различных физиче­ских факторов.

Биоэлектретный эффект обусловлен естественной нерав­новесностью поляризации связанных зарядов в биологических суб­стратах, которая является структурной основой биоэлектретного состояния тканей и органов. Именно неравновесная поляризация связанных зарядов определенных биологических структур обеспе­чивает высокую чувствительность организма к действию внешних физических факторов.

Образование свободных радикалов (молекул или их час­тей, имеющих один или несколько не спаренных электронов на внешней атомной или молекулярной орбите) различных химиче­ских веществ в биологических структурах и средах живого орга­низма - явление, возникающее при действии внешних физических факторов. Данный процесс играет важную роль в жизнедеятельно­сти целостного организма. Это явление обосновывается некоторы­ми авторами в качестве первичного механизма действия некоторых физиотерапевтических факторов.

Конформационные изменения (ультраструктурные преоб­разования) биологических субстратов под действием физических факторов представляют собой рекомбинационные преобразования структур, в первую очередь, биологических макромолекул и моле­кул воды, при неизмененной их количественной характеристике. Этим изменениям отводится важная роль в механизме первичной реакции организма на воздействие.

Изменение состояния свободной и связанной воды в организме сопровождает воздействие любым внешним физическим

фактором. Определено, что вода играет центральную роль в меха­низмах поглощения энергии физического фактора и в биологиче­ских эффектах, в частности от воздействия электрических и маг­нитных полей, а также электромагнитного излучения.

Многие из перечисленных выше проявлений выдвигались в качестве первичного механизма действия внешних физических факторов на живой организм. Однако, строго соблюдая физико-химические основы при рассмотрении всех происходящих в биоло­гическом объекте изменений от воздействия внешнего физического фактора, вышеперечисленные сдвиги и эффекты необходимо объе­динить в электродинамические изменения, конформационные преобразования и теплообразование в структурах и средах орга­низма по следующим объективным причинам (В.Е. Илларионов, 1998).

Во-первых, ионные сдвиги, электрическая поляризация, биоэлектретный эффект, образование свободных радикалов явля­ются по своей сути стадиями одного процесса и составляют ком­плекс электродинамических изменений структур и систем орга­низма. При этом нереально выделить каждое из этих явлений, оп­ределить их первоочередность и последовательность, поскольку все стадии процесса электродинамических изменений взаимосвязаны и взаимообусловлены на основе электромагнитного взаимодействия.

Во-вторых, конформационные преобразования различных структур и сред автоматически включают в себя изменение состоя­ния содержащейся в них свободной и связанной воды, а также об­разование свободных форм вещества. Расчленение и изолированное рассмотрение различных рекомбинационных изменений тех или иных биологических субстратов при воздействии внешних физиче-. ских факторов ничего не дает для практических нужд.

В третьих, температурный эффект при воздействии на организм внешних тепло- или хладоносителей обусловлен измене­нием температуры окружающих тканей и раздражением терморе­цепторов. Это способствует соответствующим изменениям скоро­сти химических реакций, лимфо- и кровообращения и некоторых других процессов.

ским фактором

химических соединений и 6ишо_г леник,, запретна, грань («a^ внутренней среды организма от _„„с_я у „ае методами ««л

фактора^ Га^Г необходимо но_М„„ть о возможне

^{ш на} °Р™изм

"^М"^{ера7урь|}

Г

В соответствии с фундаментальными законами физики ми­нимальный уровень взаимодействия физических факторов с ма­терией - это элементы физического вакуума, обладающие опреде­ленным уровнем энергии, достаточным для возможного превраще­ния этих элементов в составные части элементарных частиц (Физи­ческий энциклопедический словарь, 1985).

При взаимодействии с материальным субстратом химиче­ских факторов минимальным уровнем взаимодействия является элементарная молекула - наименьшая структурная единица хи­мического соединения, обладающая его главными химическими свойствами. Взаимодействие атомов, приводящее к образованию молекул простых и сложных веществ, а также к образованию кри­сталлов (в том числе жидкокристаллических структур биообъекта), называют химической связью. Современная теория химической связи базируется на квантовой механике и должна учитывать кор­пус кулярно-вол новой дуализм микрочастиц. Из этого следует, что природа химической связи электрическая, никаких особых сил химического взаимодействия кроме электрических не существует. Действующие в молекуле между ядрами атомов и электронами гра­витационные и магнитные силы пренебрежительно малы по срав­нению с электрическими (Н.Л. Глинка, 1988).

