ЛЕКЦИЯ № Магнитные свойства биологических объектов

ЛЕКЦИЯ №
Магнитные свойства биологических объектов. Магнитотерапия
и магнитодиагностика.
План.
1) Магнитное поле и его характеристики.
2) Влияние магнитного поля на организм.
3) Магнитотерапия.
4) Магнитодиагностика.
Магнитное поле – это особая форма существования материи,
посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися
зарядами.
Качественной характеристикой магнитного поля являются силовые
линии.
Силовые линии - это линии, касательные к которым совпадают с
направлением вектора магнитной индукции B .
Силовая характеристика магнитного поля в вакууме – напряженность
магнитного поля H .
С учетом магнитных свойств среды вводят характеристику магнитного
поля B . Формула связи Β = µ µ 0 H .
µ - относительная магнитная проницаемость среды.
µ 0 - магнитная проницаемость вакуума µ 0 = 4Π ⋅ 10 − 7
Закон Био-Савара-Лапласа позволяет
магнитного поля любого проводника с током.
dВ =
µ ⋅ µ 0 Ι ⋅ sin β ⋅ dl
,
4π ⋅ r 2
[ B] Cu
=
Гн
.
м
определить
индукцию
H
= Тл .
A⋅ м
а) для кругового проводника с током
Β =
µ ⋅ µ 0Ι
4π ⋅ r 2
2π к
∫
0
dl =
µ ⋅ µ 0Ι ⋅ 2 ⋅ π ⋅ r µ ⋅ µ 0 ⋅ Ι
=
2r
4π ⋅ r 2
б) для прямолинейного проводника, с током:
Β = µ ⋅µ0
в) для соленоида
Ν - число витков,
Ι
2π r
Β = µ ⋅µ0⋅Ι
N
,
l
l . – длина соленоида.
В магнитном поле на проводник с током действует сила Ампера


Fл = B ⋅ Ι ⋅ l ⋅ sin α .
На движущийся заряд в магнитном
поле
действует сила Лоренца

 
 
Fл = q ⋅ V ⋅ B ⋅ sin( B ⋅ V ) .
Основной закон электромагнетизма
Поток магнитной индукции Ф – количество силовых линий магнитной
индукции пронизывающих ту или иную поверхность.
[Ф] Си − Вб
Ф = В ⋅ S ⋅ cos α

