Введение.
Не так давно исполнилось 100 лет со дня первого в мире применения электромагнитных волн в практических целях. 6 февраля 1900 года русский физик, изобретатель радио Александр Попов, узнав о несчастье - 27 рыбаков было унесено в Балтийское море на оторванной льдине, - дал на 50-километровое расстояние радиодепешу на остров Гогланд, у которого стоял ледокол "Ермак", - срочно выйти в море на поиски потерпевших. Так благодаря "чуду новейшей техники" были спасены люди.
Прошедшие сто лет явились истинным триумфом использования электромагнитной энергии человеком. Трудно представить современную жизнь без радио, телевидения, радиолокации, интернета. Но вся эта техника берет свое начало от тех скромных первых опытов великого русского ученого.
Оказалось, что, преобразуя электромагнитные волны (чем занимается современная радиотехника) можно сделать звук видимым, а свет слышимым. Современные физики ведут борьбу за освоение новых, более коротких длин электромагнитных волн, новые диапазоны которых открывают невиданные возможности. Идеи радиотехники находят широкое применение во многих областях человеческой деятельности, в том числе и медицине.
Электромагнитное излучение в медицине.
После изобретения радио по мере создания все более мощных радиопередатчиков у людей, работающих на радиостанциях, стали наблюдаться странные явления; отмечались главным образом нарушения нервной системы, а у лиц, долгое время работающих на радиостанции, часто повышалась температура. Поскольку эти симптомы не были связаны с какими-либо соматическими заболеваниями, возникла догадка, что они обусловлены радиоволнами. Это явление получило название "радиолихорадки".
Ученых прежде всего интересовал механизм действия электромагнитных излучений на живой организм. В ту пору уже были известны электрические процессы, происходящие в живом организме, поэтому логически напрашивался вывод, что организм, в котором возникают электрические явления, не может оставаться безучастным по отношению к внешнему электромагнитному полю. Ученые давно знали, что удар тока вызывает сокращение мышц. Кроме того, было показано, что организм человека наиболее чувствителен к току частотой 50-100 Гц, а к токам более высоких или более низких частот чувствительность снижается. Следовательно, радиопередатчики, работающие на частоте нескольких сотен кило- и даже мегагерц, не должны были вызывать раздражения. Однако этому выводу противоречили симптомы, отмечающиеся у сотрудников радиостанций.
Из физики известно, что если радиоволны поглощаются какой-то средой, то электромагнитная энергия превращается в тепловую и среда нагревается. Поскольку электромагнитное излучение вызывает повышение температуры у живого организма, ученые предположили, что неприятные ощущения людей обусловлены повышенным образованием тепла в результате воздействия электромагнитного излучения. Эта гипотеза была подтверждена экспериментально (в ее пользу также служил тот факт, что во время второй мировой войны солдаты, обслуживающие радиолокационные устройства, обнаружили, что микроволновое излучение радиолокаторов действует согревающе: в зимнее месяцы люди обогревали в пучке излучения радиолокатора озябшие руки). Одновременно некоторые прозорливые исследователи осознали пользу, которую может принести тепловой эффект радиоизлучения для лечения больных.
Общий недостаток традиционных способов лечения теплом обусловлен тем, что тепловая энергия поступает в организм из источника тепла, находящегося вне его, путем теплопередачи. Это обуславливает неравномерное распределение тепла между тканями; согревается главным образом внешняя поверхность (кожа) и прилегающая к ней жировая клетчатка, тогда как температура более глубоких тканей и органов (мышц, сухожилий) практически не изменяется, хотя, как правило, именно они нуждаются в воздействии тепла. Чтобы на несколько градусов повысить температуру в глубоко расположенных тканях, на поверхность тела следовало бы поместить источник тепла с температурой 70-800С. По вполне понятным причинам это невозможно из-за опасности ожогов и сильной боли (нервные окончания, воспринимающие боль, находятся в поверхностном слое кожи). Использование радиоизлучения высоких частот позволяет добиваться повышения температуры внутри организма и осуществлять более глубокий прогрев тканей.
Один из методов, которые используется в медицине, - метод конденсаторного поля. Участок тела, нуждающийся в прогревании, располагают между двумя металлическими электродами, не соприкасающимися с телом. Расположенные друг против друга электроды ведут себя как две пластины плоского конденсатора, а через конденсатор может проходить ток высокой частоты.
Однако, все же этот способ непригоден для прогревания глубоко расположенных тканей. Как показали эксперименты, электромагнитное излучение проникает в тело тем глубже, чем выше частота излучения. Ученые доказали, что излучение радиолокационных устройств, работающих на частоте 2500 МГц, пригодно для терапии. Поскольку это излучение попадает в микроволновый диапазон, лечебный метод, основанный на их использовании, получил название микроволновой терапии.
