Физика в медицине

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Ростовский государственный экономический университет (РИНХ)» Финансово-экономический колледж

Индивидуальный проект

на тему: «Физика в медицине»

Николенко Анастасия

Ростов-на-Дону, 2021 г.

Содержание

медицина физиотерапевтический электричество физика

Введение

1. Основные понятия физики в медицине

1.1 Понятие и история развития медицины

1.2 Применение электричества в медицине и биологии в XIX-XX веках

2. Начало электродинамики

2.1 История развития лучевой терапии

2.2 Краткая история ультразвуковой терапии

2.3 Физиотерапевтические аппараты

Заключение

Список использованных источников



Введение

С древних времен связь между медициной и физикой была тесной. Как известно, съезды естествоиспытателей и врачей проходили в разных странах совместно вплоть до начала XX в. История развития классической физики показывает, что ее во многом создали врачи, причем многие физические исследования были вызваны вопросами, которые ставила медицина. В свою очередь достижения современной медицины, особенно в области высоких технологий диагностики и лечения, были основаны на результатах различных физических исследований.

Медициной принято называть систему научных знаний и практических мер, объединяемых целью диагностики, лечения и профилактики заболеваний, сохранения и укрепления здоровья и трудоспособности людей, продления жизни, а также облегчения страданий от физических и психических недугов

Цель проекта: показать взаимосвязь между физикой, как наука о материи, и медициной.

Для достижения данной цели следует решить следующие задачи:

- Рассмотреть понятие физики в медицине;

- Рассмотреть, как влияет электрический ток на человека;

- Рассмотреть в качестве чего используют лучевую терапию.

Объект проектной работы: физика как наука о материи, её структуре, движении и правилах трансформации.

Предмет проекта: совокупность физических знаний, теории и методов, используемых в медицине.

В процессе исследования использовалась научная литература, касающаяся физики в медицине. Всего было проанализировано 9 источников.

Структура индивидуального проекта: отражает общий замысел и логику исследования. Состоит из введения, двух глав, 5 параграфов, заключения, списка использованных источников, 5 изображений. 

1. Основные понятия физики в медицине

1.1 Понятие и история развития медицинской физики

Медицина и физика - это две области, постоянно окружающие нас в повседневности. Ежедневно влияние физики на развитие медицины только увеличивается, медицинская отрасль за счет этого модернизируется. Это приводит к тому, что многие болезни удается вылечить или остановить их распространение и контролировать.

Пути развития медицины и физики всегда были тесно переплетены между собой. Уже в глубокой древности медицина, наряду с лекарствами, использовала такие физические факторы, как механические воздействия, тепло, холод, звук, свет.

Приручив огонь, человек научился использовать огонь в лечебных целях. Особенно хорошо это получалось у восточных народов. Еще в древности лечению прижиганием придавали очень большое значение. В древних медицинских книгах говорится о том, что прижигание оказывается действенным даже тогда, когда бессильны иглоукалывания и лекарства. Когда именно возник такой метод лечения точно не установлено. Но известно, что он существовал в Китае с глубокой древности, и применялся еще в каменном веке для лечения людей и животных.

Звук использовался практически всеми древними цивилизациями. Музыка применялась в храмах для лечения нервных расстройств, она находилась в прямой связи с астрономией и математикой у Китайцев. Пифагор утвердил музыку как точную науку. Его последователи использовали её для избавления от ярости и гнева и считали главным средством для воспитания гармоничной личности. Аристотель также утверждал, что музыка способна оказывать влияние на эстетическую сторону души. Царь Давид своей игрой на арфе вылечил от депрессии царя Саула, а также спас его от не чистых духов. Эскулап лечил радикулит громкими звуками трубы. Также известны тибетские монахи, которые использовали звуки для лечения практически всех болезней человека. Они назывались мантрами - формами энергии в звуке, чистой сущностной энергией самого звука. Мантры подразделялись на различные группы: для лечения лихорадок, кишечных расстройств и т.д. Метод использования мантр применяется тибетскими монахами и по сегодняшний день.

Фототерапия, или терапия светом, существовала всегда. В Древнем Египте, например, был создан специальный храм, посвященный «все исцеляющему лекарю» - свету. А в Древнем Риме дома строились таким образом, чтобы ничто не мешало светолюбивым гражданам ежедневно предаваться «питью солнечных лучей» - так назывался у них обычай принимать солнечные ванны в особых пристройках с плоскими крышами (соляриях). Гиппократ врачевал с помощью солнца болезни кожи, нервной системы, рахит и артрит. Более 2000 лет назад он назвал такое использование солнечного света гелиотерапией.

Сократ, живший ок. 470-399 гг. до н.э., учил, что мы не сможем постигнуть окружающий мир, пока не постигнем нашу собственную природу. Древние греки и римляне многое знали о магистральных кровеносных сосудах и клапанах сердца, умели прослушивать работу сердца (например, греческий врач Аретей во 2-м веке до н.э.). Герофил из Халцедока (3 в. до н.э.) различал среди сосудов артерии и вены.

Отец современной медицины древнегреческий врач Гиппократ провел реформу античной медицины, отделив ее от методов лечения заклинаниями, молитвами и принесением жертвы богам. В трактатах «Вправление сочленений», «Переломы», «Раны головы» он провел классификацию известных в то время повреждений опорно-двигательной системы и предложил методы их лечения, в частности механические, с помощью тугих повязок, вытяжения, фиксации. По-видимому, уже в то время появились первые усовершенствованные протезы конечностей, которые служили в том числе для выполнения отдельных функций.

