5. Микроволновая терапия.

Физиотерапевтические методы, основанные на применении электромагнитных волн СВЧ-диапозона, получили название микроволновой терапии. Для этого вида высокочастотной терапии выделены волны 6,5 дм и ν=460 МГц (дециметровая, или ДМВ-терапия) и 12,6 см и ν=2375 МГц (сантиметровая, или СМВ-терапия). Электромагнитные колебания СВЧ создает магнетронный генератор (магнетрон-устройство, сочетающее в себе функции электронной лампы и колебательного контура). Электромагнитная волна направляется на соответствующий участок тела специальными излучателями, имеющими вид полых цилиндров. Цилиндр является волноводом, по оси которого распространяется ЭМ волна, выходящая из него наружу. Глубина проникновения электромагнитных волн определяется строением ткани. Сантиметровые волны проникают в организм на глубину 2-6 см, а дециметровые – на глубину 7-9 см. Механизм физиологического действия микроволновой терапии, как и механизм любого другого метода, состоит из первичного и вторичного действий. Первичное действие – это непосредственное влияние микроволн на ткани, а вторичное – возникающее в ответ на первичное действие. Первичное действие имеет место непосредственно в облучаемом участке тела и состоит из теплового и нетеплового компонентов. В настоящее время наиболее разработана теория о тепловом действии СВЧ-полей на биологические объекты. Электромагнитная волна поляризует молекулы вещества и периодически меняет их ориентацию, так как они являются электрическими диполями. Она воздействует и на ионы биологических объектов и вызывает переменный ток проводимости. Таким образом, в веществе возникает как ток смещения, так и ток проводимости. Это вызывает нагревание вещества. Большую роль в нагревании вещества играют токи смещения, обусловленные переориентацией дипольных молекул воды. Поэтому наибольшее поглощение энергии происходит в тканях богатых водой – мышцы, кровь. Кости и жировые ткани нагреваются меньше. На границе раздела двух сред с разными коэффициентами поглощения электромагнитных волн, например, тканей с различным содержанием воды, могут возникать стоячие волны, создающие местный перегрев. Такие явления возникают в тканях с недостаточным кровоснабжением (хрусталик глаза, стекловидное тело).

Количество теплоты, выделяющееся в единицу времени в единице объема ткани определяется по формуле:

.

Нетепловое действие сводится к различным электрохимическим изменениям и структурным перестройкам в сложных биоколлоидных системах (изменение осмотического давления в клетках, проницаемости биомембран, коллоидного состояния цитоплазмы). Эти изменения влияют на обменные процессы в клетках. Следует отметить, что это действие изучено меньше теплового.

Что касается вторичного механизма, то он сводится в основном к влиянию поглощенной энергии на рецепторы. Раздражение от рецепторов поступает через нервные каналы в центральную нервную систему. Таким образом, локальное облучение приводит к общему физиологическому эффекту.

ЛЕКЦИЯ № 17

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СТРОЕНИЯ И

ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ МЕМБРАН. ЯВЛЕНИЕ ПЕРЕНОСА.

1. Основные функции и строение биологических мембран.

Структурной единицей живого организма является клетка, выполняющая все основные жизненные функции. С помощью современных методов исследования структуры биологических объектов установлено, что важное значение в создании структуры клетки и ее функционирования имеют биологические мембраны. Мембраны, являясь универсальными структурами, выполняют многообразные и чрезвычайно важные для клетки функции: они окружают всю цитоплазму и ограничивают ее от окружающей среды, обеспечивают прочность и автономность клеток (механическая функция). Помимо мембраны, образующей наружный пограничный слой клетки, подобные мембранные структуры пронизывают цитоплазму и образуют оболочки всех клеточных органоидов: ядра, митохондрий, лизосом, аппарата Гольджи. Различного рода мембранные структуры в организмах животных и человека составляют колоссальную поверхность – десятки тысяч квадратных метров. Такая обширная структурная система указывает на ее важное функциональное значение. Мембраны регулируют обмен веществ клетки и служат ее осмотическим барьером (цитоплазматические мембраны), являются регулятором клеточного деления, играют большую роль в генерации и проведении потенциалов, в клеточном дыхании, являются местом локализации (служат основой, матрицей) для мембранных ферментов, макроэнергетических соединений, рецепторов и других встроенных в мембраны молекул, а также чувствительными приемниками и преобразователями световых, звуковых, механических и химических сигналов внешнего мира. Ряд жизненных процессов протекают на биологических мембранах. Многие болезни связаны с нарушением нормального функционирования мембран: канцерогенез, атеросклероз, отравление, вирусные и инфекционные заболевания, поражение организма УФ- и радиоактивным излучением. Поэтому лечение часто связано с воздействием на мембраны с целью нормализации их функций.