Аппараты микроволновой диатермии позволяют прогреть находящиеся в глубине ткани в большей или по крайней мере в такой же степени, как и кожный покров. Применяются преимущественно для лечения ревматических заболеваний.
Высокочастотные аппараты диатермии пригодны и для "атермической" терапии, т.е. терапии, не связанной с повышением температуры тела. При этой процедуре в организме больного образуется такое незначительное количество тепловой энергии, которое не дает тепла. Этот метод особенно благоприятно действует при острых воспалительных процессах. Известно также, что по окончании такого лечения в облученных участках еще долго сохраняется расширение сосудов; это улучшает кровообращение в очаге воспаления.
Радиотелеметрия.
В наше время запуск космических кораблей стал почти повседневным занятием. В том случае, когда на борту корабля находятся космонавты, прежде всего интересует состояние их жизненно важных функций. Центр управления полетами получает подробную информацию о давлении, частоте пульса и дыхания, температуре тела астронавта и т.д. посредством телеметрии. (Измерение на расстоянии посредством радиоволн называется радиотелеметрией).
Диагностика на расстоянии играет поэтому очень важную роль. Разработка телеметрических приборов является одной из задач современной радиотехники. Рассмотрим как действует один из таких приборов (электрокардиограф):
Потенциал действия сердца улавливается электродами, прикрепленными к различным точкам грудной клетки. Усилитель электрокардиографа воспринимает биотоки сердца. Усиленные сигналы поступают в модулятор передатчика, а модулированные ими высокочастотные электромагнитные колебания посылаются антенной в пространство. Антенна приемного устройства улавливает радиоволны, которые демодулятором приемного устройства преобразуются в первоначальные ЭКГ-сигналы. Таким образом получают обычную электрокардиограмму. Максимальное расстояние между передающим и принимающим устройствами зависит от мощности передатчика и чувствительности приемника. Радиус действия обычных телеметрических устройств от нескольких десятков метров до нескольких километров.
Очевидно, что телеметрические устройства значительно сложнее обычных измерительных приборов, при этом они должны иметь небольшие размеры и быть транспортабельными. Благодаря достижениям современной радиотехники создание портативных медицинских аппаратов и приборов сейчас не представляет особых проблем. Иными словами, телеметрия в наши дни нужна не потому, что без нее нельзя осуществить непосредственную связь между больным и медицинской аппаратурой. Основным достоинством этого метода является возможность получения достоверных, объективных результатов. Каждому известно из собственного опыта, что даже простейшее медицинское обследование не проходит бесследно для больного, и вполне вероятно, что его волнение скажется на результатах измерения. Искажения результатов, вызванных психологическими факторами, можно избежать, если производить исследование не в присутствии врача, а при помощи телеметрического прибора. Передающее устройство прикрепляют к больному, который находится в палате или, например, прогуливается по больничному саду, а врач при помощи принимающего устройства следит за интересующими его жизненными функциями.
В некоторых случаях патологические изменения не удается установить традиционными методами исследования. Так, случается, что электрокардиограмма, снятая у лежачего больного может не показать отклонений, хотя больной жалуется на сердце. Причина чаще всего заключается в том, что боли проявляются лишь при физической нагрузке, но обычный электрокардиограф не позволяет снять кардиограмму у движущегося больного.
Биотелеметрические приборы важны также в тех случаях, когда непосредственный врачебный осмотр не представляется возможным, например во время космического полета. Сказанное справедливо и для спортивной медицины: в задачу врача входит определить переносимость нагрузок спортсменом во время тренировок. Без телеметрического прибора это возможно лишь при условии, что спортсмен на время прервет тренировку, а врач зафиксирует данные исследования. Однако такой способ не позволит определить, что, например, произошло со спортсменом, который вынужден был прервать бег на длинную дистанцию, ибо к моменту прибытия врача физиологические параметры бегуна уже изменились.
Гораздо более достоверные данные можно получить, если к бегуну прикреплен миниатюрный телеметрический датчик. При этом врач при помощи принимающего устройства в состоянии следить за сердечной деятельностью спортсмена (частотой пульса, данным ЭКГ и т.д.). Телеметрический метод исследования позволяет спортивному врачу проследить за состоянием спортсмена на тренировках и в нужное время подвести его к наилучшей спортивной форме. Многими выдающимися достижениями последних лет спортсмены, несомненно, обязаны тому, что во время тренировок они пользовались телеметрическими устройствами.