Наряду с принципиально различным по своему характеру влиянием социально-экономических факторов в условиях империализма и социализма медицина во всем мире испытала на себе благотворное влияние технического прогресса и успехов естествознания 20 веке.

Наиболее значительным результатом влияния технического прогресса явилось возникновение ряда новых отраслей медицины. В связи с развитием авиации в начале века зародилась авиационная медицина. Ее основоположниками были в России Н. А. Рынин (1909), во Франции Р. Мулинье (1910), в Германии Е. Кошель (1912). Начатые в СССР в 1949 г. медико-биологические исследования при полетах на ракетах в верхние слои атмосферы, запуск в космос первого в мире спутника с собакой Лайкой и полеты человека на космических кораблях привели к возникновению и развитию космической биологии (см.) и космической медицины (см.). Бурный рост естествознания и техники сказался на разработке методов исследования и аппаратуры, применяемых в медицинской науке и практике. Существенные усовершенствования были внесены в микроскопический метод исследования. В 1911 г. русский ботаник М. С. Цвет положил начало применению люминесцентной микроскопии (см.) в биологии. Советский ученый Е. М. Брумберг в 1939-1946 гг. усовершенствовал ультрафиолетовую микроскопию. В 1931-1932 гг. М. Кнолль и Э. Руска (Германия) одновременно с В. К. Зворыкиным (США) создали электронный микроскоп, обладающий большой разрешающей способностью и позволяющий визуально изучать вирусы, бактериофаги, тонкое строение вещества. В СССР работы по созданию электронного микроскопа начались в 30-е годы. В 1940 г. построен электромагнитный электронный микроскоп. В дальнейшем был налажен серийный выпуск электронных микроскопов. Изобретение и усовершенствование электронного микроскопа в сочетании с разработкой техники приготовления срезов толщиной до одной сотой микрона сделали возможным использование увеличений в десятки и сотни тысяч раз (см. Электронная микроскопия).

Оптические приборы нашли применение и в клинической практике. Швед А. Гульстранд (1862-1930) предложил более совершенную оптическую технику, в том числе биомикроскопию живого глаза при помощи щелевой лампы (1911). В лечебных целях и для коррекции зрения стали использовать контактные стекла и телескопические очки.

Огромное влияние на медицину оказала рентгенология, развившаяся в 20 веке в самостоятельную отрасль медицины. В нашей стране наибольший вклад в развитие рентгенологии сделали М. И. Неменов (1880-1950) и С. А. Рейнберг (1897-1966). Диагностическое значение рентгеновых лучей было расширено введением контрастных веществ (рентгенологическое исследование желудочно-кишечного тракта с контрастной массой, вентрикулография, бронхография, ангиокардиография). Незадолго до второй мировой войны был разработан метод производства послойных рентгеновских снимков - томография (см.), а в последние годы создана флюорография (см.) - методика массовых рентгенологии, исследований, получившая широкое распространение в СССР.

Большое влияние на медицину оказало открытие в 1896-1898 гг. французскими учеными А. Беккерелем, П. Кюри и М. Кюри-Склодовской естественной радиоактивности и последовавшие за этим исследования в области ядерной физики; они обусловили развитие радиобиологии (см.) - науки о действии ионизирующих излучений на живые организмы. В 1904 г. русский ученый Е. С. Лондон (1868-1939) применил впервые в биологии ауторадиографию и опубликовал первую в мире монографию по радиобиологии (1911). Дальнейшие исследования привели к возникновению радиационной гигиены (см.), радиационной генетики (см.) и к применению радиоактивных изотопов в диагностических и лечебных целях (см. Лучевая терапия, Радиоизотопная диагностика).

Огромное влияние на медицину оказало открытие в 1934 г. супругами И. и Ф. Жолио-Кюри искусственной радиоактивности (см.). Благодаря открытию физиками стабильных и радиоактивных изотопов различных элементов, которые можно было включать в состав белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот и других соединений, был разработан и внедрен в медицину изотопный метод меченых атомов. Радий и радиоактивные препараты стали применяться в последние десятилетия для лечения различных заболеваний, особенно злокачественных опухолей, что в значительной мере способствовало успехам .