Несмотря на то, что мембраны имеют различный химический состав и осуществляют специфические функции в различных клетках, в общих чертах они обладают универсальным строением. Теория молекулярного строения клеточных мембран вначале базировалась на некоторых косвенных данных.

На основании анализа многочисленных исследований состава и свойств мембран Даниэлии и Давсон в 1935 году предложили модель строения биологической мембраны, которая, в основном, не претерпела существенных изменений до нашего времени. Согласно этой модели мембрана имеет структуру сэндвича – двойной липидный слой зажат между слоями белков (рис.1). Липидные молекулы в слоях расположены перпендикулярно поверхности мембраны, гидрофильные концы молекул липидов направлены наружу, а гидрофобные – к центру мембраны. Наличие липидов в структуре биологических мембран подкрепляется результатами полученными при измерении электрических параметров клетки, которые свидетельствуют о высоком сопротивлении клеточной мембраны (порядка 1000 Ом/см²), характерной для липидов, и значительной емкостью (0,05 мкФ/м²). Липиды связаны друг с другом гидрофобными взаимодействиями, а липиды и белки электростатическими силами. Белковые молекулы в форме глубул покрывают двойной слой фосфолипидов с обоих сторон, придавая ему тем самым определенную эластичность, устойчивость к механическим повреждениям, а так же низкое поверхностное натяжение (0,1 дин/см). Полярные группы молекул белков направлены в сторону водной фазы, а неполярные – в сторону липидов.

В 1956 году модель была усовершенствована – введены в рассмотрение «поры» с тем, чтобы объяснить достаточно свободное проникновение через мембрану путем диффузии воды и таких гидрофильных соединений, как мочевина. Диаметр пор определяется косвенным путем по размерам водорастворимых молекул, которые еще способны проникать через мембрану внутрь клетки. С помощью этого и других методов было установлено, что диаметр пор составляет 0,35-0,8 нм. Поры могут иметь структуру длинного извитого канала. Количество пор в мембране не велико. В эритроцитах, например, вся площадь, приходящаяся на их долю, составляет примерно 0,06% от общей поверхности мембраны. Поры изнутри выстланы слоем молекул белка. Полярные группы молекул белка направлены в сторону отверстия поры, а неполярные вступают во взаимодействие с молекулами липидов. Благодаря наличию полярных групп в порах, они обычно обладают электрическим зарядом, что оказывает большое влияние на процесс проникновения растворимых частиц через поры, в частности, ионов.

В дальнейшем было высказано множество гипотез о строении биологических мембран, но ни одна не стала общепринятой.

В 1972 году Сингер и Николсон на основании результатов, полученных физическими и химическими методами исследования предложили модель, представляющую в настоящее время наиболее удовлетворительной - жидкостно-мозаичную, согласно которой фосфолипиды образуют двойной слой, но не обязательно непрерывный (двойной слой фосфолипидов, инкрустированный белками). Не вся поверхность биологической мембраны покрыта белками. Различают поверхностные (или периферические) и интегральные белки. За счет этих белков осуществляются важные функции мембраны: проницаемость, активный перенос через мембрану, генерация электрического потенциала. Липиды находятся в жидкой фазе. Белки включаются в слой липидов, но их полярные группы сохраняют контакт с водной фазой; есть белки, которые пронизывают мембрану насквозь, они формируют мембранные каналы, некоторые белки погружены в нее наполовину. Одни белки связаны друг с другом, другие в большей или меньшей степени окружены липидами (формально такое состояние можно сопоставить с гидротированными ионами). Распределение белков неравномерно. Согласно электронно-микроскопическим данным, концентрация их на внутренней поверхности выше, чем на наружной. Белки довольно подвижны, т.е. мембрана не является неподвижной структурой. Липиды и белки обмениваются местами, перемещаясь как вдоль ее плоскости, так и поперек - так называемый "флип-флоп". В состав мембран входят и другие химические соединения: холестерин, гликолипиды, гликопротеиды.