Дипломная (вкр): Медицинское действие поляризованного света на клетку

Медицинское действие поляризованного света на клетку

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВПО «КубГУ»)

Физико-технический факультет

Кафедра физики и информационных систем

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

БАКАЛАВРА

МЕДИЦИНСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА НА КЛЕТКУ

Работу выполнила

Спасская Елизавета Владимировна

Научныйруководитель

канд. пед. наук,доцент

Л.Ф.Добро

Краснодар 2015

Реферат

Выпускная квалификационная работа 53 с., 25 рис., 2 табл., 28 источников.

ПОЛЯРИЗОВАННОСТЬ, КЛЕТКА, КРОВЬ, ПОЛИХРОМАТИЧНОСТЬ, КЛЕТОЧНАЯ МЕМБРАНА, НЕРВНЫЕ ОКОНЧАНИЯ, ЛЕЧЕБНОЕ ДЕЙСТВИЕ.

Объектом исследования данной дипломной работы является клетка, а именно ее ответные реакции на действие поляризованного света.

Целью работы является исследование гипотез о механизме действия поляризованного света на клетку.

В результате выполнения выпускной квалификационной работы было определено, что данный способ лечения является щадящим и безвредным. Также экспериментально была исследована одна из гипотез действия поляризованного света на клетку, благодаря которой найдена зависимость концентрации кальция в клетке от дозы облучения. Выяснено непосредственное действие поляризованного света на клетку, кровь и нервные окончания. Поляризованный свет обладает как лечебными, так и профилактическими свойствами.

Содержание

Введение

. Поляризации света

1.1 Общие сведения об электромагнитных волнах

1.2 Виды и способы получения поляризации

.3 Развитие терапии поляризованным некогерентным светом

. Действие поляризованного света на биоткань

.1 Взаимодействие поляризованного света с биотканями

.2 Механизм действия света видимого и ближнего ИК диапазонов набиологические объекты

. Исследования взаимодействия поляризованного света с биомолекулами

.1 Воздействие света на клетку

.2 Воздействие света на кровь

.3 Воздействие света на нервную систему

. Аппараты для терапии поляризованным некогерентным светом

Заключение

Список использованных источников

Введение

Исследования медико-биологического применения поляризованного света являются актуальными в настоящее время. Все жизненные процессы на Земле происходят в световой среде. Солнечный свет - энергетическая основа всех жизненных процессов на планете. По своей природе человек настроен, прежде всего, на восприятие электромагнитных волн диапазона 360-780 нм, то есть на видимый спектр солнечного света. Поэтому в настоящее время активно начинают разрабатываются и успешно применяются во всем мире специальные приборы для светотерапии, которые излучают электромагнитные волны солнечного спектра.Важно, что явления, протекающие на первых, биофизических стадиях: поглощение света; перераспределение энергии в молекуле, находящейся в электронном возбужденном состоянии; межмолекулярный перенос энергии; образование первичных фотопродуктов (обычно свободнорадикальной природы) и превращение их в первые химически устойчивые соединения,- оказываются общими для всех фотобиологических процессов. В то же время многие специалисты по световой и лазерной терапии отмечают, что одновременное использование различной длины волн поляризованного света, способствует многофакторному положительному воздействию на облучаемые ткани.

Использование низкоинтенсивных бесконтактных неповреждающих методик приобретает все большую популярность. К их числу относят блок светотерапевтических воздействий, ведущим фактором которых является тот или иной диапазон видимого света с рассеянным или упорядоченным направлением движением электромагнитных волн. Источники света от солнечного до ламп накаливания имеют анизатропное излучение в широком спектральном диапазоне. Светодиодные источники имеют узкий спектральный диапазон и их излучение не поляризовано. Лазерные аппараты создают поток поляризованного света достаточной мощности, однако его очень узкий спектральный диапазон, а также малая площадь светового пятна запускает биологические ответы, специфические именно для такого диапазона.

Щадящий вид светотерапии - поляризованный свет, представляющий собой полихроматическое некогерентное излучение низкой интенсивности. Подобно лазерному свету, поляризованный некогерентный свет обладает высокой степенью поляризации (более 95%), что делает его более концентрированным и в биологическом отношении более эффективным. При этом, в отличие от лазерного излучения, этот свет - некогерентный, т.е. волны света не синхронизированы по фазе, поэтому энергетическая нагрузка на кожу при лечении небольшая. То есть он наносит щадящий эффект на организм человека. К настоящему времени в экспериментах изучены основные механизмы формирования лечебного эффекта поляризованного света на клеточном, тканевом уровнях и уровне целостного организма. Выявлено биостимулирующее действие поляризованного света на биологические мембраны, повышение активности клеточных ферментов, улучшение тканевого дыхания, обменно-трофических процессов. Особую ценность представляют данные о фотомодифицирующем действии поляризованного света на форменные элементы крови, что сопровождается усилением продукции иммуноглобулинов, фагоцитарной активности, восстановлением и стимуляцией антиинфекционной и противовирусной защиты организма.

