CC BY
58
Педагогика
© ШЕВЧЕНКО Е.В., КОРЖУЕВ А.В. -УДК 016-073:530+530.001.2:61
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РЯДА МЕДИЦИНСКИХ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ МЕТОДИК КАК ПРИМЕР ПРОЯВЛЕНИЯ МЕЖДИСЦИПЛИНАРНОСТИ МЕДИЦИНСКОГО ЗНАНИЯ
Е.В. Шевченко, А.В. Коржу ев.
(Иркутский государственный медицинский университет - ректор акад. МТА и АН ВШ д.м.н., проф. А. А. Майборода, кафедра медицинской и биологической физики, зав. - проф. Е.В. Шевченко)
Резюме. Рассматривается физические основы современных и традиционных методов диагностики - важнейшего этапа в медицине. Применение методов невозможно без глубокого знания физических параметров биологических тканей и органов и без понимания физико-химических процессов, происходящих в организме. Приведенные примеры свидетельствуют о том, что физические знания являются неотъемлемым компонентом и составной частью медицинского знания.
Объектом исследования медицины является человеческий организм - высокоорганизованная система со сложной иерархией, предполагающей исследования на субклеточном, клеточном, тканевом, органном уровнях, а также - на уровне целостного организма. Такая система описывается многими теориями, принадлежащими к различным отраслям научного знания, и, в частности, физическими теориями, а также может быть исследована разнообразными физическими методами.
Органы и ткани в нормальном состоянии характеризуются определенными механическими параметрами кинематики, кинетики, механической энергии (работа и мощность). Для тканей характерны количественно оцениваемые скорости распространения колебаний и волн, состояние резонанса. способность проводить звук. Поведение биологических жидкостей, составляющих организм человека, например, крови, воды и т.д., описываются законами гидродинамики.
Деформация твердых тел (сдвиговые напряжения. кручение, изгиб), все своеобразные закономерности. свойственные органам, преимущественно конечностям, используются в травматологии в качестве методов количественной оценки хода реабилитации больных и травмированных больных.
Теплота, температура, испарение, поверхностное натяжение, явления смачивания, адгезия, капиллярные явления, кристаллизация и плавление эти явления и измерения показателей тканей и биологических жидкостей, связанны с явлениями и характеристиками молекулярной физики, которые используются в неинвазивной диагностике.
В диагностике используют измерения электростатических и электродинамических характеристик тканей - потенциал, электроемкость; удель-
ное сопротивление или проводимость; электрическое и магнитное поля целостного организма, которые также являются предметом ряда диагностических методов. Магнитное поле и электромагнитная индукция, электромагнитные колебания и волны являются основой ряда приборных методов диагностики, начиная с рентгеновского просвечивания и кончая томографией.
Геометрическая оптика - основа любого микроскопического метода. Форма клеток в норме и при патологиях существенно может отличаться практически в любой из тканей. Показатели преломления ряда биологических жидкостей изменяются при нарушении биохимического состава, что изменяет характер полного отражения. Волновая оптика - дисперсия света, спектральный анализ, интерференция света, дифракция света, поглощение. света, оптическая плотность - все эти явления лежат в основе количественного исследования морфологии органов, клеток и тканей. Оценка интенсивности отражаемого светового потока, пропускаемого светового потока (фотометрия) -основа регистрации и визуализации практически всех методов оценки степени нарушения биохимического состава биологических жидкостей при различных заболеваниях.
В настоящее время интенсивно развиваются медицинские диагностические методы получения изображений биологических тканей с помощью рентгеновских лучей, ультразвука и ядерного магнитного резонанса. Использование света с целью получения изображений структуры тканей давно привлекало исследователей и врачей в силу безопасности этого фактора для человека. Однако реализация этой идеи стала возможна только в последнее время с использованием возможностей лазерных технологий в области сверхкоротких оптических излучений.
а. р, у - излучения, как и нерадиоактивные изотопы, изучаемые и описываемые атомной физикой, также используются в диагностике, как правило, в клинических условиях.
В связи с использованием в медицинской диагностике физических методов важен следующий тезис: в основе того или иного диагностического метода лежит процесс измерения некоторого физического параметра, ‘‘чувствительного" к различиям свойств тканей и органов, через которые проходит диагностирующий физический сигнал -причем большим различиям свойств тканей должны по возможности соответствовать большие различия выходных параметров этого сигнала. Это позволит, в частности, по выходным параметрам или их изменениям отфиксировать и сооизмерять, норме или патологии соответствуют параметры исследуемых органов.
