Вплив електромагнітними хвилями

Фізіотерапевтичні методи, засновані на застосуванні електромагнітних хвиль СВЧ-діапазону, залежно від довжини хвилі одержали дві назви: мікрохвильова терапія (частота 2375 Мгц, довжина хвилі 12,6 див) і ДЦВ-терапія, тобто терапія дециметрових хвиль (частота 460 Мгц, довжина хвилі 65,2). Мікрохвильова терапія робить на біологічні об'єкти теплова дія. Електромагнітна хвиля поляризує молекули речовини й періодично переорієнтує їх як електричні диполі. Крім того, електромагнітна хвиля викликає в біологічних тканинах змінний струм провідності. Таким чином, у речовині, що перебуває в електромагнітному полі, є як струми зсуву, так і струми провідності. Все це приводить до нагрівання речовини. Велике значення мають струми зсуву, обумовлені переорієнтацією молекул води. У зв'язку із цим максимальне поглинання енергії мікрохвиль відбувається в таких тканинах, як м'язи й кров, а в кістковій і жировій тканині води менше, вони менше нагріваються.

Як видно з формул п.4 кількість теплоти в змінному електричному й магнітному полях обернено пропорційно питомому опору речовини. На цьому засновані застосовувані в терапії методи боротьби із грибковими захворюваннями.

Електромагнітні хвилі можуть впливати на біологічні процеси, розриваючи водневі зв'язки й впливаючи на орієнтацію макромолекул ДНК і РНК.

Глибина проникнення електромагнітних хвиль у біологічні тканини залежить від здатності цих тканин поглинати енергію хвиль, що у свою чергу, визначається як будовою тканин (головним чином змістом води), так і частотою електромагнітних хвиль. Так, сантиметрові електромагнітні хвилі, проникають у м'язи, шкіру, біологічні рідини на глибину близько 2 см, а жир, кості - близько 10 см. Для дециметрових хвиль ці показники приблизно в 2 рази вище.

З огляду на складний склад тканин, умовно вважають, що при мікрохвильовій терапії глибина проникнення електромагнітних хвиль дорівнює 3-5 см від поверхні тіла, а при ДЦВ-терапії-до 9 см.

Електричний диполь

Молекули багатьох речовин є природними диполя­ми. Крім того, окремі органи та біологічні тканини в процесі своєї життєдіяльності створюють електричні поля, схожі з полем диполя.

Диполем називають сукупність двох рівних за величиною точкових зарядів q протилежного знака, що знаходяться один від одного на малій відстані l, яку називають плечем диполя. Плечу диполя присвоюють напрямок від заряду –q до заряду +q (мал. 7.1). Лінія, що проходить через електричні заряди, називається віссю диполя. Основна характеристика диполя – електричний (дипольний) момент:

p = q×l. (7.1)

Мал. 7.1.

Електричний момент диполя вимірюють в кулон-метрах([p] = Кл×м), а дипольні моменти молекул з причини їхніх малих значень – в позасистемних одиницях – Дебаях (Д): 1 Д » 3,36×10^–30 Кл×м.

Поле диполя. Диполь, в цілому електрично нейтральний, утворює навколо себе електричне поле.

Знайдемо вираз для потенціалу поля, створеного диполем у деякій віддаленій (r₁ >> l i r₂ >> l) точці простору А (мал. 7.2). Оскільки для точкового заряду , згідно з принципом суперпозиції маємо:

j_A = – = . (7.2)

Мал. 7.2. Мал. 7.3.

Враховуючи, що відстані до точки А від зарядів r₁ і r₂ набагато біль­ші за плече диполя l, можна записати r₂×r₁» r²; r₂ – r₁ » lcosa, де a – кут між векторами p i r₂. Підставивши ці вирази в (7.2), матимемо:

j_A = = . (7.3)

Застосуємо формулу (6.3) для знаходження різниці потенціалів між двома рівновіддаленими від диполя точками А і В (мал. 7.3).

.

Проведемо через точку 0 пряму, паралельну до АВ. Нехай g – кут утворений цією прямою і вектором p, тоді a₁ = = g + b/2 + p/2,а a₂= g – b/2 + p/2. Звідки

(cos a₂ – cosa₁ ) = – 2sin [(2g + p)/2]sin(–b/2) = 2sin(b/2)cosg.

Отже,

. (7.4)

Таким чином, ми бачимо, що різниця потенціалів у двох рівновіддалених від диполя точках пропорційна проекції мо­мен­ту диполя на пряму, що сполучає ці точки, і залежить від синуса половини кута, під яким видно ці точки.

Отриманий результат дозволяє встановлювати залеж­ність між різницею потенціалів в двох точках поля і параметрами диполя (орієнтацією в просторі, величиною p) і використовується при реєстрації біопотенціалів в електро­гра­фії (кардіографії, енцефалографії, міографії тощо).