КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

НЕКОТОРЫЕ МЕХАНИЗМЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ
НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ

 

Магнитным полем называют вид материи, посредством которой осуществляется силовое воздействие на движущиеся электрические заряды, помещенные в поле.

Магнитное поле обладает свойствами:

· поле материально;

· порождается движущимися электрическими зарядами и обнаруживается по действию на движущиеся заряды;

· распространяется с некоторой конечной скоростью;

· убывает по мере удаления от источника.

Характеристиками поля являются:

Вектор магнитной индукции , модуль которого численно равен отношению максимального вращающего момента, действующего на контур с током, помещенный в это поле, к магнитному моменту этого контура:

(1),

Магнитным моментом контура с током называют величину Р_m, равную произведению силы тока в контуре на его площадь .

За направление вектора в данной точке принимают направление вектора нормали (^) к поверхности элементарного контура с током, установившегося в положении равновесия в этой точке поля. Вектор характеризует магнитное поле в вещественной среде.

Для характеристики магнитного поля, создаваемого макротоком в вакууме (т.е. не зависящего от свойств среды), вводится вспомогательное понятие вектора напряженности магнитного поля Н. В системе СИ В отличается от Н величиной m, называемой абсолютной магнитной проницаемостью среды.

В=mН (2), - безразмерная величина m показывает во сколько раз магнитное поле макроскопических токов Н усилено за счет поля микротоков среды.

Находясь в магнитном поле, вещества сами становятся источниками такого поля. В этом смысле все вещества принято называть магнетиками.

Магнетики делят на три основных класса: парамагнетики, диамагнетики и ферромагнетики.

Магнитное поле, созданное парамагнетиком, незначительно усиливает внешнее магнитное поле, это означает, что относительная магнитная проницаемость парамагнетиков m_r>1.

Магнитное поле, созданное диамагнетиком, направлено против внешнего магнитного поля и незначительно его уменьшает и поэтому для них m_r<1.

Ферромагнетики, подобно парамагнетикам, создают магнитное поле, направленное по индукции поля внешнего; их относительная магнитная проницаемость много больше единицы m_r>>1.

Ткани организма в значительной степени диамагнитны, подобно воде. Однако в организме имеются и парамагнитные вещества, молекулы и ионы. Биотоки, возникающие в организме, являются источником слабых магнитных полей. Магнитное поле действует на биологические системы, которые в нем находятся. Это воздействие изучает раздел биофизики, называемый магнитобиологией.

Физической основой магнитобиологии является сила Лоренца.

Сила, действующая со стороны магнитного поля на движущийся в нем электрический заряд, называется силой Лоренца.

(3) где,

q – заряд частицы;

V – скорость движения частицы;

B – вектор магнитной индукции поля;

b - угол между .

Направление силы Лоренца можно определить по правилу левой руки.

Если левую руку расположить так, что вектор индукции перпендикулярен ладони, четыре пальцы расположить по направлению движения положительно заряженной частицы, то отогнутый на 90° большой палец совпадает с направлением силы Лоренца.

Анализируя формулу (3), можно утверждать, что при действии магнитного поля на организм первичными во всех случаях являются физические процессы, в организме они проявляются как физико-химические, которые, в свою очередь, вызывают биологический эффект.

Исследования показывают, что магнитное поле нарушает пространственную ориентацию биомолекул, их способность прохождения через мембраны, вращательную способность макромолекул. Наряду с макромолекулами в МП ориентируются также надмолекулярные и клеточные структуры (например, выстраивание цепочек эритроцитов - их агрегация).

Влияние магнитного поля на биологические объекты может реализовываться и через биохимические реакции, протекающие по свободно-радикальному механизму. К числу таких реакций относятся реакции, протекающие с участием кислорода, и большинство ферментативных реакций, т.е. наиболее важные для жизнедеятельности процессы.

На регуляцию биохимических процессов влияют и происходящие под влиянием терапевтических магнитных полей деформации жидкокристаллических внутриклеточных структур, обладающих анизотропными магнитными свойствами (мембраны, митохондрии), что сказывается на их проницаемости.

Одним из механизмов, объясняющих биологическое действие МП, является изменение физико-химических свойств воды. При этом меняется укладка молекул воды, её электропроводность, повышается количество растворенного в ней кислорода. Такая омагниченная вода образует стабильные структуры больших ионов, что и сказывается на растворимости в ней газов, на выполнении специальных функций молекулярных белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов и других макромолекул, образующих с водой единую систему.

Постоянное МП действует на биологические объекты через диа- и парамагнитные системы. При действии переменного магнитного поля возникает (индуцируется) переменное электрическое поле, которое вызывает движение свободных зарядов, ионов, электронов, имеющихся в тканях. Отмечают, переменное магнитные поля обладают более выраженным действием, чем постоянное.

Доказана высокая чувствительность центральной нервной системы к магнитному полю. При воздействии магнитное поле изменяет процесс распространения импульсов по нервным волокнам и вносит искажения в биоэлектрические процессы мозга.

При действии неоднородного магнитного поля на кровь изменяются концентрация белков в сыворотке, рН крови, вязкость плазмы. В постоянном магнитном поле образуются комплексы белковых молекул. Магнитное поле изменяет также ионный состав плазмы, уменьшает число легких ионов в ней и увеличивает содержание ионов кальция, что ускоряет оседание эритроцитов. Отмечено, что при действии на организм магнитным полем различной напряженности параметры крови изменяются неодинаково.

