Применение микроволнового излучения в терапии некоторых заболеваний

УДК 621.365

Д. Л. Рахманкулов, С. Ю. Шавшукова, И. Н. Вихарева

Применение микроволнового излучения в терапии некоторых заболеваний

НИИ малотоннажных химических продуктов и реактивов Уфимского государственного нефтяного технического университета 450029, г. Уфа, ул. Ульяновых, 75; тел. (347)2431712

В продолжение работ по изучению влияния микроволнового излучения на человека и окружающую среду рассмотрены исследования по применению микроволн в терапии некоторых заболеваний. Приведены значения электрических характеристик различных тканей и органов тела человека. Рассмотрены виды применяемых аппаратов СВЧ терапии.

Ключевые слова: электромагнитное поле, микроволновое излучение, тепловое воздействие, аппараты СВЧ терапии.

В 1930-х гг. в связи с активными исследованиями в области изучения влияния волн микроволнового диапазона на человека и животных 1-4, в научной и медицинской литературе появились первые работы, посвященные применению микроволнового излучения (СВЧ) в медицине 5-8. Так, в работе 3 был проведен теоретический расчет изменения распределения тепловыделения и уменьшение его абсолютной величины по мере укорочения длины волны для различных тканей и органов тела подопытных животных.

В СССР исследование биологического действия микроволн с целью использования их в лечебных целях было начато Ф. М. Супо-ницкой в 1938 г.9 Впервые в 1932—1934 гг. Ра17оЫ 10, а в 1938 г. Ф. М. Супоницкая 11 указали на особую перспективу использования биологического действия дециметровых волн, тепловой эффект которых выражен значительно больше и наступает при значительно меньших интенсивностях облучения, чем для ульт-

ракоротких волн. По мнению Ф. М. Супониц-кой, в основе биологического действия лежат резонансные явления, т. е. вибраторный эффект обусловливает влияние излучения на молекулярную структуру тканей.

С 1947 г. благодаря исследованиям термогенного действию микроволнового излучения и возможности локального облучения на различной глубине от поверхности тела микроволны начали использовать в физиотерапии 9.

Для применения теплового эффекта микроволн в медицине проводились диагностические исследования воздействия электромагнитного излучения на различные ткани человека, т. е. были измерены такие характеристики тканей, как: коэффициенты поглощения, коэффициенты отражения на границах между различными тканями, величина нагрева тканей, суммарное количество энергии, поглощаемой телом, характеристики рассеяния.

В результате исследований указанных

характеристик, все ткани делились на две 12

группы 12:

— с большим содержанием воды (около 70%), имеющие в диапазоне от 100 до 1000 МГц диэлектрическую проницаемость 50—70 и удельное сопротивление около 100 Ом-см. В них на долю макромолекул приходится около 25 вес. %.

— ткани с меньшим содержанием воды, обладающие малыми значениями диэлектрической проницаемости и высоким удельным сопротивлением (табл. 1, 2).

