Содержание биофизического материала в курсе естествознания профильной школы

Размещено на Allbest.ru

Сложившаяся в нашей стране система школьного образования включает в себя значительный объем естественнонаучных знаний, формирование которых осуществляется в процессе изучения отдельных учебных предметов: физики, химии, биологии, географии. В связи с этим у обучающихся не формируется целостная картина мира, так как такой общий предмет изучения - Природа - рассматривается обособленно с позиции каждой науки. Естественнонаучный материал школьного курса не позволяет показать единство законов природы, их применимость к объектам наномира, микромира, макромира и мегамира; не способствует пониманию биофизического материала. Тем не менее, в последнее время усилено внимание к естественнонаучному образованию. В учебные планы общего среднего образования вводится интегрированный курс «Естествознание», а в образовательные программы высшего профессионального образования включены курсы: «Концепции современного естествознания» и «Естественнонаучная картина мира».

Формированию целостного подхода в обучении, на наш взгляд, будет способствовать материал, охватывающий биофизические знания в приложении к объекту исследования - Человек. Не случайно один из разделов курса естествознание для профильной школы так и называется: «Естественные науки и человек».

Рассмотрим некоторое содержание биофизического материала, которое предлагалось на уроках учащимся старших классов во время педагогической практики студентов выпускного курса, а в дальнейшем может быть включено в курсы естествознания, как для профильной школы, так и для вуза.

Влияние ультразвука на организм человека.

Ультразвук - механические колебания и волны с частотой от 20кГц до 1010ГЦ.

Распространение УЗ в среде сопровождается его поглощением. Чем больше поглощение УЗ, тем меньше глубина его проникновения. Скорость распространения УЗ в жидкости 1500 м/с, в твердом теле - 4000 м/с.

При распространении УЗ имеют место дифракция, интерференция, преломление и отражение. Отражение и преломление УЗ происходит на границе контакта сред, отличающихся по плотности.

Воздействие УЗ на организм. УЗ влияет на скорость биохимических реакций, увеличивает проницаемость клеточных мембран, скорость диффузии, активирует обменные процессы. УЗ вызывает микровибрации на клеточном и субклеточном уровнях, разрушает клетки и микроорганизмы.

Использование УЗ в диагностике

Метод ультразвуковой эхолокации. Суть метода состоит в регистрации УЗ-сигнала, отраженного от границ раздела тканей, отличающихся по плотности: костей, мышц, кожи и

т. д. Эхо УЗ - сигнала усиливается, обрабатывается по заданной программе и поступает на монитор в виде изображения.

УЗ - локация чаще всего используется для изучения аномалий органов брюшной полости: почек, надпочечников, селезенки, желчного пузыря и протоков, печени и т. д.

УЗ методы широко применяются в акушерстве и гинекологии, при исследовании щитовидной железы, обследовании сердца и сосудов, в офтальмологии и т. д.

Применение УЗ для лечения

Тепловое действие УЗ широко применяется в физиотерапии для лечения воспалительных заболеваний: синуситов, гайморитов, бронхитов и т. д., для заживления ран, лечения трофических язв, рассасывания отеков и гематом, заживления костной ткани.

Эффективным средством лечения является фонофорез - введение в организм человека с помощью ультразвука жидких лекарственных препаратов.

УЗ используется для дробления почечных камней (УЗ - литотрипсия).

Ультразвуковая терапия ускоряет и стимулирует противовоспалительные и болеутоляющие действия. При слишком низкой интенсивности и малом времени действия ультразвук может оказаться неэффективным, а длительное и интенсивное действие может вызвать значительные и не всегда желанные изменения в организме человека.

Действие только лишь ультразвуком на очаг заболевания при острых заболеваниях, касающихся сухожилий, суставов, связок и других конечностей, обеспечивает быстрое восстановление опорно-двигательной функции. Зачастую, процесс выздоровления наступает после 6-7 процедур. При хронических заболеваниях курс лечения продлевается до 12 процедур, а если заболевание не проходит, то процедуру нужно повторить через 2 месяца.

Ультразвук особенно эффективно действует при лечении вывихов плечевого и голеностопного суставов. Также ультразвук применяют для ускорения заживления ран после операций и рассасывания рубцов.

Более 50 лет используют устройства для липосакции, которые удаляют подкожные жировые отложения через проколы в коже. Для этого применяют ультразвуковые колебания высокой интенсивности, что позволило сделать липосакцию более безопасной операцией, по сравнению с применявшимися ранее технологиями.

Также ультразвуковую терапию широко используют в косметологии.