Великий древнегреческий философ Аристотель, сочинения которого охватывают практически все области науки того времени, составил первое подробное описание строения и функций отдельных органов и частей тела животных и заложил основы современной эмбриологии. В возрасте семнадцати лет Аристотель, сын врача из Стагиры, пришел в Афины учиться в Академии Платона (428-348 гг. до н.э.). Пробыв в Академии двадцать лет и став одним из самых близких учеников Платона, Аристотель оставил ее только после смерти учителя. Впоследствии он занялся анатомией и исследованием структуры животных, собирая разнообразные факты и проводя эксперименты и вскрытия.

Многие уникальные наблюдения и открытия были им сделаны в этой области. Так, Аристотель впервые установил биение сердца куриного эмбриона на третий день развития, описал жевательный аппарат морских ежей («Аристотелев фонарь») и многое другое. В поисках движущей силы кровотока, Аристотель предложил механизм движения крови, связанный с ее нагреванием в сердце и охлаждением в легких: «движение сердца похоже на движение жидкости, которую заставляет кипеть теплота». В своих трудах «О частях животных», «О движении животных» («De Motu Animalium»), «О происхождении животных» Аристотель впервые рассмотрел строение тел более 500 видов живых организмов, организацию работы систем органов, ввел сравнительный метод исследования.

При классификации животных он разделил их на две крупные группы - имеющих кровь и бескровных. Это деление сходно с существующим ныне делением на позвоночных и беспозвоночных животных. По способу перемещения Аристотель выделил также группы двуногих, четвероногих, многоногих и безногих животных. Он первый описал ходьбу как процесс, в котором вращательное движение конечностей преобразуется в поступательное движение тела, впервые отметил несимметричный характер движения (опора на левую ногу, перенос тяжестей на левом плече, свойственные правшам). Наблюдая за движениями человека, Аристотель заметил, что отбрасываемая фигурой тень не стене описывает не прямую, а зигзагообразную линию.

Им выделены и описаны органы, различные по структуре, но одинаковые по функциям, например, чешуя у рыб, перья у птиц, волосяной покров у животных. Аристотель исследовал условия равновесия тела птиц (двуногая опора). Размышляя о движении животных, он выделил двигательные механизмы: "…движущее при помощи органа есть то, у чего начало совпадает с концом, как в сочленении. Ведь в сочленении имеется выпуклое и полое, одно из них - конец, другое - начало…одно покоится, другое движется … Все движется через толчок или натяжение».

Аристотель первым описал легочную артерию и ввел термин «аорта», отметил корреляции структуры отдельных частей тела, указал на взаимодействие органов в организме, заложил основы учения о биологической целесообразности и сформулирован «принцип экономии»: «что природа отнимает в одном месте, то дает в другом».

Он впервые описал различия в структуре кровеносной, дыхательной, опорно-двигательной систем разных животных и их жевательного аппарата. В отличие от своего учителя, Аристотель не рассматривал «мир идей» как нечто внешнее по отношению к материальному миру, а ввел «идеи» Платона в качестве составной части природы, ее основного начала, организующего материю. Впоследствии это начало трансформируется в понятия «жизненной энергии», «животных духов».

Великий древнегреческий ученый Архимед заложил основы современной гидростатики своими исследованиями гидростатических принципов, управляющих плавающим телом и исследованиями плавучести тел. Он первым применил математические методы к изучению задач механики, сформулировав и доказав ряд утверждений о равновесии тел и о центре тяжести в виде теорем. Принцип рычага, широко использовавшийся Архимедом для создания строительных конструкций и военных машин, станет одним из первых механических принципов, примененным в биомеханике опорно-двигательной системы. В трудах Архимеда содержатся идеи о сложении движений (прямолинейного и кругового при движении тела по спирали), о непрерывном равномерном приращении скорости при ускорении тела, которые впоследствии Галилей назовет как основу своих фундаментальных трудов по динамике.

В классическом труде «О частях человеческого тела» знаменитый древнеримский врач Гален дал первое в истории медицины целостное описание анатомии и физиологии человека. Эта книга прослужила учебником и настольной книгой по медицине в течение почти полутора тысяч лет. Гален положил начало физиологии, делая первые наблюдения и эксперименты на живых животных и изучая их скелеты.

Он ввел в медицину вивисекцию - операции и исследования на живом животном с целью исследования функций организма и разработки методов лечения заболеваний. Он обнаружил, что в живом организме мозг контролирует рече- и звукообразование, что артерии заполнены кровью, а не воздухом и, как мог, исследовал пути перемещения крови в организме, описал структурные различия артерий и вен, обнаружил клапаны сердца.

Гален не проводил вскрытий и, возможно, поэтому в его труды попали неверные представления, например, об образовании венозной крови в печени, а артериальной - в левом желудочке сердца. Он не знал также о существовании двух кругов кровообращения и значения предсердий. В своем труде «De motu musculorum» он описал различие между моторными и сенсорными нейронами, мышцами-агонистами и антагонистами, впервые описал тонус мышц. Причиной мышечного сокращения он считал «животные духи», поступающие из мозга в мышцу по нервным волокнам.