Высокая эффективность метода для лечения заболеваний и травм опорно-двигательного аппарата позволила широко использовать его в ревматологии, травматологии и ортопедии, а также в спортивной медицине. Его применение в комплексном лечении патологии мышц, суставов и связочного аппарата позволяет уменьшить острые воспалительные явления, болезненность, отечность, нормализовать трофику тканей и улучшить функционирование конечностей, способствует более быстрому заживлению травм и рассасыванию гематом. Действие поляризованного света активно применяется в дерматологии и хирургии при лечении кожных заболеваний, ожогов различного происхождения, пролежней, трофических венозных язв, посттравматических и послеоперационных ран. Широкий спектр длин волн, представленный в поляризованном свете, оказывает на организм многообразное лечебное действие.

Целью работы является исследование гипотез о механизме действия поляризованного света на клетку.

Для реализации данной цели были поставлены следующие задачи:

изучить действие поляризованного света на биоткань;

исследовать гипотезу о фотодинамическом действии;

исследовать гипотезу о фотореактивация супероксиддисмутазы.

электромагнитный волна поляризация свет

1. Поляризации света

.1 Общие сведения об электромагнитных волнах

Электромагнитная волна представляет собой распространяющиеся в пространстве переменные электрическое и магнитное поля, изменяющиеся с одинаковой частотой.В электромагнитной волне колеблются векторы Е и Н. Как показывает опыт, физиологическое, фотохимическое, фотоэлектрическое и другие действия света вызываются колебаниями электрического вектора E. Поэтому электрический вектор Е также называют световым вектором [1].

Световые волны есть волны электромагнитные. Векторы напряженности электрического поля Е, индукции магнитного поля В и вектор скорости волны v образуют взаимно перпендикулярную тройку векторов: (рисунок 1).

Рисунок 1 - Структура электромагнитной волны

Теория электромагнитных волн была развита Максвеллом и в ее основе лежат два экспериментально установленных факта:

переменное электрическое поле создаёт в окружающем пространстве переменное магнитное поле той же частоты;

переменное магнитное поле создаёт в окружающем пространстве вихревое электрическое поле той же частоты.

При распространении электромагнитной волны ее энергия периодически переходит из электрической формы в магнитную и наоборот. При этом их максимальные значения одинаковы и равны полной энергии электромагнитной волны. Электромагнитные волны могут распространяться в любых средах, но в хорошо проводящих средах (металлах) они быстро затухают из-за сильного поглощения [2].

Все электромагнитные волны независимо от частоты имеют общую природу и, как уже отмечалось, представляют собой распространяющиеся в пространстве переменные электрические и магнитные поля одинаковой частоты. Однако методы и устройства генерирования и регистрации этих волн, области их технического применения, а также характер воздействия на

биологические объекты, в том числе и на человека, существенно зависят от частоты (длины волны) электромагнитной волны. Поэтому всю шкалу электромагнитных волн принято делить на крупные диапазоны, в пределах которых свойства этих волн, методы их получения, применения и регистрации, степень воздействия на человека примерно одинаковы (рисунок 2) [3].

В зависимости от длины волны (частоты) электромагнитные волны подразделяют на следующие диапазоны:

 - радиоволны;

 - инфракрасное (тепловое) излучение;

760нм > λ > 400нм - видимый диапазон (760нм - его красная граница, а 400нм - фиолетовая граница);

400нм > λ > 80нм - ультрафиолетовое излучение;

80нм > λ > - рентгеновское излучение;

λ < нм - гамма-излучение.

Длинные электромагнитные волны вплоть до видимого диапазона при существующих в природе интенсивностях мало опасны для человека. В очень небольшом по величине видимом диапазоне благодаря зрению человек получает более 90% информации об окружающем его мире - этот диапазон электромагнитных волн наиболее полезен и важен для человека и других биологических организмов. Вредное воздействие на биосистемы начинается уже с короткого ультрафиолетового излучения, еще более опасными для живых организмов являются рентгеновское и гамма- излучения [3].

Вектора напряжённости электрического поля E и напряжённости магнитного поля H перпендикулярны между собой и по отношению к направлению распространению света. Физическая характеристика оптического излучения, описывающая поперечную анизотропию световых волн, называется поляризацией света. Свет, направления колебаний в котором упорядочены каким-либо образом, называется поляризованным. Если задано направление распространения и направление одного из векторов, например Е, то направление другого (Н) определяется однозначно.