Приведем далее ряд конкретных примеров и обсудим проблему влажности кожного покрова. Известно, что содержание воды в коже человека изменяется в зависимости от возраста, топографии участка и толщины кожи. Возрастные особенности кожи зависят от содержания воды в роговом слое - в процессе старения уменьшается его влажность.
Существует корреляция между характером воспаления и степенью задержки воды: чем острее воспаление, тем больше в пораженной коже воды. Контакт с водой изменяет барьерные функции кожи в результате ее свойств гидратации, что ведет к увеличению проницаемости.
В последние годы активно развивается одно из направлений биомеханики - исследование механических свойств мягких биологических тканей с помощью низкочастотных акустических методов. Многочисленные результаты, поллченные с помощью этих методов, убедительно доказали, что низкочастотные сдвиговые акустические волны являются высокочувствительными к особенностям структурной организации мягких тканей.
В медико-биологических исследованиях в последнее десятилетие стали широко использоваться поверхностные волны. Это связано с тем. что в отличие от продольных волн, скорость которых зависит от молекулярного состава среды, скорость сдвиговых волн на низких частотах (102-104 Гц) зависит как от характера межмолекулярных взаимодействий. так и от особенностей взаимодействия на более высоких уровнях организации ткани. Незначительные изменения в состоянии сред могут приводить к существенному изменению модуля сдвига и, соответственно, скорости поверхностных сдвиговых волн. Так в биологических тканях. изменение скорости сдвиговых волн при развитии патологических процессов составляет десятки процентов. В то же время разница в скоростях продольных волн в биологических тканях, сильно различающихся друг от друга по структурной организации тканей, составляет всего несколько процентов.
Благодаря тому, что преимущественное направление. вдоль которого происходит распро-
странение поверхностной сдвиговой волны, реализуется вдоль поверхности ткани, такой вид механических возмущений часто используется для изучения свойств именно кожи и ее структурной организации, изменяющихся при развитии тех или иных патологических процессов.
Было установлено, что механические волны сдвигового характера позволяют оценить состояние только поверхностно расположенных слоев ткани поскольку, как выяснилось, глубина распространения волны примерно равна толщине кожи. Причем, увеличение частоты резко уменьшало глубину распространения сдвиговых волн и измеряемые параметры фактически отражали лишь свойства рогового слоя.
Приведем еще один пример применения физики в медицинской диагностике.
Со времени появления оптического микроскопа накопилась масса данных, показывающих, что различные заболевания человека и животных сопровождаются изменениями формы эритроцитов основных клеток крови, обеспечивающих энергоснабжение организмов. Нормальный эритроцит имеет форму дискоцита, этапы развития патологий связаны с приобретением формы эхиноцита и сфероцита.
Задача анализа трансформаций эритроцита сводится к поиску математического аппарата, позволяющего простым и удобным способом описать геометрические преобразования форм эритроцитов с использованием правильно выбранных параметров и координат.
Перейдем к следующему примеру. Так, известно. что одним из основных объективных критериев оценки нормы и диагностирования патологии. оценки состояния, контроля и управления процессами реабилитации при двигательных нарушениях является электрическая активность мышц (ЭМГ), участвующих в движении, определяемая с помощью метода электромиографии. Результаты электромиографического анализа движений человека могут быть использованы в клинике. прежде всего в травматологии, ортопедии, протезировании, неврологии, артрологии, а также при совершенствовании условий труда, в спортивной и физкультурной практике.
ЭМГ несет информацию не только о состоянии мышцы как таковой, но и может многое сказать о состоянии центральной нервной системы человека.
Известно, что центральная нервная система (ЦНС) - спинной и головной мозг - представляет собой сложную управляющую систему, одной из функций которой является управление исполнительными органами-мышцами при выполнении движения. По пучкам нервных волокон, как по проводам, к мышцам поступают команды-импуль-сы возбуждения.