Таблица 1

Диэлектрическая проницаемость тканей тела при 37 оС 12

Ткань Частота, МГц

100 200 400 1000 3000 8500

Мышцы 71-76 56 52—54 49—52 45—48 40—42

Сердечная мышца — 59—63 52—56 — — —

Печень 76-79 50—56 44—51 46—47 42—43 34—38

Селезенка 100—101 — — — — —

Почки 87—92 62 53—55 — — —

Легкие — 35 35 — — —

Кожа 65 — 46—48 43—46 40—45 36

Мозг 81—83 — — — — —

Жировая ткань — 4.5—7.5 4—7 5.3—7.5 3.9—7.2 3.5—4.5

Костный мозг — — — 4.3—7.3 4.2—5.8 4.4—5.4

Дата поступления 20.03.08 94 Башкирский химический журнал. 2008. Том 15. Жо 2

Таблица 2

Удельное сопротивление (Ом  см) тканей тела при 37 оС 12

Ткань Частота, МГц

100 200 400 1000 3000 8500

Мышцы — 95—105 85—90 75—79 43—46 12

Сердечная мышца - 95—115 85—100 — — —

Печень 154-179 110—150 105—130 98—106 49—50 15—17

Почки — 90 85 — — —

Легкие — 160 140 — — —

Кожа 120—140 — 110—130 90—110 37—50 14

Мозг 180—195 — — — — —

Жировая ткань — 1050—3500 900—2800 670—1200 440—900 240—370

Костный мозг — — — 1000—2300 445—860 210—600

Анализ воздействия микроволн на электрические свойства биологических структур, состоящих из клеток и клеточных мембран, отражен в работах Швана 13' 14, в которых показано, что характер этого воздействия абсолютно идентичен поведению воды под воздействием микроволн. Величина тока не зависит от наличия или отсутствия клеточных мембран, поскольку они имеют небольшую величину и мало влияют на состав клетки, а также емкость мембраны велика (около 1 мкф/см2), а реактивное сопротивление на частотах выше 100 МГц ничтожно мало 14.

Глубина проникновения излучения частотой около 1000 МГц составляет более 2—3 см, что приводит к значительному нагреву тела, излучение частоты более 3000 МГц проникает

на небольшую глубину и нагревает только по-12

верхность тела 12.

Поглощенное излучение в зависимости от электрических свойств различных тканей тела преобразуется в тепло благодаря потерям энергии за счет ионной проводимости и релак-

9 16

сации дипольных молекул воды 9' 16.

Отражательная способность тканей изучалась в работе 16.

Исследования характеристик рассеяния электромагнитных волн телом человека, проведенные авторами работы 12, показали, что тело человека поглощает от 50 до 150 % падающей мощности. Для процессов микроволновой физиотерапии, когда излучение попадает только на часть поверхности тела, характеристики рассеяния не типичны 17' 18.

Диагностическое применение микроволнового излучения рассмотрено в работах Ю. Е. Москаленко 19' 20. В них показано изменение коэффициентов отражения и пропускания на сверхвысокочастотных и коротких волнах в связи с изменением состава крови или объема дыхания.

Микроволновая диатермия — это способ физиотерапии, позволяющий создавать глубокий нагрев. При воздействии микроволнового излучения на определенные участки тела повышается температура, увеличивается обменная деятельность, расширяются кровеносные сосуды, увеличивая циркуляцию крови. При этом происходит ускорение заживления тканей и усиление защитных реакций организма. Лечение диатермией показано при ревматизме и других заболеваниях суставов 21-24.

СВЧ терапия обладает противовоспалительным, бактериостатическим, болеутоляющим, спазмалитическим действием, оказывает регулирующее, стимулирующее влияние на нервную, эндокринную систему, обмен веществ. Под действием микроволн отмечается нормализация тонуса магистральных и периферических сосудов, активация процессов микроциркуляции (ускорение тока крови в капиллярах, их расширение), повышение оксиге-нации крови, регуляция сосудистой проницаемости, улучшение окислительно-восстановительных процессов и трофики тканей.

Факторы, способствующие улучшению работы установки СВЧ диатермии, изложены в работе 25. Ряд обзоров посвящен лечебному действию микроволн 26' 227.

В Центральном институте курортологии и физиотерапии под руководством член-корреспондента АМН СССР профессора А. Н. Обро-сова проводились обширные исследования применения микроволн для физиотерапии 9.

Д. Н. Биденко в 1959 г. сначала на животных, а затем с успехом на людях, больных хронической экземой и эпидермофитией, применил облучение 3-сантиметровыми импульсными волнами (частота модуляции 3750 импульсов в секунду, мощность в импульсе 60 кВт) 28.

Действие микроволн на организм двояко: первоначально — непосредственное влияние микроволн на ткани организма и далее — возникновение нейрорефлекторных и нейрогумо-ральных реакций целостного организма. Первичное влияние возникает в зоне непосредственного воздействия и состоит из теплового и нетеплового компонентов. Преимущественное нагревание мышц и кожи связано с наличием в них большого количества жидкости, в особенности воды, которая из-за дипольной релаксации молекулы Н2О имеет в диапазоне сантиметровых волн область аномальной дисперсии и поглощения. Существенный вклад вносит также дисперсия и поглощение в протоплазме и ядре биологической клетки, имеющих ионную проводимость 15. Нетепловой компонент возникает в сложных биоколлоидных системах (изменение осмотического давления, поверхностного напряжения, проницаемости клеточных мембран, коллоидного состояния цитоплазмы и межклеточной жидкости, ориентирование элементов крови и поляризованных ветвей белковых макромолекул в направлении силовых линий электромагнитного поля, резонансное поглощение энергии колебаний отдельными макромолекулами, аминокислотами и др.) и приводит к различным внутримолекулярным физико-химическим и электрохимическим изменениям и к структурным перестройкам. При малой мощности преобладает нетепловой компонент воздействия, а при большой мощности — тепловой компо-