Обычные источники света являются совокупностью огромного числа быстро высвечивающих элементарных излучателей (атомов или молекул), испускающих независимо друг от друга волны с различными направлениями светового вектора. Накладываясь друг на друга, эти волны образуют результирующую волну, в которой направление векторов Е и Н беспорядочно изменяется с течением времени, хотя векторы Е, Н, v остаются взаимно перпендикулярными в каждый момент времени. Такой свет называется неполяризованным или естественным [2].

Свет, испускаемый каким-либо атомом или молекулой, всегда поляризован. Но макроскопические источники света состоят из огромного числа таких частиц-излучателей. При этом пространственные ориентации векторов Е в большинстве случаев распределены хаотически. Поэтому в общем излучении направлениеЕ в каждый момент времени непредсказуемо. Подобное излучение называется неполяризованным, или естественным светом [3].

.2 Виды и способы получения поляризации

В зависимости от того, какую кривую описывает световой вектор Е и определяется вид поляризации [3].

) Линейная (плоская) поляризация - колебания светового вектора происходят только в одной плоскости. Конец вектора Е (соответственно и Н) в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны, описывает за период световых колебаний прямую, длина которой равна удвоенной амплитуде (рисунок 3).

Рисунок 3 - Линейная поляризация (модель)

) Круговая (циркулярная) поляризация - вектор Е волны за один период волны делает полный оборот вокруг направления распространения волны, при этом его длина остается постоянной (рисунок 4). В плоскости наблюдения проекция вектора Е описывает круг, что и определяет название такой поляризации.

Рисунок 4 - Круговая поляризация (модель)

) Эллиптическая поляризация: при этой поляризации вектор Е волны за один период волны тоже делает полный оборот вокруг направления распространения волны, но длина вектора Е при этом изменяется таким образом, что конец его описывает в плоскости наблюдения эллипс. Если вектор Е вращается по часовой стрелке, то поляризация называется правой, а если против - левой эллиптичной (рисунок 5) [1]. Любую из этих видов поляризации можно перевести в другую с помощью специальных поляризационных приборов.

Рисунок 5 - Эллиптическая поляризация (модель)

Естественный свет - совокупность линейно поляризованных волн со всеми возможными направлениями колебаний вектора Е, причем амплитуда этих векторов одинакова во всех направлениях, так что концы их лежат на окружности. Источниками являются: солнце, пламя, лампочка (рисунок 6).

Рисунок 6 - Естественный свет (модель)

Частично поляризованный свет представляет собой совокупность линейно поляризованного и естественного света. Его можно рассматривать также как совокупность линейно поляризованных волн с различными направлениями колебаний вектора Е, но амплитуда его не одинакова в различных направлениях, поэтому концы этих векторов лежат не на окружности (как у естественного света), а на эллипсе (рисунок 7) [3].

Рисунок 7 - Частично поляризованный свет (модель)

Свет может оказаться поляризованным при отражении или рассеянии. Для получения полностью или частично линейно поляризованного света служат оптические приборы, называемые линейными поляризаторами (или просто поляризаторами). Существуют несколько способов получения поляризованного света. Одним из них является поляризация при отражении и преломлении.

Если угол падения света на границу раздела двух диэлектриков (например, на поверхность стеклянной пластинки) отличен от нуля, отраженный и преломленный лучи оказываются частично поляризованными. В отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные к плоскости падения (на рисунке 8 эти колебания обозначены точками), в преломленном луче - колебания, параллельные плоскости падения (на рисунке 8 эти колебания обозначены двусторонними стрелками). Степень поляризации зависит от угла падения.

Рисунок 8-Поляризация при отражении и преломлении

Другим способом является поляризация при двойном лучепреломлении. Все кристаллы, кроме кристаллов кубической системы - изотропных кристаллов, являются анизотропными, то есть свойства кристаллов зависят от направления. Явление двойного лучепреломления впервые было обнаружено Барталином в 1667 г. на кристалле исландского шпата (разновидность). Явление двойного лучепреломления заключается в следующем: луч света, падающий на анизотропный кристалл, разделяется в нем на два луча- обыкновенный и необыкновенный, распространяющиеся с разными скоростями в различных направлениях (рисунок 9). Кристаллы, обладающие двойным лучепреломлением, подразделяются на одноосные и двуосные. У одноосных кристаллов один из преломленных лучей подчиняется обычному закону преломления, в частности он лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью к преломляющей поверхности. Этот луч называется обыкновенным и обозначается буквой о. Для другого луча, называемого необыкновенным (его обозначают буквой n), законы преломления не действуют. Кроме того, необыкновенный луч не лежит, как правило, в одной плоскости с падающим лучом и нормалью к преломляющей поверхности. Примерами одноосных кристаллов могут служить исландский шпат, кварц и турмалин. У двуосных кристаллов (слюда, гипс) оба луча необыкновенные - показатели преломления для них зависят от направления в кристалле [1, 2].