Таким образом, выполнение двигательного акта есть сложный процесс взаимодействия управляющих и корректирующих команд, передающихся по нервным волокнам и отражающихся в электрических импульсах, возникающих в мышцах. В
управлении мышцами “задействованы’' многие разделы мозга, поэтому информация, полученная с мышц, характеризует не только состояние самой мышцы, но и состояние ЦНС.
Электромиография - это метод исследования нервно-мышечной системы посредством регистрации электрических потенциалов мышц и нервов.
Суммарная (интегральная) ЭМГ дает суммарную информацию о группах мышечных волокон, т.е. о состоянии мышцы в целом.
Мы считали лишним подробное упоминание в данной статье таких известных диагностических методик как электрокардиография, электроэнцефалография и других, в которых очевидно “физическое диагностическое начало” - они хорошо известны. давно открыты и описаны в разнообразной литературе и даже входят в различные учебные пособия для студентов медицинских вузов. Отметим лишь, что качественно, на наш взгляд, более высокой ступенью использования физики как основы для диагностических методов является все более развивающаяся в последнее время диагностика на основе картирования электрического и магнитного полей, источниками которых является сам человеческий организм: так. например, карта магнитного поля тела человека, представляющая
из, себя семейство изолиний магнитной индукции, позволяет локализовать источники экстрасисто-лии, когда источником возбуждения миокарда вместо нервных центров сердца являются миоци-ты желудочка. Также такие карты, позволяют снять важные в диагностическом отношении и труднодоступные при использовании других методик электрические характеристики плода на ранних стадиях развития. Карта инфракрасного теплового изл\чения тела человека позволяет получить информацию о температуре верхних слоев кожи - рогового слоя эпидермиса и некоторых подлежащих слоев общей толщиной - 100 мкм. Динамическое ИК-тепловидение предоставляет возможность отфиксировать изменения поверхностной температуры при различных дозированных воздействиях (функциональных пробах). Тепловое излучение в СВЧ-диапазоне позволяет зафиксировать и глубинную температуру (~ 4-6 см вглубь от поверхности тела).
Все это свидетельствует о том. что физика становится неотъемлемым компонентом и фактически составной частью медицинского знания — как на уровне методов исследования, так и на уровне объяснения механизма явлений и процессов в живом организме.
PHYSICAL BASES FOR SOME MEDICAL DIAGNOSES AS EXAMPLE OF INTERDICIPLINARY
MANIFESTATIONS OF MEDICAL KNOWLEDGE
E.V. Shevchenko. A.V. Korzhuev
(Irkutsk State Medical University)
Physical bases for modern and traditional methods of diagnosis as the main stage in medicine are considered. The application of methods is impossible without profound knowledge of physical parameters of biological tissues and organs and without understanding physical and chemical processes, taking place in organism. The examples show that physical knowledge is the necessary component of medical education.
Литература
1. Бернштейн Н.А. Очерки по физиологии активности. -М.: Медицина, 1966. - С.38-65.
2. Мордовцев В.Н., Цветкова Г.М. Патология кожи. -М.: Медицина, 1963. - С.45-80.
3. Петрова Е.С., Пурышева Н.С., Снегирева Н.С., Федорова В.Н., Шафранова Е.И., Хуторская О.Б. Лабораторный практикум по физическим основам биофизических методов диагностики для студентов медвузов // Физическое образование в вузах. -2001 - Т.7, №4. - С.87-97.
О НЕДЕЛЬКО Н.Ф.. ИСАЕВ Ю.С.. ПРОСКУРИН В.И., АЛЕКСЕЕВ И.В. -УДК 614.28:371
О НЕКОТОРЫХ АСПЕКТАХ ПСИХОЛОГОПЕДАГОГИЧЕСКОЙ ОРГАНИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТОЙ СТУДЕНТОВ
ЯФ. Неделъко, Ю.С. Исаев, В.И. Проскурин, И.В. Алексеев.
(Иркутский государственный медицинский университет - ректор акад. МТА и АН ВШ д.м.н.. проф. А. А. Майборода, кафедра судебной медицины, зав. - проф. Ю.С. Исаев).
Резюме. Для оценки эффективности процесса обучения и формирования у студентов мануальных навыков был проведен обучающий эксперимент с двумя группами: экспериментальной (Э), которые использовали пособия управляющего типа и контрольной (К), в которой обучение проводилось традиционным способом. Результаты исследования позволили выявить преиму-