нент

29-38

Вторичный фактор лечебного действия микроволн определяется влиянием поглощенной энергии на рецепторы тканей, возникновением начального рефлекса хемо-, баро-, терморецепторов в зоне воздействия, образованием биологически активных веществ, вызывающих раздражение рецепторов вне зоны воздействия (гуморальный компонент) и обуславливающих общее физиологическое действие через регулирующие механизмы.

В лечебной практике используют микроволны дециметрового (0.1 — 1м) (ДМВ терапия), сантиметрового (1 — 10 см) (СМВ терапия), миллиметрового (1—10 мм) (ММВ терапия) диапазонов.

Для сантиметровых волн характерно большее (до 60%) отражение от поверхности тела, менее глубокое (в среднем на 5—6 см) проникновение в ткани, неравномерное поглощение различными слоями тканей, что может приводить к перегреву некоторых участков.

Дециметровые волны более равномерно и глубоко (в среднем на 8—9 см) проникают в ткани, не приводят к образованию стоячих волн, вызывающих перегрев кожи и подкожной жировой клетчатки. Вследствие этого ДМВ терапия более широко применяется в лечебной практи-

ке

12

В ДМВ терапии используют волны длиной 69, 65 и 33 см (частота 433, 460 и 915 МГц соответственно). В нашей стране аппаратура работает на частоте 460 МГц, в Западной Европе - на 433 МГц, в США - на 915 МГц 33-38.

ДМВ терапия, активируя адаптационно-трофические системы, способствует улучшению глюкокортикоидной функции надпочечников, подавлению аллергических реакций. Минимальная продолжительность воздействия ДМВ до появления эффективного повышения температуры составляет 3-5 мин, а максимальная — 30 мин 33-38.

Для проведения ДМВ терапии в России выпускаются аппараты: «Волна-2», «Ромашка» и др. В ФРГ — аппараты «Sirotherm» (фирма «^етеш»), «Erbotherm» (фирма «Erbe»), в Нидерландах — «DW 961» (фирма «Philips»).

Аппарат «Волна-2» стационарный, предназначен для проведения местных процедур на любой участок тела больного, выходная мощность составляет 20—100 Вт. Аппарат «Ромашка» портативный (переносной), выходная мощность аппарата 12 Вт. Предназначен для проведения ДМВ терапии в детской прак-

тике

33-38

СМВ терапия использует электромагнитные волны длиной 12.6 и 12.2 см (частота 2375 и 2450 МГц) 33-38.

СМВ терапия улучшает проводимость периферических нервов, нормализует лабильность нервно-мышечного аппарата, уменьшает атрофию мышц, оказывает обезболивающее действие.

Для проведения СМВ терапии используют аппараты «Луч-58», «Луч-58-1» и «Луч-2», настроенные на частоту 2375 МГц. В ФРГ — «Erbotherm 12-240» (фирма «Erbe»), «Jirotherm 2450» (фирма «Huttinger»), настроенные на частоту 2450 МГЦ.

Аппараты «Луч-58» и «Луч-58-1» — стационарные, предназначены для проведения местных процедур на любой участок тела. Выходная мощность — 16—150 Вт. Аппарат «Луч-2» портативный (переносной), выходная мощность 2.5—20 Вт. Предназначен для лечения в детской практике 33-38.

