Антропометрия. Среди многообразных и сложных процессов, протекающих в организме человека, можно выделить некоторые процессы, имеющие физическую природу. Например, дыхание связано с движением газа, которое изучает такой раздел физики, как аэродинамика, с теплоотдачей, которую рассматривает термодинамика, с испарением, которое является примером фазовых превращений веществ.
Большинство измерений, проводимых с целью диагностики и ис-cлeдoвaния opгaнизмa чeлoвeка, являются физическими измерениями или измерениями физико-химических величин. Нepeдкo физические факторы применяются для воздействия на организм с целью лечения. И в том, и в другом случае используются особые физические приборы.
Антропометрия — это измерение основных физических показателей человека (взвешивание, измерение длины тела, основных показателей дыхания и т. д.).
Для измерения длины тела используют ростомер, представляющий собой вертикальную планку с нанесённой на ней сантиметровой шкалой, укреплённую на площадке. На рост человека влияют многочисленные социальные и экологические факторы, наследственность, болезни, возраст, пол, а также принадлежность к той или иной группе народов. Так, средний рост китайцев-горожан — 170 см (у мужчин) и 158 см (у женщин), средний рост россиян составляет 176 см и 164 см соответственно, голландцев — 184,8 см и 168,7 см.
Измерение массы тела производят на медицинских весах. Для определения оптимального веса человека предложен ряд формул. Часто используют так называемые весоростовые индексы, характеризующие нормальный вес человека в сравнении с длиной тела. Например, индекс Брока: из значения длины тела (в см) вычитают 100, т. е. P = L — 100, где Р — масса тела (в кг), L — длина тела.
Для измерения основных показателей дыхания используют специальный прибор спирометр (рис. 122). Человек делает глубокий вдох и, зажав нос, выдувает воздух через спирометр. Специальная шкала показывает, какой объём воздуха выдыхает человек.
Рис. 122. Определение жизненной ёмкости лёгких с помощью спирометра
При спокойном вдохе и выдохе через лёгкие проходит сравнительно небольшой объём воздуха. Это дыхательный объём, который у взрослого человека составляет примерно 500 мл. Акт вдоха проходит несколько быстрее, чем акт выдоха. Обычно за одну минуту совершается 12—16 дыхательных циклов. При форсированном (глубоком) вдохе человек может дополнительно вдохнуть ещё определённый объём воздуха. Этот резервный объём вдоха, максимальный объём воздуха, который способен вдохнуть человек после спокойного вдоха, равен примерно 1,8—2,0 л.
Жизненная ёмкость лёгких — это объём воздуха, выдохнутого из лёгких после максимального вдоха при максимальном выдохе, который составляет в среднем у мужчин 3,5—5,0 л, у женщин — 3—4 л.
Тепловые измерения и теплотерапия. Точные измерения температур — это неотъемлемая часть медицинской диагностики. С этой целью используют специальные устройства — термометры. Температура тела человека является показателем теплового состояния организма и остаётся относительно постоянной. В норме температура тела человека, измеренная в подмышечной впадине, колеблется в пределах 36,4—36,8 °С.
Кроме хорошо известного всем ртутного термометра в практику всё более входят современные термометры, например электронный (рис. 123). Такой термометр измеряет температуру тела при помощи специального встроенного чувствительного датчика, а результат измерений отображает в цифровом виде на дисплее. Электронный термометр имеет ряд преимуществ по сравнению с ртутным: он безопасен (не содержит ртути), его невозможно разбить, времени на измерение температуры уходит меньше, его можно использовать даже в темноте, он имеет память с последними измерениями (от 1 до 25).
Рис. 123. Ртутный и электронный термометры
Повышенные и низкие температуры широко применяются в медицинской практике. Для лечения используют нагретую воду до +45 °С, торф и грязи (до +50 °С), парафин (до +60—70 °С). Такой диапазон нагрева объясняется различной теплоёмкостью этих веществ. Как универсальное охлаждающее средство в медицине используется лёд. Применение низких температур для лечения носит название криогенного метода.