Ультразвуковой пилинг - это очищение кожи от отмерших клеток, потовых желез, косметики. Процедура применяется с помощью лосьонов и минеральных вод. При этом усиливается крово - и лимфоотток, массаж тканей лица. Рассасываются оттеки, элементы постакне, в том числе происходит противовоспалительная обработка кожи.

Ультрафонофорез - это техника, предполагающая введение терапевтических веществ в слои кожи под действием ультразвука. Маска, гель, крем - все это подбирается индивидуально, по показаниям. Все свойства ультразвука (прогревание, микромассаж и прочие) при этом сохраняются.

Однако есть и другое мнение об ультразвуковом воздействии на человеческий организм. Так, например, удар ультразвуковой волны, на котором держатся эффекты ультразвукового пилинга и антицеллюлитного ультразвукового массажа, выравнивая кожу путем разрушения волокнистых структур, параллельно ослабляет ее каркасные функции. Это впоследствии приводит к обвисанию кожи. Кроме того, действие ультразвука на клетки вызывает микровибрации, вследствие чего нарушается синтез белков, ухудшаются другие функции [1].

Продолжительное воздействие ультразвука на человека может иметь разрушительное действие и может спровоцировать расстройство нервной системы. При продолжительном и повторяющемся воздействии начинают происходить изменения в эндокринной и сердечнососудистой системах. Также, в ходе длительного влияния ультразвуковых волн, может пострадать ощущение пространства. Само же биологическое действие ультразвука определяется его частотой. Так, на первоначальных стадиях при продолжительном и повторяющемся действии ультразвука, развивается вегето-сосудистая дистония. Выраженность изменений во многом зависит от продолжительности и от интенсивности действия ультразвука, и может возрастать при присутствии в спектре ультразвука различных шумов высокочастотных колебаний. Если такие шумы присутствуют, то наблюдается ухудшение органов слуха. В случае дальнейшего действия ультразвука, эти дефекты приобретают более яркий и устойчивый характер. При локальном воздействии ультразвука может возникнуть явление вегетативного полиневрита рук - это заболевание нервов периферийной нервной системы. Такое действие может быть опасно поражением вирусной инфекцией центрального узла нервной системы. В итоге, это приведет к образованию пареза кистей рук, предплечий. Это означает, что воздействие ультразвука на человека при продолжительном действии и определенной интенсивности может привести к нарушению моторных функций, связанных с поражением центров, которые приводят в движение мышцы. В редких случаях и в зависимости от индивидуальных особенностей это может привести к параличу.

Влияние лазерного излучения на организм человека.

Квантовыми генераторами электромагнитного излучения видимого, инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов называются устройства, предназначенные для генерирования когерентных монохроматических узконаправленных пучков излучения большой мощности, основанные на вынужденном излучении атомов и молекул.

Квантовые генераторы излучения в области длин волн видимого и инфракрасных излучений от 0, 38 до 3 мкм называют оптическими квантовыми генераторами, или лазерами.

Лазер - это прибор, который усиливает свет с помощью вынужденного излучения.

Квантовые генераторы излучения в области больших длин волн (микроволн) называются мюзерами.

Воздействие лазера на организм во многом схож с воздействием электромагнитного излучения видимого и инфракрасного диапазонов. На молекулярном уровне такое воздействие приводит к изменению энергетических уровней молекул живого вещества, их перестройке, коагуляции белковых структур.

Физиологические эффекты лазерного воздействия связаны с фотодинамическим эффектом фотореактивации, эффектом стимуляции или угнетения биопроцессов, изменением функционального состояния, как отдельных систем, так и организма в целом.

Бывают операции, когда использование обычного скальпеля невозможно, в этом случае на помощь хирургу приходит лазерный луч. Его сфокусированный луч способен разрезать ткань быстро и аккуратно. Благодаря своим свойствам лазер обладает рядом преимуществ: во-первых, его луч однороден, что позволяет сделать разрез как одинаковой глубины, так и разной; во-вторых, по мере своего движения лазер сразу запаивает небольшие кровеносные сосуды; и, в-третьих, кожа вокруг разреза не нагревается сильно, и тем самым не травмируется лучом. Кроме этого, последнее время лазер используется при оперировании внутренних органов.

Следующей сферой применения лазера является очистка артерий от тромбоцитных бляшек. Эти плотные жировые субстанции скапливаются на стенках артерий и тем самым препятствуют прохождению крови. Методика проведения операции заключается в следующем: волоконно-оптический массив хирург вводит через кровеносный сосуд в ноге или руке, и перемещает его к закупоренной артерии. Затем лазер излучает свет и убирает бляшку. Эта процедура носит название - ангиопластика. Ее преимущества заключаются в следующем: во-первых, не нужно делать много разрезов, во-вторых, очень малая потеря крови. Однако данная процедура имеет и ряд недостатков: первое - хирург должен точно направить лазер на бляшку, чтобы не повредить артерию, и второе - некоторые частицы материала, остаются после выжигания внутри, их попадание в кровоток может вызвать закупорку маленьких сосудов.