Исследуя организм, Гален пришел к убеждению, что в природе ничто не излишне и сформулировал философский принцип о том, что, исследуя природу, можно прийти к пониманию замысла бога. В эпоху средневековья, даже при всевластии инквизиции, было сделано очень многое, особенно в анатомии, что впоследствии послужило основой дальнейшего развития биомеханики.

История пульсовой диагностики неразрывно связана с именем древнего китайского врачевателя Бянь Цяо (Цинь Юэ-Жэнь). Начало пути методики пульсовой диагностики, связывают с одной из легенд, согласно которой Бянь Цяо был приглашён на лечение дочери знатного мандарина (чиновника). Ситуация осложнялась тем, что видеть и дотрагиваться до особ знатного сана было строго запрещено даже врачам. Бянь Цяо попросил тонкую бечевку. Затем предложил привязать другой конец шнура на запястье принцессы, находящейся за ширмой, но придворные лекари пренебрежительно отнеслись к приглашенному врачу и решили над ним подшутить, привязав конец шнура не на запястье принцессы, а на лапку собачки, бегавшей рядом. Через несколько секунд, к удивлению присутствующих, Бянь Цяо невозмутимо заявил, что это импульсы не человека, а животного и это животное мается глистами. Искусность врача вызвала восхищение, а шнур с доверием был перенесен на запястье принцессы, после чего было определено заболевание и назначено лечение. В результате принцесса быстро выздоровела, а его методика получила широкую известность.

1.2 Применение электричества в медицине и биологии в XIX-XX веках

С давних времен человек пытался понять явления в природе. Много гениальных гипотез, объясняющих происходящее вокруг человека, появилось в разное время и в разных странах. Мысли греческих и римских ученых и философов, живших еще до нашей эры: Архимеда, Евклида, Лукреция, Аристотеля, Демократа и других - и сейчас помогают развитию научных исследований.

Следует отметить, что электрические свойства некоторых рыб, известные еще в далекие времена, до сих пор являются нераскрытой тайной природы. Так, например, в 1960 г. на выставке, организованной английским Научным королевским обществом в честь 300-летия со дня его основания, среди загадок природы, которые человеку предстоит раскрыть, демонстрировался обычный стеклянный аквариум с находящейся в нем рыбой - электрическим скатом (рис. 1). К аквариуму через металлические электроды был подключен вольтметр. Когда рыба была в покое, стрелка вольтметра стояла на нуле. При движении рыбы вольтметр показывал напряжение, достигавшее при активных движениях 400 В.

Ещё в глубокой древности люди пользовались электрическим действием янтаря и разрядами электрических рыб для лечения параличей, нервных и ревматических болей.

Рисунок 1. Достижение напряжение благодаря скату

Во второй половине XVIII века, после изобретения лейденской банки (Лейденская банка - это первый в своем роде электрический конденсатор, который появился на свет благодаря стараниям немецких и голландских ученых.), а потом гальванического элемента, началось широкое применение электричества в медицине. Поскольку теория электромагнитных явлений ещё не была тогда разработана, электролечение применялось эмпирически. В дальнейшем, на протяжении XIX века, развитие и усовершенствование методов электротерапии шло параллельно с изучением законов электромагнетизма и электрофизиологии.

После того, как С. Ледюк открыл, что некоторые вещества проникают под действием электрического тока через неповрежденную кожу, был предложен электрофорез - введение в организм лекарств при помощи этого явления.

Первую «электрическо-гальваническую» лечебницу открыл в России в 1866 году доктор Николай Гаврилович Яковлев; сначала она функционировала в городе Астрахани, а затем он перевёл её в Нижний Новгород.

После изобретения Николай Теслой в 1891 году высокочастотного трансформатора Ж.-А., д'Арсонваль предложил метод электролечения, названный впоследствии дарсонвализацией.

В 1905 году Р. Цейнек и Ф. Нагельшмидт разработали метод диатермии - воздействия на организм высокочастотным током низкого напряжения и большой силы.

К электротерапии относятся:

· Франклинизация - воздействие электрических разрядов и статического электрического поля высокой напряженности.

· Воздействие постоянным электрическим током: гальванизация - применение постоянного тока невысокого напряжения (30-80 В) и небольшой силы; электрофорез.

· Воздействие переменным током низкой частоты: электростимуляция, электросон, электроанестезия.

· Воздействие током высокой частоты: дарсонвализация (местная) - воздействие на отдельные участки тела импульсным током высокой частоты (100-500 кГц); диатермия - воздействие на организм током высокой частоты, низкого напряжения и большой силы (до 3 А).

· Воздействие высокочастотным электромагнитным полем, в частности: УВЧ-терапия - с частотой от 30 до 300 МГц; микроволновая терапия - с частотой от 300 до 300 000 МГц.

Индуктотермия - воздействие переменным высокочастотным магнитным полем, имеющим в основном тепловое действие, в том числе индуктопирексия - повышение таким образом температуры тела пациента до 39° и выше с лечебной целью.

Магнитотерапия - воздействие переменным магнитным полем.

Электрическая природа молнии и действие ее на человека еще больше укрепляли мнение, что электричество может не только поражать, но и лечить людей. Приведем некоторые примеры.