где α − угол между Β и n - нормально к поверхности.
dФ
Закон Фарадея Ε = −
.
dt
E - электродвижущая сила.
Явление электромагнитной индукции заключается в
возникновении электрического тока в замкнутом контуре при всяком
изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур.
Э.д.с.
электромагнитной
индукции,
возникает
в
контуре,
пропорциональна скорости изменения магнитного потока, проходящего через
площадь ограниченную контуром.
Возникновение э.д.с. индукции в контуре при изменении тока
в самом контуре, называется явлением самоиндукции.
Э.д.с.
самоиндукции,
возникающая
в
контуре,
пропорционально скорости изменения тока в самом контуре.
ЕСи = − L
∆Ι
;
∆t
L -коэффициент пропорциональности называется индуктивностью.
E⋅∆t
[ L] Си = В с = 1Гн( Генри )
Физический смысл L =
;
∆Ι
А
Ι прямо пропорционально Ф .
L - зависимость от размеров и
формы контура и магнитной проницаемости среды µ
Φ = L∆ Ι
.
Энергия магнитного поля W =
Ι 2L ΙΦ
=
.
2
2
Одним из проявлений электромагнитной индукции является
возникновение замкнутых индукционных токов (вихревые токи или токи
Фуко) в сплошных проводящих телах (биологических тканях).
Вихревые токи возникают при перемещении проводящего тела в
∆Β
∆t
Вихревые токи зависят: от сопротивления ткани R , индуктивности L
магнитном поле при изменении магнитного поля в единицу времени (
).
,
∆Ф
удельного сопротивления ρ , скорости изменения магнитного потока
.
∆t
Вихревые токи согласно с законом Джоуля – Ленца нагревают проводники.
В физиотерапии разогрев отдельных частей тела человека вихревыми токами,
называют лечебной процедурой – индуктотермия (для тканей не содержащих
липиды).
Магнитотерапия и магнитодиагностика.
.Магнитотерапия – метод, при котором на ткани действуют
переменным низкочастотным или постоянным магнитным полем (5 ÷ 50 мТл).
Магнитное поле оказывает воздействие на движущие заряды, поэтому следует
ожидать воздействие этого поля на нервную систему и кровеносную, т.к. в
основе жизнедеятельности лежат нервные импульсы. Человек находится под
воздействием естественных и искусственных магнитных полей.
Магнитное поле проникает через одежду человека и оказывает
воздействие на:
1) поток ионов через клеточные мембраны;
2) распространение возбуждения (ПД) вдоль нервного волокна;
3) клетки крови, которые несут на себе заряды.
На организм человека оказывает влияние:
1) Геомагнитное поле, которое подразделяется на:
а) магнитное поле Земли;
б) магнитные аномалии (залежи магнитной руды).
2) Искусственные магнитные поля.
Магнитное поле Земли имеет естественные периодические циклы:
1)
11-летние, связанные с цикличностью активности Солнца
(радиоактивность):
2)
годичные, связанные с вращением Земли вокруг Солнца;
3)
27-дневные циклы, связанные с вращением Солнца вокруг своей
оси;
4)
короткие периоды 10 − 5 − 100 Гц .
Наибольшее влияние на организм человека оказывают спонтанные
изменения солнечной активности, приводящие к магнитным бурям.
Повышаются:
нервно-психические
заболевания,
самоубийства,
психоклинические заболевания, дорожные происшествия, количество
гипертонических кризов.
Искусственные поля изучали: Шарко, Боткин.
Проявления различные (индивидуально):
1)
ощущение зуда, покалывания, ползание мурашек;
2)
восстанавливается чувствительность кожи, сетчатки;
3)
улучшает кровообращение, трофику ткани;
4)
снимает фантомные боли.
Однако длительное воздействие магнитных полей вызывает ощущение
сонливости, усталости, головные боли.
1913 г. – Дюрвиль исследовал группу из 100 человек (магнитные
браслеты). Эффект воздействия индивидуальный.
Лечение с помощью магнитных полей.
Необходимо отметить, что механизм действия магнитного поля на
организм человека до конца не выяснен.
Воздействуют слабыми магнитными полями В=5-50мТл.
На действие магнитным полем организм действует нестабильно (реакции
разнообразные).
Магнитные поля используют во всех областях медицины.
Разработали лечебные методики действия МП на область легких,
желудка, спинного мозга, челюстно-лицевого и черепно-мозговой области.
МП используют также в импульсном режиме, где эффективность
терапевтического эффекта выше по сравнению с постоянным магнитным
полем.
Магнитное поле используют:
1) в травматологии – для лечения сложных переломов трубчатых костей,
лечения фантомных болей;
2) сосудистые заболевания – варикозное расширение вен, трофические
язвы, острый тромбофлебит;
3) лечение воспалительных заболеваний: отитов, простатитов;
4) ишемические поражения мозга;
5) аллергические заболевания у детей (бронхиальная астма).
Магнитодиагностика – это оценка деятельности организмов человека
путем регистрации магнитного поля, созданного этими тканями.
Человек имеет свое магнитное поле. Например, сгибая и разгибая руку,
человек создает не ее поверхности магнитное поле с индукцией 10 − 4 Тл.
Сердце человека - тоже магнит. Напряженность магнитного поля
сердца составляет 10 − 6 от напряженности магнитного поля Земли. Магнитное
поле сердца переменное и связано с электрической активностью сердца.
Магнитокардиограмма – запись магнитного поля сердца.
Используется для диагностики сердечной патологии.
С помощью индукционных датчиков удалось зафиксировать
магнитное поле возбужденных нервов и магнитное поле головного мозга
человека, которое в 1000 раз слабее, чем магнитное поле сердца.
Установлено, что предварительно намагниченные биологические
объекты уменьшают смертность или действие радиации (намагниченная вода).
Метод диагностики ЯМР – избирательное поглощение
электромагнитных волн определенной частоты веществом, находящемся в
сильном магнитном поле в результате взаимодействия магнитного поля ядра с
внешним магнитным полем (переориентация спинов). Создан ЯМР-томограф,
который позволяет получать изображение срезов любого участка тела
человека. Такой метод диагностики назван магнитная резонансная томография
(МРТ). Он позволяет различать изображение мягких тканей, отличает
изображение серого вещества от белого, опухолевых клеток от здоровых, при
этом минимальные размеры патологических «включений» могут составлять
доли миллиметра.
ЯМР – эффектный метод диагностики заболеваний, которые
связаны с изменением состояния органов и тканей. Частота электромагнитных
волн, вызывающая переходы между энергетическими состояниями при ЯМР
соответствует радиодиапазону. МРТ безвредна по сравнению с рентгеном.
Литература
1)
А.Н.Ремезов Медицинская и биологическая физика:М. «Высшая
школа»1996г.
2)
Л.Ємчик, Я.Кміт Медична біофізика: Львів, 1998р.
3)
Под ред. Проф. О.В.Чалого Медична і біологічна фізика, Київ,
2005р.
Лекція складена доц. О.І.Івановою.
Лекція обговорена і затверджена на методичному засіданні кафедри.
Протокол №
від