Революционизировало медицинскую науку широкое внедрение электроники в экспериментальную медицину. Были достигнуты значительные успехи в области электрофизиологии. Сконструированный в 1903 г. голландским электрофизиологом В. Эйнтховеном (1860-1927) струнный гальванометр положил начало современному электрокардиографическому методу изучения физиологии и патологии сердца.

А. Ф. Самойлов (1867-1930) усовершенствовал струнный гальванометр (1908) и одним из первых в мировой физиологии применил его для изучения деятельности скелетной мускулатуры и сложных рефлекторных актов. А. Ф. Самойлов и B. Ф. Зеленин заложили основы электрокардиографии (см.) в СССР.

Регистрация электрических проявлений деятельности головного мозга при помощи струнного гальванометра позволила В. В. Правдич-Неминскому (Россия) создать первую классификацию потенциалов электрической активности (1913). Эти исследования, а затем труды Г. Бергера (Германия), впервые описавшего в 1929 г. альфа-ритм головного мозга человека, явились началом электроэнцефалографии (см.). В дальнейшем были созданы электронные усилители и многоканальные регистрирующие системы (электроэнцефалоскопы), позволившие наглядно изучать динамику электрических процессов в головном мозге.

С применением радиоэлектроники были созданы принципиально новые методы измерения и регистрации степени насыщения крови кислородом (оксиметрия и оксиграфия), деятельности сердца (динамокардиография, баллистокардиография) и др. Разработанная в СССР в последние годы радиотелеметрическая методика позволила вести с Земли регулярные наблюдения над дыханием, сердечной деятельностью, кровяным давлением и другими функциями организма советских космонавтов во время их полетов на космических кораблях.

С развитием электроники в медицину пришли количественные математические методы, позволяющие точно и объективно вычислять ход биологических явлений. Совместными усилиями представителей таких до недавнего времени далеких одна от другой отраслей знания, как физиология и математика, автоматика и психология, была создана и получила широкое распространение кибернетика (см.) - наука об общих закономерностях управления и связи, лежащих в основе деятельности самых разнообразных управляющих систем. В результате физиология и медицина получили возможность «моделирования» жизненных процессов и экспериментальной физической проверки предположений о механизмах физиологических реакций. Использование принципов кибернетики в медицине привело к созданию ряда сложных автоматических систем, предназначенных для быстрой переработки большой по объему информации и для практических медицинских целей. Созданы диагностические машины, автоматические системы для регулирования наркоза, дыхания и высоты артериального давления во время операций, автоматические стимуляторы сердечной деятельности, активные управляемые протезы.

Наряду с физикой значительное влияние на медицину 20 века оказали химия и физическая химия. Были созданы и нашли широкое применение новые химические и физико-химические методы исследования, далеко вперед продвинулось изучение химических основ жизненных процессов.

Древние называли физикой любое исследование окружающего мира и явлений природы. Такое понимание термина « физика » сохранилось до конца 17 века. МЕДИЦИНА [латинское medicina (ars) -- врачебная, лечебная (наука и искусство)] - область науки и практическая деятельность, направленные на сохранение и укрепление здоровья людей, предупреждение и лечение болезней. Вершиной врачебного искусства в древнем мире была деятельность Гиппократа. Анатомо-физиологические открытия А. Везалия, У. Гарвея, труды Парацельса, клиническая деятельность А. Паре и Т. Сиденхема способствовали становлению медицины на основе опытного знания.

Физика и медицина… Наука о явлениях природы и наука о болезнях человека, их лечении и предупреждении… В настоящее время обширная линия соприкосновения этих наук всё время расширяется и упрочняется. Нет ни одной области медицины, где бы ни применялись физические знания и приборы. рентгеновский иридодиагностика скальпель хирургия

Использование достижений физики в лечении заболеваний:

Становление научной медицины было бы невозможно без достижений в области естествознания и техники, методов объективного исследования больного и способов лечения.

В процессе развития медицина дифференцировалась на ряд самостоятельных отраслей.

В терапии, хирургии и др. областях медицины широко используются достижения физической науки и техники.

Физика помогает диагностике заболеваний.

В диагностике заболеваний широко применяются рентгеновские лучи, ультразвуковое обследование, иридодиагностика, радиодиагностика.

Рентгенология - область медицины, изучающая применение рентгеновского излучения для исследования строения и функций органов и систем и диагностики заболеваний. Рентгеновские лучи открыл немецкий физикВильгельм Рентген (1845 - 1923).

Рентгеновские лучи.