8 апреля 1730 г. англичане Грей и Уилер провели ставший ныне классическим опыт с электризацией человека. Во дворе дома, где жил Грей, были врыты в землю два сухих деревянных столба, на которых была укреплена деревянная балка - через деревянную балку были перекинуты два воло­сяных каната. Нижние концы их были связаны. Канаты легко выдерживали вес мальчика, согласившегося принять участие в опыте. Расположившись, как на качелях, мальчик одной рукой держал наэлектризованный трением стержень или металлический прут, на который передавался электрический заряд от наэлектризованного тела. Другой рукой мальчик бросал одну за другой монеты в металлическую тарелку, находившуюся на сухой деревянной доске под ним (рис. 2). Монеты приобретали заряд через тело мальчика; падая, они заряжали металлическую тарелку, которая начинала притягивать кусочки сухой соломы, расположенные вблизи. Опыты проводились многократно и вызвали значительный интерес не только у ученых.

Рисунок 2. Опыт с электризацией человека

П.Н. Яблочков, расположив параллельно два угля, разде­ленных расплавляющейся смазкой, создает электрическую свечу - простой источник электрического света, способный освещать в течение нескольких часов помещение. Свеча Яблочкова (рис. 3) просуществовала три-четыре года, найдя приме­нение почти во всех странах мира. Ее заменила более долго­вечная лампа накаливания. Повсеместно создающие электрические генераторы, получают распространение и аккумуляторы. Области применения электричества все увеличиваются.

Рисунок 3. Простой источник электрического света

Становится популярным применение электричества и в химии, начало которому положил М. Фарадей. Перемещение вещества - движение заразоносителей - нашло одно из первых своих применений в медицине для ввода соответствующих лекарственных соединений в тело человека. Суть метода состоит в следующем: нужным лекарственным соединением пропитывается марля или другая любая ткань, которая служит прокладкой между электродами и телом человека; она располагается на участках тела, подлежащих лечению. Электроды подключаются к источнику постоянного тока. Метод подобного ввода лекарственных соединений, впервые примененный во второй половине XIX века, широко распространен и сейчас. Он носит название электрофореза или ионофореза.

Последовало еще одно, имеющее огромную важность для практической медицины открытие в области электротехники. 22 августа 1879 г. английский ученый Крукс сообщил о своих исследованиях катодных лучей, о которых в то время стало известно следующее:

1. При пропускании тока высокого напряжения через трубку с очень сильно разреженным газом из катода выры­вается поток частичек, несущихся с громадной скоростью.

2. Эти частички движутся строго прямолинейно.

3. Эта лучистая энергия может производить механическое действие. Например, вращать маленькую вертушку, постав­ленную на ее пути.

4. Лучистая энергия отклоняется магнитом.

5. В местах, на которые падает лучистая материя, развивается тепло. Если катоду придать форму вогнутого зеркала, то в фокусе этого зеркала могут быть расплавлены даже такие тугоплавкие сплавы, как, например, сплав иридия и платины.

6. Катодные лучи - поток материальных телец меньше атома, а именно частиц отрицательного электричества.

Таковы первые шаги в преддверии нового крупного открытия, сделанного Вильгельмом Конрадом Рентгеном. Рентген обнаружил принципиально иной источник излучения, названный им Х-лучами (X-Ray). Позже эти лучи получили название рентгеновских. Сообщение Рентгена вызвало сенсацию. Во всех странах множество лабораторий начали воспроизводить установку Рентгена, повторять и развивать его исследования. Особенный интерес вызвало это открытие у врачей.

Новые достижения электротехники соответственно расширили возможности исследования «животного» электричества. Маттеучи, применив созданный к тому времени гальванометр, доказал, что при жизнедеятельности мышцы возникает электрический потенциал. Разрезав мышцу поперек волокон, он соединил ее с одним из полюсов гальванометра, а продольную поверхность мышцы соединил с другим полюсом и получил потенциал в пределах 10-80 мВ. Значение потенциала обусловлено видом мышц. По утверждению Маттеучи, «биоток течет» от продольной поверхности к поперечному разрезу и поперечный разрез является электроотрицательным. Этот любопытный факт был подтвержден опытами на разных животных - черепахе, кролике, крысе и птицах, проведенными рядом исследователей, из которых следует выделить немецких физиологов Дюбуа-Реймона, Германа и нашего соотечественника В.Ю. Чаговца. Пельтье в 1834 г., опубликовал работу, в которой, излагались результаты исследования взаимодействия биопотенциалов с протекающим по живой ткани постоянным током. Оказалось, что полярность биопотенциалов при этом меняется. Изменяются и амплитуды.

Одновременно наблюдались изменения и физиологических функций. В лабораториях физиологов, биологов, медиков появляются электроизмерительные приборы, обладающие достаточной чувствительностью и соответствующими пределами измерений. Накапливается большой и разносторонний экспериментальный материал. На этом заканчивается предыстория использования электричества в медицине и изучения «животного» электричества.

Появление физических методов, дающих первичную био­информацию, современное развитие электроизмерительной техники, теории информации, автометрии и телеметрии, комплексирование измерений - вот что знаменует собой новый исторический этап в научно-техническом и медико-биологическом направлениях использования электричества.



