Содержание к диссертации
I. Введение , 7
П. Обзор литературы 12
1. Особенности поглощения энергии электрического
поля УВЧ в биологических объектах 12
-
Общие физические характеристики электрических полей УВЧ 12
-
Механизмы поглощения энергии электрического поля УВЧ в биологических объектах 16
-
Основные закономерности поглощения энергии электрического поля УВЧ в биологических объектах.. 16
-
Молекулярные механизмы поглощения энергии электрического поля УВЧ в биологических объектах.. 24
2. Биологические эффекты при воздействии
электрического поля УВЧ 26
2. ]. Особенности зависимости биологических эффектов
от величины поглощенной энергии 26
2.2. Селективность поглощения энергии электрического
поля УВЧ в тканях 29
3. Основные принципы определения поглощения
энергии электрического ПОЛЯ УВЧ в
биологических объектах , 32
3.1. Теоретические методы определения поглощения
энергии электрического поля УВЧ в биологических
объектах 33
3.1. L. Аналитические и численные методы 35
3.2. Экспериментальные методы определения поглощения
энергии электрического поля УВЧ в биологических
объектах 36
3.2.1. Определение с использованием измерительных
средств 37
-
Измерения во вторичном контуре 37
-
Использование тканеэквивалентных моделей (фантомов) 40
3.2.2. Определение по биологическим реакциям,
регистрируемым у животных и человека 41
-
Выживаемость животных 42
-
Интенсивность индуцированной биолюминесценции.. 43
-
Физиологические реакции 43
Цель и задачи исследования 46
Объекты и методы исследований 47
Объекты исследований и условия облучения 47
Методы исследований и исследуемые показатели... 47
Результаты и обсуждение 49
Теоретический анализ поглощения энергии
электрического поля УВЧ в биологических
объектах 49
Математическая оценка характера поглощения энергии электрического поля УВЧ в биологическом
объекте 50
Характеристические кривые поглощения энергии
электрического поля УВЧ в биологических объектах
в зависимости от их электрических параметров и
величины воздушного зазора 61
Анализ характеристических кривых поглощения
энергии электрического поля в биологических
объектах в зависимости от их электрических
параметров 66
Анализ и оценка возможности селективного
поглощения энергии электрического поля УВЧ в
биологических объектах 71
Разработка экспериментальной установки для определения поглощенной энергии электрического поля УВЧ в биологических
объектах 72
Резонансный метод определения поглощенной
энергии электрического поля УВЧ в биологических
объектах на основе измерения добротности 72
Состав, конструктивное исполнение и работа
устройства для определения величины поглощенной
энергии электрического поля УВЧ в биологических
объектах 79
Апробация метода определения поглощенной энергии
электрического поля УВЧ с использованием
тканеэквивалентных моделей и анализ полученных
результатов. 83
Экспериментальные исследования зависимости
биологических эффектов в условиях in vitro и in
vivo от величины поглощенной энергии
электрического поля УВЧ частотой 27,12 МГц 88
Изменение резистентности мембран эритроцитов Б
условиях in vitro в зависимости от величины
поглощенной энергии электрического ПОЛЯ УВЧ 90
Зависимость между уровнем кортико стер она плазмы
крови животных и величиной поглощенной энергии
электрического поля УВЧ 95
Анализ результатов биологической апробации метода
определения поглощенной энергии электрического
поля УВЧ 105
Заключение 107
Выводы 109
Список литературных источников 110
Введение к работе
Электрические и электромагнитные поля широко используются в различных сферах современной техногенной деятельности человека, что явилось причиной изучения их влияния на биологические объекты различных уровней организации. В результате многочисленных исследований доказано, что воздействие электрических и электромагнитных полей может вызывать как неблагоприятные, так и положительные биологические эффекты. В связи с этим в настоящее время в биологическом действии электрических и электромагнитных полей различают два аспекта - эко лого-гигиенический, направленный на разработку стандартов безопасности, и клинический, заключающийся в лечебном применении.
Биологическое действие электрических полей (ЭП) ультравысокой частоты (УВЧ) исследовано наиболее полно, в связи с чем они получили широкое распространение в медицине, преимущественно в качестве УВЧ терапии и гипертермии. Основной принцип воздействия ЭП УВЧ заключается в облучении биологического объекта на выделенных для этих целей определенных частотах. В результате облучения энергия ЭП УВЧ выделяется в биологическом объекте в виде тепла, количество которого и, следовательно, эффект воздействия зависит от величины поглощенной в объекте энергии поля или дозы [1-4].
Вместе с накоплением большого фактического материала по биологическому действию ЭП УВЧ как в экспериментальных медико-биологических исследованиях, так и в клинической практике, до настоящего времени отсутствуют корректные количественные способы определения поглощенной энергии ЭП УВЧ, которая характеризует величину дозы. Невозможность количественной оценки дозы ЭП УВЧ значительно затрудняет исследование процессов поглощения энергии в биологическом объекте, которые определяют дальнейший характер и направленность ответных реакций организма. Последнее является существенным препятствием для направленного применения ЭП УВЧ в экспериментальных биологических исследованиях и практической медицине. Установление корреляции между количеством поглощенной энергии ЭП УВЧ и величиной биологической реакции является сложной проблемой, которая связана с определенными особенностями этого процесса и может быть решена с привлечением комплексных подходов как теоретического, так и экспериментального характера.