Аппарат для СМВ терапии «Терматур м20» — компактный аппарат для локального воздействия малыми дозами СВЧ на очаг поражения. Осуществляет электронный контроль контакта излучателя с телом пациента. Интенсивность излучения регулируется. Применение показано в стоматологии, при заболеваниях полости рта и челюстно-лицевой области, оториноларингологии, педиатрии, урологии, гинекологии. Частота излучения 2450 ± 50 МГц, режим работы — непрерывный, пиковая выходная мощность 20 Вт 39.

Рис. 1. Аппаратмикроволновой терапии«Терматур м20»

ММВ терапия — метод электролечения, использующий электромагнитные волны длиной 1 — 10 мм (30—300 МГц). Применяемые интенсивности излучения повышают температуру тканей при локальных воздействиях на 0.1 оС 31 32. Энергия облучения поглощается молекулами свободной воды, водных растворов, белков, липидов, кислорода, коллагена, мембранами клеток, ДНК. Поглощение энергии ММВ кожей в три раза больше, чем СМВ и ДМВ.

ММВ проникают в ткани на глубину

0.2—0.6 мм, воздействуя на эпидермис, сосоч-

12

ковый и ретикулярный слои кожи 12.

Впервые ММВ применили для лечения больных, страдающих маниакально-депрессивным психозом, в 1980 г. 31 32.

В практике ММВ используют установки «ЯВ6-1» с длинами волн 5.6 мм и 7.1 мм (соответственно частоты 53534 МГц и 42194 МГц). Плотность мощности облучения 10 мВт/см2 3132.

В современной литературе встречаются методы лечения опухолей лица воздействием СВЧ излучения: СВЧ гипертермия и СВЧ криодеструкция 40-42.

Американские радиологи из Колумбийского центра по исследованию рака 43 обнаружили, что СВЧ излучение уничтожает раковые клетки, при этом не повреждая здоровые ткани. В отличие от других видов воздействия, СВЧ легко фокусируется в заданной точке

организма, например в опухоли. Кроме того, благодаря особенностям метаболизма раковые клетки поглощают электромагнитную энергию в несколько раз активнее, чем здоровые ткани. Были проведены клинические испытания с участием 39 женщин, страдающих раком молочной железы. В настоящее время исследования продолжаются, но положительные результаты уже получены. Обнаружено, что при СВЧ воздействии раковые опухоли растут гораздо медленнее, чем без лечения, а кожа вокруг них не повреждается.

Литература

Í. Malov N. N. // H. F. Techn. u. El. Ak.- 1933.-V. 42.- P. Í90.

2. Patzold J. // Z. Hochfrequenz.- Í930.- V. 36.-P. 83.

3. Malov N. N. // Physik. Z.- Í933.- V. 34.-P. 883.

4. Schliephacke E. Kurzwellentherapie.- Berlin, Í932.

5. Raab E. Die Kurzwellen in der Medirin.- Berlin, Í933.

6. Pflomm. Arch. klin. Chirurgie.- Í93Í.- V. 166.-P. 25Í.

7. Шейбе А. // Physikalische Zeitschrift.- Í934.-V. 35.- Р. 20б.

В. Малов Н. Н. // Курортология и физиотерапия.- Í934.- Т. 12.- № Í, 3, 5. 9. Гордон З. В. Вопросы гигиены труда и биологического действия электромагнитных полей сверхвысоких частот.- Л.: Медицина, 1966.-í65 с.

Í0. Patzold J. // Z. techn. Phys.- Í932.- V. Í3.-P. 2Í2.

ÍÍ. Супоницкая Ф. М. В кн.: Некоторые данные о биологическом характере ультравысокой частоты.- Горький, Í938.— С. 4.

Í2. СВЧ-энергетика. Т. 3. Применение энергий сверхвысоких частот в медицине, науке и технике. / Под ред. Э. Окресса.- М.: Мир, 250 с.

Í3. Schwan H. P. Biophysics of diathermy, In Therapeutic Heat and Cold (S. Licht, ed.).-Baltimore, Maryland: Waverly Press, Í965. Í4. Schwan H. P. // Advan. Biol. Med. Phys.-

Í957.- V. 5.- Р. Í47. Í5. Клингер Г. Г. Сверхвысокие частоты.- М.: Наука, Í969.- 272 с.: ил.