Также лазеры используют для лечения заболеваний глаз. Мы знаем, что роговица, охватывающая глазное яблоко и пропускающая свет, прозрачна. В связи с этим, луч лазера не оказывает на нее никакого воздействия. Польза лазера заключается в удалении посторонних кровеносных сосудов, образующихся на сетчатке глаза. Например, при сахарном диабете на сетчатке образуются десятки ненужных сосудов, что может привести к частичной или полной слепоте.

Кроме этого, лазер восстанавливает отслоившуюся сетчатку - ту ее часть, которая может отделиться от задней части глазного яблока. Посредством лазера, врач «приваривает» оторванную часть. Еще одним заболеванием глаза, которое лечится с помощью лазера, является глаукома. У людей с этой болезнью накапливается жидкость в глазу, что влияет на зрение. Если операции не избежать, используют лазер. Он пробивает небольшое отверстие в определенной области, и жидкость через него вытекает.

Но самое захватывающее применение лазера в глазной хирургии это изменение формы роговицы глаза. Эта методика получила название LASIK (лазерный кератомилез). Внутри роговицы при помощи лазерного луча вырезается необходимая пациенту линза. Вначале удаляют небольшую часть роговицы, затем внутренняя сторона подвергается воздействию лазера. По окончанию процедуры удаленная часть роговицы возвращается на место поверх роговицы, измененной хирургом. Однако данная операция опасна, так как существует опасность случайного повреждения.

Другой сферой применения лазера является косметология. А именно для удаления винных пятен. Винные пятна представляют собой красно-фиолетовые образования на коже, чаще всего возникающие на лице и шее.

Для удаления такого пятна используется способность лазера испускать свет в определённом цвете, так как пятно состоит из деформированных кровеносных сосудов, имеющих красно-фиолетовый цвет, который, в свою очередь, поглощает оттенок зеленого света. Вследствие чего пятно выглядит красным. Чтобы удалить пятно используют широкий маломощный зеленый лазер. Происходит сгорание кровеносных сосудов из-за нагревания и поглощения, излучения. Окружающая кожа имеет другой цвет, именно поэтому она не затрагивается. Данный метод также используют для удаления татуировок. Луч лазера осветляет чернила, при этом, не затрагивая кожу вокруг. Другой процедурой является удаление нежелательных волос. Луч лазера абсорбируется волосяными фолликулами, затем за счет передачи энергии фолликулы нагреваются и сгорают.

Широкое применение лазер нашел и в стоматологии. Большинство стоматологов вместо бора стали использовать лазерный луч. Мощность лазера устанавливают так чтобы он удалил пораженные участки, при этом не повредив эмаль. Вспышки света длятся тридцать триллионных секунд, в результате чего пациент не чувствует боли. Кроме этого, лазер также используется и в челюстно-лицевой хирургии. А все из-за того, что если применяется лазер, то послеоперационный отек меньше проявляется. В результате этого можно проводить операции на дыхательных путях, без риска для пациента. Данное свойство позволяет проводить операции без предварительной госпитализации больного. При этом намного быстрее заживают ткани и рубцы, что не требует наложения швов [2].

Однако лазер в медицине может нанести и вред. В частности термические ожоги сетчатки, в результате чего нарушается охлаждающая функция сосудов, и может произойти кровоизлияние в стекловидное тело. Это может привести к временной или постоянной потери остроты зрения, а возможно и к полной его потери. Если облучение происходит в течение длительного промежутка времени, это может привести к образованию катаракты.

Помимо этого лазер может нанести вред кожи. А именно ожоги от воздействия лазерного луча и фотохимические индуцированные повреждения. Тепловая травма может возникнуть при прямом контакте с лучом или его отражением в зеркале. Фотохимические повреждения происходят с течением времени от УФ облучения прямого света, отражений в зеркале, диффузного отражения. Повреждения проявляются в виде серьезных ожогов, или что еще хуже происходит формирование рака кожи. Именно поэтому при работе с лазером необходимы защитные очки и одежда [3].

Таким образом, приведенный материал с биофизическим содержанием позволяет удовлетворять познавательные потребности обучающихся, и ориентирован на результат, качественно отличающийся от монопредметного уровня обучения.

биофизический материал естествознание

Размещено на Allbest.ru