В последнее время наибольшее распространение получили теоретические подходы, основой которых является решение уравнений Максвелла для различных аппроксимационных физических моделей исследуемого биологического объекта и последующее вычисление величины поглощенной энергии ЭП [5-8]. Однако теоретические оценки, в основном, ориентированы на определение структуры распределения поглощенной энергии ЭП в статической физической модели и не позволяют непосредственно определять величину поглощенной дозы в реальном биологическом объекте и характер ее изменения в процессе облучения.
Экспериментальное определение величины поглощенной энергии ЭП УВЧ в биологическом объекте заключается в использовании измерительных (приборных) средств [9-12]. Измерения энергетических параметров, используемых для облучения аппаратов (выходная мощность УВЧ генератора или величина тока в системе облучения), обладают большими, по сравнению с теоретическими, возможностями. Однако они также не позволяют получать реальные величины поглощенной энергии ЭП УВЧ в биологическом объекте.
Это связано с тем, что выходная мощность генератора или величина тока в системе облучения не являются эквивалентными поглощаемой биологическим объектом энергии ЭП. Таким образом, отсутствие измерительных средств работающих в режиме реального времени не позволяет установить четкую корреляцию между величиной энергии ЭП УВЧ, поглощенной биологическим объектом, и ответной реакцией организма.
В экспериментальных медико-биологических исследованиях и клинической практике для определения величины поглощенной энергии ЭП УВЧ используется оценка по биологическим эффектам, регистрируемым в процессе воздействия. В этих же целях на уровне целого организма исследуется, например, выживаемость животных, их терморегуляторное поведение, латентный период рефлекса, реакции со стороны нейроэндокринной системы [13-16]. В условиях in vitro в этих целях оценивается резистентность мембран эритроцитов, скорость деления опухолевых клеток в культуре или рост микроорганизмов [17-19]. В лечебной практике для определения величины дозы при УВЧ терапии используются субъективные ощущения человеком чувства тепла в области воздействия ЭП [20, 21]. Но, если даже и не принимать во внимание неизбежный субъективизм такого способа, общность в критериях оценки поглощенной энергии ЭП УВЧ отсутствует. Так, в отечественной физиотерапии различают три дозы [20], тогда как в зарубежной практике чаще всего используется принцип 4-х доз [21]. Подобная неоднозначность является свидетельством того, что принцип определения величины поглощенной энергии ЭП УВЧ по тепловым ощущениям человека создает значительные трудности, как при сравнении, так и в процессе воспроизведения рекомендуемых доз. Кроме того, подобный принцип совершенно неприемлем для проводимых на лабораторных животных экспериментов по исследованию биологического действия ЭП УВЧ.
Сложность в дозиметрии ЭП УВЧ связана с особенностями емкостного способа облучения, когда подлежащий воздействию биологический объект располагается между конденсаторными пластинами вторичного контура УВЧ генератора. Помещение биологического объекта между конденсаторными пластинами приводит к возрастанию напряженности ЭП на краях пластин по сравнению с центром. В результате этого, при непосредственном контакте конденсаторных пластин с биологическим объектом в нем возникают области повышенного нагрева, что может явиться причиной теплового повреждения поверхностных тканей. Во избежание этих явлений между поверхностью каждой из конденсаторных пластин вторичного контура и биологическим объектом предусматриваются воздушные зазоры [4, 20, 21]. Следует отметить, что влияние наличия воздушных зазоров и их размеров на характер поглощения энергии ЭП УВЧ исследовано недостаточно, и их роль рассматривается исключительно с позиций равномерности распределения энергии поля в самом биологическом объекте, а не величины поглощенной дозы [2, 3, 11]. Вместе с тем, совершенно не принимается во внимание комбинированное влияние электрических параметров биологического объекта и размеров воздушных зазоров на характер поглощения энергии ЭП УВЧ в облучаемом объекте.
Таким образом, поглощение энергии ЭП УВЧ в биологических объектах обладает рядом особенностей, которые связаны как со спецификой самих объектов, так и с условиями облучения, которые осложнены значительными трудностями, а иногда и невозможностью непосредственного определения необходимых параметров живого организма. Необходимо отметить, что большинство существующих в настоящее время исследований биологического действия ЭП УВЧ страдают отсутствием комплексного подхода к решаемой проблеме и не ориентированы на поиск более технологичной и объективной оценки поглощенной биологическим объектом энергии ЭП. Для решения этих задач необходимо объединение теоретических и экспериментальных подходов к установлению основнвіх дозозависимых закономерностей развития биологических эффектов, что станет возможным благодаря исследованию особенностей поглощения в биологических объектах энергии ЭП УВЧ.