2. Начало электродинамики

2.1 История развития лучевой терапии

Лучевая терапия (рис. 4) - метод лечения больных с помощью ионизирующего излучения. Лучевая терапия применяется при злокачественных опухолях, а также при некоторых доброкачественных опухолях и неопухолевых заболеваниях.

Рисунок 4. Фотография аппарата лучевой терапии

В настоящее время в онкологической практике используют хирургический метод, химиотерапию, гормональное лечение, иммунотерапию, а также лучевую терапию. Варианты лечения злокачественных опухолей применяют в различных сочетаниях, однако по рекомендациям ВОЗ практически у 80% онкологических больных в комплексе этих методов включают лучевую терапию.

Лучевое лечение неопухолевых заболеваний проводят в тех случаях, когда лечение другими методами неэффективно, или в случаях, когда облучение имеет преимущества перед другими видами лечения.

Лучевая терапия злокачественных опухолей и неопухолевых заболеваний имеет принципиальные различия как в уровнях, подводимых к патологическому очагу доз излучения, так и в механизмах воздействия и получаемых эффектах. Эти различия вызваны разными целями при лечении больных.

Цель облучения онкологических больных - уничтожение опухолевых клеток с помощью прямого и косвенного воздействия ионизирующего излучения, в том числе путем ухудшения трофических процессов в опухоли.

Целью облучения при лечении неопухолевых заболеваний является улучшение трофических процессов в патологическом очаге, что приводит к ликвидации воспаления, стимуляции вялотекущей эпителизации, улучшению нервно-мышечной проводимости и другим процессам.

В возникновении и развитии лучевой терапии имели значение открытия в области ядерной физики, радиобиологии, а также создание и совершенствование медицинской техники.

Основополагающими в области физики считаются открытие В.К. Рентгеном Х-лучей в 1895 г., открытие А. Беккерелем в 1896 г. явлений естественной радиоактивности, а также открытие М. Склодовской и П. Кюри радиоактивных свойств полония и радия в 1898 г. Супруги Кюри переработали 8 тонн смоляной урановой руды и выделили 1 г нового химического элемента, названного радием - «лучистым». Радиоактивность радия оказалась в миллион раз выше, чем у урана.

Дальнейшие открытия физиков также лежат в основе современной лучевой терапии. В том же 1898 г. Э. Резерфорд обнаружил две составляющие излучения урана: менее проникающую, названную б-излучением, и более проникающую, названную в-излучением. Третья составляющая урановой радиации, самая проникающая из всех, была открыта позже, в 1900 г., П. Виллардом и названа по аналогии с резерфордовским рядом г-излучением. Э. Резерфорд и его сотрудники показали, что радиоактивность связана с распадом атомов (значительно позже стало ясно, что речь идет о распаде атомных ядер), сопровождающимся выбросом из них определенного типа излучений. В последующих исследованиях Резерфорда было показано, что б-излучение представляет собой поток б-частиц, которые являются ядрами изотопа гелия 4Не, в-излучение состоит из электронов, а г-излучение является потоком высокочастотных электромагнитных квантов, испускаемых атомными ядрами при переходе из возбужденных в более низколежащие состояния. Открытие в 1932 г. нейтрона принадлежит физику Дж. Чедвику.

В 1934 г. супруги Жолио-Кюри впервые получили в лаборатории искусственные радиоактивные изотопы, которые с тех пор стали использовать в лучевой диагностике и лучевой терапии наряду с рентгеновскими лучами. Из общего числа (около 2000) известных ныне радиоактивных изотопов лишь около 300 - природные, а остальные получены искусственно в результате ядерных реакций. Между искусственной и естественной радиоактивностью нет принципиального различия.

Открытия конца XIX века вызвали небывалый интерес в среде ученых и медиков, которые немедленно стали экспериментировать с новым видом энергии. В этот период времени отсутствие знаний о природе лучей и их действии на живые организмы привело к появлению поражения кожи у людей, которые проводили эксперименты с длительным или частым облучением. Возникновение ожогов кожи у физиков-экспериментаторов навело ученых на мысль о наличии повреждающего действия рентгеновских лучей, а позднее и радия, а также на идею использования этого эффекта для уничтожения злокачественных опухолей. Следует учесть, что в то время лечение онкологических больных проводили без современных возможностей химио, гормоно и иммунотерапии. Кроме того, еще не достигли высокого уровня развития анестезиология и реанимация, отсутствовали антибиотики. В начале XX в. показатели пятилетней выживаемости онкологических больных всех стадий были менее 5%. Благодаря совершенствованию хирургической техники, анестезиологии и реаниматологии, появлению химиотерапии, гормональной и иммунотерапии, а также лучевого лечения к 60-70-м гг. XX в. показатели пятилетней выживаемости онкологических больных увеличились до 70%.

Одной из первых попыток рентгенотерапии рака считают работу доктора Дж. Джиллмана из Чикаго, к которому с сильными ожогами обратился физик Е. Груббе после опытов с Х-лучами (Ярмоненко С.П., 2004). Увидев такое действие облучения, Джиллман направил к Груббе больную с неоперабельным раком молочной железы. Сеанс облучения был проведен 29 января 1896 г.

Известно, что среди пострадавших от воздействия облучения на кожу оказался и Анри Беккерель, который по просьбе Пьера Кюри подготовил препарат радия для демонстрации его свойств на конференции и положил стеклянную трубочку с радием в карман жилета, где она находилась почти 6 часов. Спустя 10 дней на коже под карманом появилось покраснение, а еще через несколько дней образовалась язва.