Магнитное поле действует и на другие форменные элементы крови. Отмечают повышение числа лейкоцитов в крови под действием магнитного поля низкой интенсивности, изменение структуры и функции лейкоцитов (повышение фагоцитарной активности). При напряженности 72 кА/м отмечают снижение числа лейкоцитов в крови и увеличение числа нейтрофилов в лейкоцитарной формуле. Во время геомагнитных бурь усиливается агрегация тромбоцитов и снижается ее обратимость.

Последствием воздействия терапевтических МП считают освобождение части ионов из связи с макромолекулами и возрастанием ионной активности в тканях, что является предпосылкой к стимуляции клеточного метаболизма. Под влиянием магнитного поля усиливается обмен нуклеиновых кислот и синтез белков, что сказывается на стимуляции пластических процессов. С непрерывным магнитным полем обычно связывают анаболические процессы, характеризующиеся ассимиляцией, а с прерывистыми полями - катаболические процессы обмена, характеризующиеся диссимиляцией.

Терапевтические магнитные поля значительно влияют на течение биологических жидкостей в крупных сосудах. С этим связывают снижение артериального давления.

В настоящее время существует много различной аппаратуры для низкочастотной магнитотерапии. Магнитотерапевтические устройства классифицируются по основным специальным характеристикам.

Одна из них - частота изменения ПеМП (переменного магнитного поля). ПМП (постоянное магнитное поле) в настоящее время используется значительно реже, чем ПеМП. Источником ПМП может являться многополюсный магнит (в листовых магнитофорных аппликаторах) или с 1 - 2 парами полюсов (в бужах, магнитных таблетках, двухполюсных медицинских магнитах). Интерес к их использованию возрос в связи с появлением эластичных магнитов на ферритовой основе - магнитофоров. Они привлекают тем, что не потребляют энергию и безопасны, не требуют технического обслуживания, их легко подвести к очагу поражения и использовать на дому (противорадикулитный пояс, магнитные ремешки, таблетки, клипсы, медицинские магниты). В источниках ПМП различают северный и южный полюс.

Магнитотерапию преимущественно связывают с применением ПеМП с частотой менее 50 Гц (аппараты «Алимп-1», «Полемиг», «Полюс- 2») или 50‑100 Гц (аппараты «Маг-30», «Магнитер», «Полюс-1», «Градиент-1» и др.).

Источниками ПеМП-индукторами могут являться в таких аппаратах обтекаемые током катушки с железным сердечником (индукторы электромагниты) или без него (соленоиды). У первых наибольшая напряженность поля на полюсах, у вторых - в полой части катушки. Современные электромагниты имеют сравнительно небольшие размеры и массу до нескольких килограммов.

Источник МП, в свою очередь, может двигаться, и таким образом в каждой точке объекта, на который воздействует МП, напряженность меняется по мере удаления или приближения источника. Перемещение источника меняет характер поля, увеличивает объем тканей в зоне его действия. Это используется в аппаратах «Полемиг», «Алимп-1», «Полюс- 101».

Переменные МП, в свою очередь, могут быть синусоидальными (используются практически во всех устройствах), пульсирующими (в аппаратах «Полюс-1», «Градиент-1», «Магнитер») и импульсными («Алимп-1», «Полемиг», «Полюс-2»). Кроме того, режим питания индикатора может быть непрерывным и прерывистым.

Магнитотерапевтические устройства обычно предназначены для местного (локального) воздействия, но нужно иметь в виду, что МП может распространяться и за пределы источника и оказывать влияние на близлежащие очагу поражения органы и ткани.

При проведении процедуры необходима осторожность, особенно если в зоне действия МП находятся ЦНС, крупные сосуды. При работе с магнитом требуется соблюдать правила техники безопасности. Обслуживающему персоналу рекомендуется находиться рядом с магнитом не более 2-3 часов в день во избежание нежелательного действия МП. При передозировке и неадекватных методиках (особенно у больных сердечно-сосудистыми заболеваниями) может наступать ухудшение общего состояния.

УСТРОЙСТВО «АЛИМП-1»

 

Аппарат «Алимп-1» предназначен для лечебного воздействия «бегущим» импульсным МП в физиотерапевтических кабинетах и ЛПУ.

Характеристики аппарата

Ток питания индукторов импульсный

Частота, Гц: изменения МП 12.5 или 1.25

Наибольшая амплитуда магнитной индукции, мТл 5

Режим работы: продолжительность цикла, мин 40

Мощность, В*А не более 500

Масса, кг не более 30

Режим питания индукторов непрерывный

Прямоугольные импульсы поступают на кольцевой счетчик непосредственно от генератора (100 Гц) или от делителя частоты (10 Гц). С кольцевого счетчика с 8 выходами импульсы последовательно поступают через индикаторы МП на каждый из соленоидов, которые работают поочередно. Источник МП перемещается в пространстве и создается «бегущее» МП. Одновременно работают 8 соленоидов. Частота их переключения 10 или 100 Гц, а частота изменения МП в каждом соленоиде 1.25 или 12.5 Гц. Регулирование магнитной индукции осуществляется с помощью аттенюатора путем изменения напряжения, поступающего от источника постоянного напряжения.

Аппарат состоит из электронного блока, двух соленоидных устройств, собранных из пяти и трех соленоидов с внутренним диаметром 185 мм и восьми индукторов-соленоидов диаметром 105 мм, вложенных в карманы пакета.

При лечении конечности ее помещают в соленоидное устройство, или индукторы-соленоиды накладывают на различные области тела, оставляя их в карманах пакета или располагая вне пакета.