Рентгеновские лучи - не видимое глазом электромагнитное излучение.

Проникают через некоторые непрозрачные для видимого света материалы. Рентгеновские лучи применяют в рентгеновском структурном анализе, медицине и др.

Проникая сквозь мягкие ткани, рентгеновские лучи высвечивают кости скелета и внутренние органы. На снимках, получаемых с помощью рентгеновской аппаратуры, можно выявить болезнь на ранних стадиях и примять необходимые меры. Однако нужно считаться с тем, что любое облучение безопасно лишь в определённых дозах - недаром работа в рентгеновском кабинете считается вредной для здоровья.

Помимо рентгена, сегодня применяют такие методы диагностики:

Ультразвуковое обследование (исследование, когда высокочастотный звуковой луч прощупывает наш организм, словно эхолот - морское дно, и создаёт его «карту», отмечая все отклонения от нормы).

Ультразвук.

Ультразвук - не слышимые человеческим ухом упругие волны.

Ультразвук содержится в шуме ветра и моря, издается и воспринимается рядом животных (летучие мыши, рыбы, насекомые и др.), присутствует в шуме машин.

Применяется в практике физических, физико-химических и биологических исследований, а также в технике для целей дефектоскопии, навигации, подводной связи и других процессов и в медицине -- для диагностики и лечения.

В настоящее время лечение ультразвуковыми колебаниями получили очень большое распространение. Используется, в основном, ультразвук частотой от 22 - 44 кГц и от 800 кГц до 3 МГц. Глубина проникновения ультразвука в ткани при ультразвуковой терапии составляет от 20 до 50 мм, при этом ультразвук оказывает механическое, термическое, физико-химическое воздействие, под его влиянием активизируются обменные процессы и реакции иммунитета. Ультразвук используемых в терапии характеристик обладает выраженным обезболивающим, спазмолитическим, противовоспалительным, противоаллергическим и общетонизирующим действием, он стимулирует крово- и лимфообращение, как уже было сказано, процессы регенерации; улучшает трофику тканей. Благодаря этому ультразвуковая терапия нашла широкое применение в клинике внутренних болезней, в артрологии, дерматологии, отоларингологии и др.

Специальными приборами ультразвук можно сфокусировать и точно направить на небольшой участок ткани - например, на опухоль. Под действием сфокусированного луча высокой интенсивности, местно, клетки нагреваются до температуры 42°C. Раковые клетки начинают гибнуть при повышении температуры, и рост опухоли замедляется.

Иридодиагностика - метод распознавания болезней человека путем осмотра радужной оболочки глаза. Основана на представлении о том, что некоторые заболевания внутренних органов сопровождаются характерными внешними изменениями определенных участков радужной оболочки.

Радиодиагностика. Основана на использовании радиоактивных изотопов. Например, для диагностики и лечения заболеваний щитовидной железы применяют радиоактивные изотопы йода.

Лазер как физический прибор. Лазер (оптический квантовый генератор)-- усиление света в результате вынужденного излучения, источник оптического когерентного излучения, характеризующегося высокой направленностью и большой плотностью энергии. Лазеры получили широкое применение в научных исследованиях (в физике, химии, биологии и др.), в практической медицине (хирургия, офтальмология и др.), а также в технике (лазерная технология).

Использование лазеров в хирургии:

С их помощью выполняются сложнейшие операции на мозге.

Лазер используют в онкологи. Мощный лазерный пучок соответствующего диаметра уничтожает злокачественную опухоль.

Мощными лазерными импульсами «приваривают» отслоившуюся сетчатку и выполняют другие офтальмологические операции.

Плазменный скальпель.

Кровотечение - неприятная помеха при операциях, так как оно ухудшает обзор операционного поля и может привести к обескровливанию организма.

В помощь хирургу были созданы миниатюрные генераторы высокотемпературной плазмы.

Плазменный скальпель рассекает ткань, кости без крови. Раны после операции заживают быстрее.