Как и А. Беккерель, супруги Кюри получили ожоги кожи, после чего в совместной работе 1901 г. они не только описали патологическое влияние радия на кожу, но и высказали предположение об использовании радия для лечения опухолей.

2.2 Краткая история ультразвуковой терапии

Ультразвуковая техника начала развиваться во время Первой мировой войны. Именно тогда, в 1914 г., испытывая в большом лабораторном аквариуме новый ультразвуковой излучатель, выдающийся французский физик - экспериментатор Поль Ланжевен обнаружил, что рыбы при воздействии ультразвука забеспокоились, заметались, потом успокоились, но через некоторое время стали гибнуть. Так случайно был проведен первый опыт, с которого началось исследование биологического действия ультразвука.

В конце 20-х годов ХХ в. были сделаны первые попытки использовать ультразвук в медицине. А в 1928 г. немецкие врачи уже применили ультразвук для лечения заболеваний уха у людей.

В 1934 г. coветский отоларинголог Е.И. Анохриенко ввел ультразвуковой метод в терапевтическую практику и первым в мире осуществил комбинированное лечение ультразвуком и электрическим током. Вскоре ультразвук стал широко применяться в физиотерапии, быстро завоевав славу весьма эффективного средства. Прежде чем применить ультразвук для лечения болезней человека, действие его тщательно проверяли на животных, но новые методы в практическую ветеринарию пришли уже после того, как нашли широкое применение в медицине. Первые ультразвуковые аппараты были весьма дороги. Цена, конечно, не имеет значения, когда речь идет о здоровье людей, но в сельскохозяйственном производстве с этим приходится считаться, поскольку оно не должно быть убыточным. Первые ультразвуковые лечебные методы основывались на чисто эмпирических наблюдениях, однако параллельно с развитием ультразвуковой физиотерапии разворачивались исследования механизмов биологического действия ультразвука. Их результаты позволяли вносить коррективы в практику применения ультразвука.

В 1940-1950 годах, например, полагали, что в лечебных целях эффективен ультразвук интенсивностью до 5…6 Вт/кв. см или даже до 10 Вт/кв. см. Однако вскоре применяемые в медицине и ветеринарии интенсивности ультразвука стали уменьшаться. Так в 60-е годы ХХ в. максимальная интенсивность ультразвука, генерируемого физиотерапевтическими аппаратами, уменьшилась до 2…3 Вт/кв. см, а выпускаемые в настоящее время аппараты излучают ультразвук с интенсивностью, не превышающей 1 Вт/кв. см. Но сегодня в медицинской и ветеринарной физиотерапии чаще всего используют ультразвук с интенсивностью 0,05-0,5 Вт/кв. см.

Применение ультразвуковой диагностики в медицине.

Скорость распространения ультразвука увеличивается при увеличении упругости и уменьшении плотности среды.

Усредненная скорость распространения ультразвука в тканях тела человека составляет 1540 м/с.

В настоящее время ультразвуковая диагностика получила широкое распространение. В основном при распознавании патологических изменений органов и тканей используют ультразвук частотой от 500 кГц до 15 МГц. Звуковые волны такой частоты обладают способностью проходить через ткани организма, отражаясь от всех поверхностей, лежащих на границе тканей разного состава и плотности.

По физической сути можно выделить две разновидности ультразвукового исследования: ультразвуковая локация и ультразвуковое просвечивание.

При ультразвуковой локации регистрируются импульсы ультразвука, отраженные от границы сред, имеющих различные акустические свойства. Перемещение датчика позволяет выявить размеры, форму и расположение исследуемого объекта.

Ультразвуковое просвечивание (рис. 5) основано на различном поглощении ультразвука разными тканями организма. При исследовании внутреннего органа в него направляют ультразвуковую волну определенной интенсивности и регистрируют интенсивность прошедшего сигнала датчиком, находящимся по другую сторону органа. По степени изменения интенсивности воспроизводится картина внутреннего строения сканируемого органа.



Рисунок 5. Ультразвуковое просвечивание

КАРДИОЛОГИЯ

Ультразвуковые методы широко применяются при обследовании сердца и прилегающих магистральных сосудов. Это связано, в частности, с возможностью быстрого получения пространственной информации, а также возможностью ее объединения с томографической визуализацией. Так, для обнаружения и распознавания аномалий движения клапанов сердца, в частности митрального, очень широко используется М-режим. При этом важно регистрировать движение клапанов вплоть до частот порядка 50Гц и, следовательно, с частотой повторения около 100Гц. Эта цифра, оставаясь значительно ниже упомянутого выше придела для эхо-импульсных приборов (около 5кГц), в сущности, недостижима при любых других методах исследования.

НЕВРОЛОГИЯ

До появления рентгеновской компьютерной томографии мозг было особенно сложно исследовать. Начиная с 1951 г., в Лондонском королевском онкологическом госпитале предпринимались значительные усилия для применения ультразвука к этой задаче. К сожалению, этому мешают физические свойства черепа взрослого человека, поскольку череп представляет собой сильно поглощающую трехслойною структуру переменной толщины. Хотя было сделано несколько интересных попыток преодолеть эти трудности, в том числе с использованием управляемых многоэлементных решеток, когда датчик прилегает к ограниченной области черепа, а также с частичной автоматической компенсацией фазовой задержки для учета изменений толщины черепа, такое применение не встретило одобрения диагностов. Однако еще не затвердевший череп плода или новорожденного в акустическом плане не представляет значительных преград, связанных с возникновением затухания или преломления, и поэтому ультразвуковое обследование здесь применяется все чаще.