Ультразвук. Измерение артериального давления. Ультразвук используют для диагностики заболеваний человека.
Механические колебания и волны с частотами более 20 кГц называются ультразвуком.
Метод определения опухолей и отёков головного мозга называется энцефалографией. Измерение размеров сердца в динамике производят с помощью метода ультразвуковой кардиографии. При операциях ультразвук применяют как своеобразный скальпель, способный рассекать и мягкие, и костные ткани. Способность ультразвука измельчать лекарственные вещества, помещённые в жидкость, используется для получения аэрозолей, которые применяют для лечения туберкулёза, бронхиальной астмы, катара верхних дыхательных путей.
Органом, который создаёт непрерывное движение крови по сосудам, а следовательно, и давление в них, является сердце. Этот удивительный орган, неустанно работающий на протяжении всей жизни человека, во все времена восхищал поэтов и вдохновлял их на замечательные стихи.
Что такое сердце? Камень твёрдый? Яблоко с багрово-красной кожей? Может быть, меж рёбер и аортой Бьётся шар, на шар земной похожий?
Как вы уже знаете, артериальное давление — это давление крови в крупных артериях человека. Оно складывается из двух показателей: верхнего (систолического) давления — показывает уровень давления крови в момент максимального сокращения сердца и нижнего (диастолического) — показывает уровень давления крови в момент максимального расслабления сердца. Артериальное давление измеряется в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.). Напомним, что оптимальное значение величины артериального давления у человека составляет 120/80. Это означает, что величина верхнего давления равна 120 мм рт. ст., а нижнего — 80 мм рт. ст. Вы уже знаете, что нарушения артериального давления характеризуются гипертонией и гипотонией.
Гипертония — стойкое повышение артериального давления от 140/90 мм рт. ст. и выше. Симптомами гипертонической болезни помимо резкого повышения артериального давления (криза) являются головные боли, головокружение, тошнота, нарушение слуха. Гипертония — это причина болезней сердца, головного мозга, сосудов глаз, почек. Повышение давления на каждые 10 мм рт. ст. увеличивает риск развития сердечно-сосудистых заболеваний на 30%. У людей с повышенным давлением в 7 раз чаще развиваются нарушения мозгового кровообращения (инсульты), в 4 раза чаще бывает ишемическая болезнь сердца, в 2 раза чаще — поражение сосудов ног.
Гипотония — низкое артериальное давление от 100/60 мм рт. ст. и ниже. Она приводит к недостаточному кровоснабжению и кислородному голоданию головного мозга, в результате чего появляются слабость, вялость и утомляемость.
Измерение артериального давления связано с именем русского хирурга Н. С. Короткова (1874—1920), который предложил для этой цели простой прибор — тонометр, состоящий из механического манометра, манжеты с грушей и фонендоскопа. Метод основан на полном пережатии манжетой плечевой артерии и выслушивании тонов, возникающих при медленном выпускании воздуха из манжеты. Для измерения артериального давления в настоящее время применяются также и электронные полуавтоматические и автоматические тонометры (рис. 124).
Рис. 124. Разные виды тонометров
Применение электрического тока и лазеров в медицине. Постоянный ток используется в лечебной практике для введения через кожу или слизистые оболочки организма человека лекарственных средств, этот метод называется электрофорезом. С использованием электрического тока работают такие медицинские приборы, как электростимуляторы и дефибрилляторы, позволяющие спасти жизнь пациенту.
Рис. 125. Схема действия электрофореза
Электростимуляторы (рис. 125) генерируют гармонические и импульсные электромагнитные колебания низких частот (например, кардиостимуляторы, которые предназначены для воздействия на ритм сердца), а высоких — дефибрилляторы (рис. 126), кратковременно подают ток высокого напряжения (порядка 4000—7000 B) и приводят к восстановлению нормальной деятельности сердца.