В медицине широко применяются приборы и аппараты, способные временно заменить органы человека. Например, в настоящее время медики используют аппараты искусственного кровообращения. Искусственное кровообращение - временное выключение сердца из кровообращения и осуществление циркуляции крови в организме с помощью аппарата искусственного кровообращения (АИК).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Физика – самая всеобъемлющая из всех наук, ее влияние существует на большинство наших представлений о природе. Интересен вопрос о взаимодействии физики и биологии. Именно при изучении количества тепла, выделяемого и поглощаемого живым организмом, Майер открыл закон сохранения энергии. Можно сказать, что биология здесь повлияла на физику. Однако далее биологам потребовалось знание основных физических закономерностей и методов, потребовались точные физические приборы и установки. Действительно, изучая любой организм, можно заметить множество физических явлений. Например, циркуляция крови подчиняется законам течения жидкостей, глаз устроен как высокочувствительный оптический прибор, движение подчиняется законам механики, органы слуха устроены по законам акустики, и многое другое. Так, распространение информации о каком-либо событии сопровождается перемещением по нервам электрического импульса. Важнейшие события последнего времени в биологии и медицине сопровождаются все большим применением новейших физических методов: электронной микроскопии сверхвысокого разрешения, ядерного магнитного резонанса, рентгеновской томографии. Структура ДНК – носителя наследственной информации индивидуального организма - была расшифрована с помощью рентгеноструктурного анализа, метода, традиционно применяемого для исследования структуры кристаллов. В настоящее время идет грандиозная работа по расшифровке генома человека. Клонирование живых организмов, вообще, вмешательство в устройство клетки невозможно без высококлассных оптических приборов и особых миниатюрных инструментов.

В организме кроме физических макропроцессов, как и в неживой природе, имеют место молекулярные процессы, которые в конечном итоге определяют поведение биологических систем. Понимание физики таких микропроцессов необходимо для правильной оценки состояния организма, природы некоторых заболеваний, действия лекарств и т.д. Появление, в последнее время, новой науки- нанонауки, позволит точно оценивать состояние организма уже на уровне атома, более конкретно вводить лекарство в мембрану клетки, не размазывая по всему организму и т.д.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что и физика, и особенно биофизика имеют исключительно важное значение для медицины. Они вооружают врача знанием основ физических и биофизических методов исследования, диагностики и лечения больных, весьма широко распространенных в современной клинике, равно как и знанием принципов устройства соответствующих приборов и аппаратов. Биофизика тесно связана с электрофизиологией, неврологией, офтальмологией, фармакологией и т.п.

Необходимые для врача вопросы прикладной биофизики вместе с элементами общей физики, касающимися применяемых в медицине физических методов диагностики и лечения, а также принципы устройства соответствующей аппаратуры составляют содержание так называемой медицинской физики , которая и изучается в нашей академии.

И, наконец, для наглядности приведем несколько схем, красноречиво показывающих о связи физики как науки с медициной и с медицинскими диагностическими и лечебными методами.

Рассмотрим, как пример, схему 1. Раздел гидродинамики изучает основные закономерности течения жидкости по сосудам; различные модели кровообращения; работа и мощность сердца.

Раздел Колебания и волны – распространение упругих колебаний по сосудам; автоколебательные процессы, являющимися основными при рассмотрении процессов генерации потенциала действия в мембране, при регулировании уровня сахара в крови; характеристики звука.

Электричество – физические основы электрографии; генерация биопотенциалов организма.

Термодинамика- объясняет основы функционирования живого организма.

Схема связи медицины с основными разделами и явлениями физики

Связь разделов физики с медицинскими диагностическими методами

Связь разделов физики с медицинскими лечебными методами

ЯГМА

Медицинская физика

Лечебный факультет

1 курс

1 семестр

1 поток

Лекция № 2

«Медицинская физика»

Составил: Бабенко Н.И.

2010 г.

Физика.

Фи́зика (от др.-греч. «природа») -наука, изучающая наиболее общие фундаментальные закономерности материального мира. Законы физики лежат в основе всего естествознания.

Термин «физика» впервые появился в сочинениях одного из величайших мыслителей древности - Аристотеля, жившего в IV веке до нашей эры. Первоначально термины «физика» и «философия» были синонимичны, поскольку обе дисциплины пытаются объяснить законы функционирования Вселенной. Однако в результате научной революции XVI века физика выделилась в отдельное научное направление.

В русский язык слово «физика» было введено Михаилом Васильевичем Ломоносовым. Первый отечественный учебник по физике под названием «Краткое начертание физики» был написан первым русским академиком Страховым.