2.3 Физиотерапевтические аппараты

Физиотерапевтическое лечение в зависимости от используемых аппаратов и особенностей их воздействия на тело человека показано для устранения заболеваний центральной и нервной систем, органов дыхания. Ряд процедур положительно сказываются на состоянии кожи, улучшают работу органов мочевыделения, сердца, системы ЖКТ и иммунитета.

Физиотерапия умножает терапевтические эффекты лекарственных средств, помогает уменьшить их дозировку или продолжительность приема медикаментов, а иногда вовсе отказаться от них.

Физиотерапевтическое лечение пациентов позволяет:

· Улучшить кровообращение и приток крови к области воздействия;

· Снять спазмы с мышц, уменьшить боль;

· Активизировать местный и общий иммунитет;

· Восстановить обменные процессы, функции тканей;

· Повысить тонус организма;

· Активизировать регенерацию клеток;

· Укрепить нервную систему.

Сеансы физиотерапии проводятся на острой стадии заболеваний, после операций и в период восстановления. Назначение процедур пациентам с хроническими патологиями относится к методу профилактики, который позволяет предупредить очередной рецидив патологии или значительно уменьшает его симптоматику.

Физиотерапия в медучреждениях проводится при помощи физиотерапевтических аппаратов, выделяющих тепло, электрические или магнитные волны, создающих колебания.

Аппараты для физиотерапии

Портативные медицинские приборы индивидуального применения позволяют:

· дать возможность человеку прервать развитие болезни, пресекая ее в самом начале, и тем самым избежать осложнений и патологий;

· экономить денежные средства, так как сроки службы прибора велики, а цены на приборы по сравнению с традиционными лекарствами достаточно низкие;

· высвободить человека от поездок в поликлинику или больницу, предоставив ему возможность в несложных случаях провести лечение дома и сделать лечение максимально комфортным без отрыва от работы или отдыха.

В зависимости от действующего фактора все приборы для физиотерапевтического воздействия делятся на несколько групп:

· низкочастотные;

· высокочастотные;

· ультразвуковые;

· магнитотерапевтические;

· лазерные;

· ультразвуковые;

· светолечебные;

· теплолечебные;

· водолечебные;

· механотерапевтические и массажные;

· компрессионные;

· другие приборы для электротерапии.

Аппаратура применяется для лечения электротоком и использует постоянные или импульсные токи. Токи постоянной частоты применяются при электрофорезе и гальванизации. Гальванизация основана на процессах электролиза и поляризации, изменении содержания ионов в клетках). Она восстанавливает функционирование нервной системы, активизируют движение крови и лимфы, обеспечивает клетки кислородом, увеличивает концентрацию гликогена в сердечной мышце, активизирует работу эндокринной системы.

Широко используются отечественные приборы «Ион-1» и «Поток-1» (выпускается и в настенном варианте). Также применяется итальянское оборудование: «Ионостим-2, «Ионостим-4», «Кинеспорт» в настольном исполнении, обладают встроенным жидкокристаллическим дисплеем.

Оборудование для облучения

Аппараты этой группы в зависимости от вида излучения подразделяются на звуковые, ультразвуковые и электромагнитные.

Звуковые приборы

Отечественный аппарат «Интраон-2» используется для консервативного удаления камней из мочеточников. Также он уменьшает гидроуретронефроз, лечит послеоперационные парезы кишечника и способствует их предотвращению.

Прибор стимулирует гладкую мускулатуру, в результате чего восстанавливаются сократительная способность мочеточника, что содействует выходу камней.

Ультразвуковые аппараты

Ультразвук оказывает тепловое и массажное действие на организм, что позволяет избавиться от многих недугов. Обычно подобные аппараты изготавливаются настольными.

Электромагнитное оборудование

Приборы формируют переменное электромагнитное поле, характеризующееся высокой частотой. Под воздействием такого поля в тканях возникают вихревые токи, механическая энергия которых трансформируется в тепловую.

Индуктометрия в основном используется для лечения болезней кровеносной системы.

Самым распространенным отечественным аппаратом является ИКВ-4. Также применяется прибор немецкого производства «Жасмин». Он глубоко прогревает ткани и способствует уничтожению злокачественных новообразований, в основном гинекологических.

Приборы для высокочастотного электромагнитного облучения

При ультравысокочастотной терапии на организм в основном воздействует электрическое поле.

Тепловое воздействие этого вида терапии выражается меньше, чем при индуктометрии. В основном тепло образовывается в тех тканях, которые плохо проводят электрический ток (в их число входят нервная и костная).

Приборы для сверхвысокочастотного электромагнитного облучения

Аппараты формируют переменное электромагнитное поле, обладающее сверхвысокой частотой. Оно способно проникнуть в организм на глубину 10-12 сантиметров. Под его воздействием клетки поляризуются, к тому же их полярность постоянно меняется. В результате ткани разогреваются до нужной температуры. При необходимости можно достигнуть температуры некротизации.