16. Schwan H. P. Li K. // Proc. IRE.- 1956.-V. 44.- P. 1572.

17. Anne A., Saito M., Salati O. M., Schwan H. P. Penetration and Thermal Dissipation of Microwaves in Tissues. // Rept. № 62-13, Contr. AF 30(602)-2344, Electromedical Div., Univ. of Pennsylvania, Philadelphia, Pennsylvania, 1962.

18. Salati O. M., Anne A., Schwan H. P. // Electron Ind.- 1962.- Nov.

19. Москаленко Ю. E. // Биофизика.- 1958.Т. 3.- С. 619.

20. Москаленко Ю. Е. // Биофизика.— 1960.— Т. 5.- С. 225.

21. Schwan H. P. Biophysics of diathermy, In Therapeutic Heat and Cold (S. Licht, ed.).-Baltimore, Maryland: Waverly Press, 1963.-Р. 63.

22. Schwan H. P., Piersol G. M. // Am. J. Phys. Med.- 1954.- V. 33.- P. 371.

23. Schwan H. P., Piersol G. M. // Am. J. Phys. Med.- 1955.- V. 34.- P. 425.

24. Moor F. B. Microwave diathermy, In Therapeutic Heat and Cold (S. Licht, ed.).- Baltimore, Maryland: Waverly Press, 1965.- Р. 310.

25. Guy A. W., Lehman J. F. // JEEE Trans. Biomed. Eng.- 1966.- BME-13.- P. 76.

26. Скурихина Л. А. // Вопросы курортологии.-

1961.- Т. 4.- С. 338.

27. Скурихина Л. А. // Новости мед. техники.-

1962.- Т. 3.- С. 9.

28. Биденко Д. Н. Тез. докл. 1-й республ. конф. физиотерапевтов и курортологов УССР.-Киев, 1959.- С. 139.

29. http://www.med74.ru/infoprint2323.html

30. Большая медицинская энциклопедия.- 1997.Т. 5.

31. Миллиметровые волны в биологии и медицине.- М., 1992.- № 1.

32. Миллиметровые волны в биологии и медицине.- М., 1994.- № 4.

33. Боголюбов В. М. Курортология и физиотерапия. - М.: Медицина, 1985.- Т. 1.- С. 452.

34. Клячкин Л. М., Виноградова М. Н. Физиотерапия.- М.: Медицина, 1995.

35. Григорьева В. Д. // Советская медицина.-1973.- № 2.

36. Курашова З. С. Микроволны и их лечебное применение.— М., 1974.

37. Техника и методика физиотерапевтических процедур. / Под ред. В. М. Боголюбова.— М., 1983.- С. 174.

38. Ясногодский В. Г. Электротерапия.- М., 1987.- С. 154.

39. http://www.gymna.ru/page_12.html

40. Ферзаули А. Н., Шафранов В. В., Поляев Ю. А., Водолазов Ю. А., Гераськин А. В., Волков В. В., Быстрова Н. Ю., Лазарев В. В., Соловьева Н. Н. Обоснование применения методики СВЧ гипертермии при лечении обширных гемангиом у детей. // Материалы 1 Республиканской науч.-практ. конференции с международным участием «Актуальные проблемы детской хирургии».-Махачкала, 2001.- С. 281.

41. Шафранов В. В., Гераськин А. В., Быстрова Н. Ю., Соловьева Н. Н., Вельская Ю. И. Использование СВЧ ЭМП для лечения гемангиом сложной анатомической локализации. // Материалы 3 Российского конгресса «Современные технологии в педиатрии и детской хирургии».-М., 2004.- С. 531.

42. Шафранов В. В., Дьякова С. В., Мазохин В. Н., Борхунова Е. Н., Гераськин А. В., Иванов А. В., Цыганов Д. И., Карапетян Г. С., Таганов А. В., Хрисанов П. В., Соловьева Н. Н. СВЧ деструкция при лечении гемангиом у детей (клинико-экспериментальное исследование). / В кн.: Врожденная и наследственная патология головы, лица и шеи у детей: актуальные вопросы комплексного лечения.- М., 2006.- С. 306.

43. СВЧ терапия - новый шаг в развитии онкологии. Медицинский вестник