Основными элементарными частицами, ответственными за взаимодействия на атомно-молекупярном уровне строения мате­рии (уровень атомов и элементарных молекул), являются фотон и электрон. Преобладающий тип взаимодействия этих элементов - электромагнитное взаимодействие. Атомы способны создавать структурные образования в виде молекул, а взаимосвязь структур­ных элементов этих образований осуществляется посредством электромагнитных полей и химических связей. В элементарных молекулах частицами взаимодействия также являются фотоны и электроны. Элементарные молекулы способны образовывать слож­ные молекулы и молекулярные кластеры при помощи электромаг­нитных полей на основе химических (сильных) связей и межмоле­кулярных (слабых) взаимодействий (ионные, ион-дипольные, ори-ентационные, индукционные и дисперсионные связи - силы Ван-дер-Ваальса, а также водородные связи и гидрофобные взаимодей­ствия).

На уровне макромолекул целостного живого организма (ДНК, РНК, белок) элементарными частицами являются фотон, фоном, электрон и экститон. Макромолекулы способны образо­вывать молекулярные кластеры и молекулярные фракталы с при­сущими им свойствами. Структурные элементы макромолекул свя­заны посредством полевых, химических и межмолекулярных сил на основе электромагнитного взаимодействия.

У такого сложного структурного образования как плётка элементарными частицами взаимодействия его составных частей являются фотон, фонон, электрон, экситон и протон (ион водо­рода) при ведущей роли электромагнитного взаимодействия. В

целостном организме клетки способны образовывать клеточные кластеры и фракталы, соответствующие ткани и органы, а также сложные функциональные системы за счет полевых, химических, межмолекуляриых и системообразующих связей структурных эле­ментов. Клетка является первичной функциональной системой жи­вого организма.

В функциональных системах целостного организма, эле­менты которых материально монолитны, основными элемен­тарными частицами взаимодействия являются фотон, фонон, электрон, экститон и протон. Их структурные элементы связаны посредством полевых (электромагнитных и акустических полей), химических и межмолекулярых сил на основе электромагнитного взаимодействия.

В материально разобщенных функциональных системах из элементарных частиц играет роль в основном лишь фотон как квант электромагнитного поля с соответствующим взаимодействи­ем Более проблемат

р оля с соответствующим

осредством аку-

стических полей.

ем. Более проблематична связь в этих системах п
ч й

На основе первичных взаимодействии на всех структурных уровнях о/сивого многоклеточного организма можно утверждать, что воздействие внешнего физического фактора инициирует, в первую очередь, изменения электромагнитного взаимодействия

его различных структур и систем.

В этом заключается суть универсальности и единообразия механизма действия различных внешних физических факторов на живой организм. Именно указанные изменения являются перво­причиной последующего каскада физико-химических процессов, биологических реакций и клинических эффектов. Это обосновыва­ется тем, что целостная биологическая система, особенно такая, как человеческий организм, является диссипативной, триггерной, саморегулирующейся, самовоспроизводящейся системой.

Необходимо хорошо осознавать и всегда помнить, что кли­нические исследования дают ответ на вопрос «какова интеграль­ная реакция организма на воздействие внешнего физического фактора?», а ответ на вопрос «какой ценой это произошло?» остается за пределами возможностей этих исследований.

Клинические исследования механизма действия на орга­низм человека внешних физических факторов не позволяют одно­значно трактовать полученные результаты по следующим причи­нам.

Первая причина заключается в разнице законов существо­вания и функционирования макромира и микромира. К макромиру, в частности к организму человека, применимы законы классиче­ской механики, электромагнетизма, биологии и физиологии. Мак­ромир подчиняется законам и положениям квантовой физики и теории относительности. В то же время начало всех изменений в живом организме от воздействия внешних физических факторов происходит на уровне микромира, а это не способны фиксировать существующие методы клинических исследований.

Вторая причина - опять-таки отсутствие возможности с помощью методов клинических исследований определять сам факт наличия и направленность конформационных изменений ультра-стуктур в результате действия внешнего физического фактора. Но комплексный ответ организма является непосредственным и отда­ленным следствием, в первую очередь, определенных ультраструк­турных преобразований в организме от воздействия этим фактором. Таким образом, практически все первичные физико-химические процессы, происходящие в организме при физиотерапии, и их на­правленность остаются вне поля зрения исследователя.

На этом основании при физиотерапии важно учитывать следующие доказанные факты.

Различные вариации клинических результатов от воздей­ствия внешнего физического фактора находятся в прямой зависи­мости от:

-от энергетических параметров этого фактора,

- от участка воздействия на теле пациента - локализации
воздействия,

- от времени и периодичности действия фактора на ор­
ганизм.

Именно от плотности потока мощности {интенсивности, энергетической облученности) действующего физического факто­ра, от локализации, от времени воздействия на одно поле или от длительности однократной процедуры при нескольких полях воз­действия {доза воздействия), от периодичности процедур и дли­тельности курса физиотерапии {с чем связан кумулятивный эффект курсового воздействия) зависит конечный клинический эффект.

Дата добавления: 2015-10-16