Рис. 126. Реанимация с помощью дефибриллятора
Лазер — устройство, преобразующее различные виды энергии (электрическую, световую и др.) в энергию когерентного (согласованного) электромагнитного излучения с высокой направленностью луча.
Лазеры могут давать излучение в весьма широком диапазоне длин волн — от 100 нм (ультрафиолетовый свет) до 1,2 мкм (инфракрасное излучение) и работать как в непрерывном, так и в импульсном режиме. Само слово «лазер» составлено из первых букв английского словосочетания light amplification by stimulated emission of radiation — усиление света посредством вынужденного излучения. В отличие от других источников света, лазер генерирует световые лучи, способные гравировать, сваривать, резать материалы, передавать информацию, осуществлять измерения, контролировать процессы, получать особо чистые вещества, направлять химические реакции. Недаром прототип лазера был положен в основу романа А. Н. Толстого «Гиперболоид инженера Гарина».
Развитие лазерной медицины идёт по трём основным направлениям: лазерная хирургия, лазерная терапия и лазерная диагностика.
Лазерный луч, используемый в качестве скальпеля, например в хирургии глаза (рис. 127) и пластической хирургии, делает относительно бескровный разрез, так как одновременно с рассечением ткани коагулирует края раны, как бы приваривая встречающиеся на пути разреза кровеносные сосуды.
Рис. 127. Операция на сетчатке глаза при помощи лазера
В основе лазерной терапии лежит влияние направленного светового потока (лазера) на живую ткань, клетки которой обновляются, восстанавливают свою жизнедеятельность. Лазерный луч расширяет капилляры, улучшает циркуляцию крови, питание тканей, а всё это вместе приводит к тому, что ускоряются процессы заживления в поражённых местах. Лазерная терапия благотворно влияет на иммунитет, уменьшает вязкость крови, усиливает лимфоток, снижает холестерин, обезболивает, обладает антимикробным, антивирусным и противоаллер-генным эффектом. В лазерной терапии низкоинтенсивные лучи применяют для лечения трофических язв, ишемической болезни сердца, для уменьшения размеров опухолей. Особенно эффективна лазерная терапия для лечения ЛОР-заболеваний: гайморитов, ринитов, синуситов, тонзиллитов и связанных с ними заболеваний дыхательного аппарата, например бронхиальной астмы.
Лазерная диагностика позволяет быстро и точно установить диагноз при заболеваниях глаз, пищеварительной, кровеносной систем и предложить эффективную программу их лечения.
Магнитный резонанс и рентгенодиагностика. Для исследований организма человека используют метод магнитного резонанса — избирательного поглощения электромагнитных волн, помещённых в магнитное поле. Постепенно, послойно сканируя исследуемый орган, врачи получают магнитно-резонансную томографию (МРТ). На снимке можно различать кости, сосуды, ткани с различными повреждениями. Например, с помощью этого метода можно отличить серое вещество мозга от белого (рис. 128), опухолевые клетки от здоровых даже в том случае, если размеры повреждённых участков составляют доли миллиметра.
Рис. 128. МРТ — снимок головного мозга
В 1896 г. весь мир обошёл рентгеновский снимок кисти жены В. К. Рентгена (1845— 1923). На нём ясно были видны все кости и даже кольца (рис. 129). Так в медицину вошёл метод, который в честь автора называют рентгеном. Просвечивание внутренних органов с диагностической целью называют рентгенодиагностикой. Используют для этого фотоны с энергией 60—120 кэВ.
Рис. 129. Снимок кисти жены В. К. Рентгена фрау Берты
Существенное различие в поглощении разными тканями рентгеновских лучей позволяет в теневой проекции видеть изображения внутренних органов и скелета человека. Если исследуемый орган и окружающие ткани примерно одинаково задерживают рентгеновское излучение, то используются специальные контрастные вещества. Например, при рассмотрении кишечника и желудка пациентам натощак дают кашеобразную массу сульфата бария — «баритовую кашу». Яркость изображения зависит от интенсивности рентгеновского излучения.