Все подобные приборы работают в постоянном режиме, но некоторые из них могут переключаться на импульсный режим.



Заключение

Медицина и физика - это две области, постоянно окружающие нас в повседневности. Пути развития медицины и физики всегда были тесно переплетены между собой. Уже в глубокой древности медицина, наряду с лекарствами, использовала такие физические факторы, как механические воздействия, тепло, холод, звук, свет.

Приручив огонь, человек научился использовать огонь в лечебных целях. Звук использовался практически всеми древними цивилизациями для лечения.

Фототерапия, или терапия светом, существовала всегда и многие народы древнего мира принимали солнечные ванны.

Следует отметить, что электрические свойства некоторых рыб, известные еще в далекие времена, до сих пор являются нераскрытой тайной природы. К электротерапии относятся:

* Франклинизация

* Воздействие постоянным электрическим током

* Воздействие переменным током низкой частоты

* Воздействие током высокой частоты:

* Воздействие высокочастотным электромагнитным полем.

Метод лекарственных соединений с помощью тока, впервые примененный во второй половине XIX века, широко распространен и сейчас. Он носит название электрофореза или ионофореза.

Лучевая терапия - метод лечения больных с помощью ионизирующего излучения. Лучевая терапия применяется при злокачественных опухолях, а также при некоторых доброкачественных опухолях и неопухолевых заболеваниях. Лучевое лечение неопухолевых заболеваний проводят в тех случаях, когда лечение другими методами неэффективно, или в случаях, когда облучение имеет преимущества перед другими видами лечения. Цель облучения онкологических больных - уничтожение опухолевых клеток с помощью прямого и косвенного воздействия ионизирующего излучения, в том числе путем ухудшения трофических процессов в опухоли. В возникновении и развитии лучевой терапии имели значение открытия в области ядерной физики, радиобиологии, а также создание и совершенствование медицинской техники. Одной из первых попыток рентгенотерапии рака считают работу доктора Дж. Джиллмана из Чикаго.

Ультразвуковая техника начала развиваться во время Первой мировой войны. Первый опыт выглядел следующим образом, рыбы при воздействии ультразвука забеспокоились, заметались, потом успокоились, но через некоторое время стали гибнуть. Так случайно был проведен первый опыт, с которого началось исследование биологического действия ультразвука. Скорость распространения ультразвука увеличивается при увеличении упругости и уменьшении плотности среды. По физической сути можно выделить две разновидности ультразвукового исследования: ультразвуковая локация и ультразвуковое просвечивание.

При ультразвуковой локации регистрируются импульсы ультразвука-ка, отраженные от границы сред, имеющих различные акустические свойства. Перемещение датчика позволяет выявить размеры, форму и расположение исследуемого объекта.

Ультразвуковое просвечивание основано на различном поглощении ультразвука разными тканями организма.

Физиотерапевтическое лечение в зависимости от используемых аппаратов и особенностей их воздействия на тело человека показано для устранения заболеваний центральной и нервной систем, органов дыхания. Ряд процедур положительно сказываются на состоянии кожи, улучшают работу органов мочевыделения, сердца, системы ЖКТ и иммунитета.

Физиотерапевтическое лечение пациентов позволяет:

· Улучшить кровообращение и приток крови к области воздействия;

· Снять спазмы с мышц, уменьшить боль;

· Активизировать местный и общий иммунитет;

· Восстановить обменные процессы, функции тканей;

· Повысить тонус организма;

· Активизировать регенерацию клеток;

· Укрепить нервную систему.

Аппаратура применяется для лечения электротоком и использует постоянные или импульсные токи.



Список использованных источников

1. Костылев, В.А. Медицинская физика / В.А. Костылев, Б.Я. Наркевич. - М.: Медицина №1, 2008. - с. 530-460.

2. Костылев В.А., Наркевич Б.Я., Медицина, 2008, с. 460.

3. Медицинская и биологическая физика, Ремизов А.Н., Максина А.Г., Потапенко А.Я., ДРОФА, 2003, с. 400.

4. Краткий курс медицинской и биологической физики с элементами реабилитологии. Лекции и семинары., ФИЗМАТЛИТ, 2005, с. 628.

5. Федорова, В.Н. Медицинская и биологическая физика (+ CD-ROM) / В.Н. Федорова, Е.В. Фаустов. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008. - 592 c.

6. История развития медицинской физики 23.02.2014 Электронный ресурс. URL:https://studwiki.turbopages.org/stud.wiki/s/medicine/2c0b65625a2ac69b5d43b89521316c37_0.html

7. Физика в медицине. Влияние физики на развитие медицины. Изобретения физиков, использующиеся в медицине. Электронный ресурс. URL: https://www.syl.ru/article/383272/fizika-v-meditsine-vliyanie-fiziki-na-razvitie-meditsinyi-izobreteniya-fizikov-ispolzuyuschiesya-v-meditsine

8. Медицинская физика. Электронный ресурс. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Медицинская_физика.

9. Исследовательская работа: «Физика в медицине». Электронный ресурс. URL:https://nsportal.ru/ap/library/nauchno-tekhnicheskoe-tvorchestvo/2018/03/22/issledovatelskaya-rabota-fizika-v-meditsine

Размещено на Allbest.ru