Значение физики чрезвычайно велико. Научно-технический прогресс обязан своим развитием фундаментальным открытиям в области физики. Так исследования в области электромагнетизма привели к появлению телефонов, открытия в термодинамике позволили создать автомобиль, развитие электроники привело к появлению компьютеров. Всё то, что отличает современное общество от общества прошлых веков, появилось в результате применения на практике физических законов.

Современная физика, как и любая другая наука, состоит из двух резко различающихся частей: проблем современной физики и достижений современной физики. Как только проблема разрешена, рассматривается возможность её практического использования. Несмотря на огромный объём накопленных знаний, современная физика ещё очень далека от того, чтобы объяснить все явления природы, потому что новые исследования постоянно находят новые загадки и обнаруживают явления, для объяснения которых требуются новые физические теории. Из достижений современной физики в качестве примеров можно привести:

Лазеры – изобретение в квантовой электронике (раздел физики);

Компьютеры, сотовая связь, цифровое телевидение - микроэлектроника (прикладная физика).

Физику называют «фундаментальной наукой», поскольку другие естественные науки (биология, геология, химия и др.) описывают только некоторый класс материальных систем, подчиняющихся законам физики.

1. Медицина.

Медицина – это область научной и практической деятельности, которая направлена на исследование в организме человека нормальных процессов, патологий и заболеваний. Цель медицины: сохранение и восстановление здоровья. Медицина разделяется на теоретическую и практическую медицину. Теоретическая медицина занимается обобщением знаний, полученных при изучении человеческого организма, его функционировании в нормальном, патологическом и болезненном состоянии. Практическая медицина (медицинская практика) занимается применением на практике накопленных медицинских знаний с целью профилактики и лечения заболеваний.

1. Медицинская физика.

Медицинская физика – прикладная наука, которая занимается разработкой и применением физических приборов, лечебно-диагностических аппаратов для профилактики, диагностики и лечения заболеваний. Разработчики медицинского оборудования непосредственно участвуют в лечебно-диагностическом процессе, совмещая как физические так и медицинские знания, и разделяют с врачом ответственность за пациента.

Развитие медицины и физики всегда были тесно переплетены между собой, причем именно медицина использовала физику для своих практических целей.

Первым биофизиком в полном смысле этого слова можно назвать ученого-энциклопедиста Леонардо да Винчи. Он занимался биомеханикой: механикой перемещения человеческого тела.

Медицинская физика имеет много прикладных подразделов: радиационная физика, клиническая физика, онкологическая физика, терапевтическая физика, диагностическая физика. Очень близка к медицинской физике биологическая физика (биофизика).

Биофизика - наука, изучающая физические процессы и явления в живых системах как автономно, так и при различных внешних воздействиях.

В данном курсе лекций рассматриваются те разделы медицинской физики, с которыми вы можете столкнуться в любой современной больнице или поликлинике.

Цели и задачи курса медицинской и биологической физики (в скобках приведен пример для данного пункта):

Знакомство с физическими и биофизическими механизмами, происходящими в тканях, органах и системах человеческого организма.

(Работа сердца и сердечно-сосудистой системы, состав и физические характеристики крови).

Рассмотрение физических основ методов диагностики и лечения.

(Принцип измерения давления по методу Короткова).

Познакомиться с физическими принципами работы медицинской аппаратуры.

(Аппарат для гальванизации).

Изучить влияние внешних факторов на организм человека.

(Солнце, холодная вода, аэроионы).

4. Применение физики в медицине.

В своей основе как физика, так и медицина - экспериментальные науки: все их законы и теории основываются и опираются на опытные данные. Если конкретный физический закон, справедливый для неживой природы, может быть верен и для живого организма, то этот факт можно использовать для целей медицинской физики.

4.1. Применение ультразвука.

Приготовление эмульсий.

Широко применяется ультразвук для приготовления однородных смесей (гомогенизация). Еще в 1927 году было обнаружено, что если две несмешивающиеся жидкости (например, масло и воду) слить в одну мензурку и подвергнуть облучению ультразвуком, то в мензурке образуется эмульсия, то есть мелкая взвесь масла в воде. Подобные эмульсии играют большую роль в промышленности: это лаки, краски, фармацевтические изделия, косметика.

Ультразвуковая стерилизация.

Бактерицидное действие ультразвука (способность ультразвука разрывать оболочки клеток) нашло применение в стерилизации питьевой воды, медицинской посуды и инструментов.