Чтобы уменьшить нежелательные биологические последствия для организма, снижают интенсивность такого излучения, используют другой вариант рентгенографии — флюорографию, при которой на чувствительной плёнке фиксируется изображение с большого рентгеновского экрана. Рентген используется также для получения послойного, объёмного изображения тела — томографии.
Источник
Доклад на тему: «Физика и здоровье»
специалист в области арт-терапии
Физика и здоровье.
Физика имеет особое место в учебных дисциплинах. Она показывает гуманистическую сущность знаний, должна служить общим целям образования, воспитания и обучения. Перед государством стоит проблема здорового образа жизни отдельной личности. По данным Всемирной организации здравоохранения ежегодно во всем мире от болезней, связанных с курением умирает более 2,5 млн. человек. 40% населения Земли являются систематическими курильщиками. От «табачной эпидемии» ежедневно умирает 6 человек в минуту. Продолжительность жизни курильщика сокращается на 20 лет. Число курильщиков за последние 5 лет среди 8-10 летних детей возросло на 30%. Поэтому проблема борьбы с курением имеет социальный характер. Наконец — то с экранов телевизора убрали рекламу табачных изделий, но буквально на каждом шагу стоят киоски в которых продают табачные изделия. И наша задача взрослых, особенно учителей, помочь молодежи сделать правильный выбор в пользу здорового образа жизни. Метод запрета курения нужного эффекта не дает, необходим личный пример и пропаганда здорового образа жизни. На уроках необходимо вводить иллюстрации, факты, статистические и научные данные, показывающие вред и опасность курения.Данную информацию необходимо представлять в связи с изучаемым материалом различных разделов физики.
Урок: основные положение МКТ .
Вопрос — как родители узнают, курят их дети или нет? Благодаря диффузии табачный дым хорошо смешивается с воздухом, проникает повсюду: одежду, волосы, легкие, живые ткани, лимфу, мозг, рассеивается в помещении.
Запах табачному дыму придает никотин, один из сильных растительных ядов, который действует на все живые организмы: низшие и высшие.
Если пиявка присосется к коже страстного курильщика, она тотчас отвалиться и в судорогах умрет от отравления.
Если в помещении много табачного дыма, в аквариумах с искусственном продуванием воздуха наблюдались случаи отравления рыбок – виновник — никотин.
Ядовитые свойства никотина используются в с/х: это главный компонент защиты растений от вредителей.
Если кормящая мать курит, то в 1 литре ее молока, может содержаться до 0,5 мг никотина; смертельная доза для младенцев первых месяцев жизни — 1 мг.
Урок: Тепловые двигатели и защита окружающей среды.
Курильщики ежегодно выбрасывают в атмосферу 720 тонн синильной кислоты, 384т тыс. тонн аммиака, 108 тыс. тонн никотина, 600 тыс. тонн дегтя, более 550 тыс. тонн угарного газа. Масса окурков на Земле ежегодно составляет около 3млн. тонн; в среднем 25% всех вредных веществ, содержащихся в табаке, сгорает и разрушается в процессе курения; 50% уходит в окружающую среду, 20% попадает в организм курильщика и только 5% . остается в фильтре сигареты.
Более половины всех загрязнений составляет транспорт своими выхлопными газами в атмосферу. При сжигании жидких видов топлива с выхлопными газами в атмосферу поступают азотные соединения, угарный газ, свинец, газообразные и твердые продукты неполного сгорания топлива.
Угарный газ опасен для человека, проходя через легкие, он всасывается в кровь, затем вступает в реакцию с гемоглобином – пигментом красных кровяных телец, который снабжает организм кислородом. Как только угарный газ соединяется с гемоглобином, кровяные тельца не способны выполнять свои функции по транспортировки кислорода по организму. Наступает кислородное голодание. При больших дозах угарного газа наступает смерть.
В состав табачного дыма входит также угарный газ. Общий показатель токсичности табачного дыма превышает в 4,5 раза токсичность выхлопных газов автомобиля.
Выкуривание одной сигареты в день по действию приблизительно равно нахождению вблизи крупной автомагистрали на протяжении 16 часов.
Пребывание некурящего в течение 1 часа в закрытом помещении равносильно выкуриванию 4 сигарет.
Урок Ток в газах
Коронный разряд используется на ряде производств для очистки промышленных газов от твердых и жидких примесей. Эту очистку производят с помощью электрофильтра.
Табачный дым состоит из воздуха и взвешенных в нем продуктов горения, находящихся в виде твердых частиц или капелек жидкости, размеры которых колеблются от 0,1 мкм до 1 мкм. Число частиц и капелек от одной выкуренной сигареты измеряются десятками и сотнями тысяч миллиардов.
Курильщики не создают сверхчистых материалов!
Урок Инфракрасное излучение
На основе фиксации тепловых свойств вещества ученые создали прибор – тепловизор. Он наглядно показывает распределение тепла по поверхности тела. Помогает устанавливать причины процессов, создающих ту или иную тепловую картину. Прибор работает в диапазоне инфракрасных излучений. Его применяют в металлургии, в технике, медицине. С помощью тепловизора установлено, что присутствие никотина в крови ссужает сосуды, а чем меньше диаметр сосуда, тем с большим давлением с большим трудом и в меньшем количестве протекает кровь, а это в свою очередь вызывает отток тепла.
Урок полное отражение
Световолоконная оптика нашла применение в медицине , в частности для изучения «бронхиального дерева». У людей постоянно вдыхающих дым сигарет, клетки слизистой оболочки бронхов и желудка подвергаются грубым изменениям своей внутренней структуры. Клетки начинают дряхлеть, а это одно из первых изменений на пути к образованию раковой опухоли.
Урок оптические приборы – глаз
Глаз длительно и много курящего человека часто слезятся, краснеют, края век распухают. Никотин, действуя на зрительный нерв, вызывает его хроническое воспаление, снижается острота зрения. При курении ссужаются сосуды, изменяется сетчатка глаза, что ведет к потере светощущения. А затем и снижает быстроту реакции человека на 24%.
Единица дозы излучения Грей – 1 Грей = 100 рад.
Предельно допустимая доза общего излучения для человека составляет в год 0,05 Грей в год (5 рад в год). Если человек получил общую дозу излучения 3 Грей (200 рад), то это приводит к появлению лучевой болезни, доза 7-8 Грей и более приводит к смерти.
При одном рентгеновском обследовании человека методом флюорографии доза облучения составляет 0,0076 Грей или 0,76 рад.
Выкуривающий за день 20 сигарет, получает радиацию в 3,5 раза больше биологически допустимой.
Курение – опасный источник радиоактивного излучения.
Все химические элементы имеют изотопы, которые являются радиоактивными. В табачном дымунайдены полоний, висмут, цезий, мышьяк, свинец, радий – 226. Радиоактивные изотопы имеют коварную способность накапливаться в организме. Многие месяцы и годы они «живут» в легочной ткани, костном мозге, лимфатических узлах, эндокринных железах. Главная причина развития злокачественных опухолей это присутствие в организме табачных изотопов полония – 210 и свинца-210. Большие накопления радия -226 вызывают переломы костей. Известный всем А. Литвиненко умер от отравления полонием -210. Чем больше стаж курильщика, тем больше накапливается радиоактивных изотопов. Было доказано, что сигареты с фильтром р/активных изотопов не задерживают.
Урок период полураспада
Входящие в состав табачного дыма р/активные изотопы бериллия, висмута и полония имеют периоды полураспада соответственно 22 года, 5 суток, 138 суток.
