Fizjoterapia

Model elektryczny komórki

- modele stanowią odpowiednie połączenie elementów R i C
- symulacja tkanki jest odpowiednia gdy zależność prądów od napięcia w szerokim zakresie częstotliwości są takie same dla tkanki jak i jej modelu

Własności elektryczne tkanek
- zależność częstotliwościowa modułu impedancji i kąta przesunięcia fazowego φ

- zależność częstotliwościowa: R i Xe

- charakter pojemnościowy: φ <0

- charakter indukcyjny: φ >0

Oddziaływanie pól stałych i wolnozmiennych pól EM
- składowa elektryczna: zewnętrzna PE może wywołać wszystkie rodzaje polaryzacji elektr. (elektronową, atomową, jonową, orientacyjną), indukowanie ładunków na powierzchni ciała, indukowanie prądu zewnątrz ciała. Ze względu na właściwości organizmu wpływ tej zmiennej jest na ogół zaniedbany.
- składowa magnetyczna: w przypadku dużych wartości indukcji magnetycznej mogą powodować działanie magnetomechaniczne (podporządkowanie dipoli), działanie na poruszające się ładunki, działanie na błonę komórkową, działanie na sieci neuronalne.
Drgania i fale
- procesy w trakcie których wielkości fizyczne na przemian rosną i maleją (np. drgania mechaniczne, elektryczne, elektromechaniczne)
- dzielimy je na drgania okresowe i nieokresowe, wymuszone i swobodne
- swobodne: zachowawcze, tłumione, samowzburzone
Przesunięcie fazowe
-różnica pomiędzy wartościami fazy dwóch okresowych ruchów drgających (np. fali lub dowolnego innego okresowego przebiegu czasowego).
Fala
- zaburzenie, które rozprzestrzenia się w środku lub przestrzeni
- przenosi energię z jednego miejsca do drugiego bez transportu materii
- dla fal mechanicznych cząsteczki ośrodka oscylują wokół swojego położenia równowagi
Rodzaje fal
- fala poprzeczna: ma kierunek drgań prostopadły do kierunku rozchodzenia się np. fale morskie, fale elektromagnetyczne
- fala podłużna: drga w tym samym kierunku, w którym następuje jej propagacja np. fala dźwiękowa

Fala akustyczna
- zaburzenie ciśnienia rozchodzące się w ośrodku sprężystym
- dźwięk - fala akustyczna rozchodząca się w powietrzu
- źródła dźwięku - ciało drgające lub gaz przepływający przez przewężenie
Dźwięki ze względu na częstotliwość dzielimy na:
- infradźwięki ( f < 16 Hz)
- dźwięki słyszalne (16 Hz < f < 20 Hz) - ucho ludzkie odbiera dźwięki o takich częstotliwościach jako dźwięki słyszalne
- ultradźwięki ( f > 20Hz)
Dźwięki
- ton - najprostszy dźwięk (fala harmoniczna)
- widmo sygnału (widmo częstotliwościowe)
Natężenie fali dźwiękowej
- to ilość energii fali dźwiękowej dzielonej przez czas i powierzchnię przez którą ta energia przenika
- E ~ A ˆ 2

β - poziom natężenia wyrażamy w decybelach [dB]
I - natężenie badanej fali dźwiękowej w W/m²

I₀ - natężenie tzw. „progu słyszalności” czyli wielkości równej 10^-12 W/m²

Prędkość dźwięku w różnych ośrodkach
- prędkość dźwięku w danym ośrodku zależy od różnych czynników np. naprężeń i gęstości w przypadku ciał stałych od temperatury w przypadku gazów i cieczy:
stal 5100m/s
beton 3800m/s
woda 1490m/s
powietrze 343m/s

V = λ f
V = λ/T

V - prędkość fali dźwiękowej w danym ośrodku
T - okres fali (sekunda [s])
λ - długość fali dźwiękowej (metr [m])

Parametry fali dźwiękowej
obiektywne subiektywne
- T [s] - barwa dźwięku
- λ [m] - głośność
- V_pr [
] - wysokość
- f [Hz]
- β [dB]
Rezonans akustyczny
- dwa układy + połączenie między nimi (możliwość propagancji fal) - możliwość przenoszenia drgań między układami
- rezonans zachodzi gdy częstotliwości drgań są do siebie dopasowane
Efekt Dopplera
- zjawisko obserwowane dla fal, polegające na powstawaniu różnicy częstotliwości, a tym samym i długości fali, wysyłanej przez źródło fali oraz zarejestrowanej przez obserwatora, który porusza się względem źródła fali

- dla fal rozprzestrzeniających się w ośrodku (np. fale dźwiękowe) efekt zależy od prędkości obserwatora oraz źródła względem ośrodka, w którym te fale się rozchodzą. W przypadku fal propagujących się bez udziału ośrodka materialnego, jak np. światło w próżni, znaczenie ma jedynie różnica prędkości źródła oraz obserwatora
Zmiana długości fali dla określonej prędkości źródła
- źródło fali porusza się względem ośrodka w którym rozchodzi się fala a obserwator spoczywa względem tego ośrodka
Zastosowanie:
- astronomia (ruch galaktyk, gwiazd, planet)
- radary
- medycyna

Promieniowanie elektromagnetyczne
- rozchodzące się w przestrzeni zaburzenie pola elektromagnetycznego, zaburzenie to ma charakter fali poprzecznej, w której składowa elektryczna i magnetyczna są prostopadłe do siebie i kierunku ruchu, nawzajem się przekształcają
- zmieniające się pola elektryczne wytwarza pole magnetyczne, a zmieniające się pole magnetyczne wytwarza pole elektryczne
- źródłem pola EM jest drgający lub przyspieszony ładunek elektryczny
Spektrum fal EM
- własności promieniowa EM silnie zależą od długości fali (częstotliwości promieniowania) i dlatego dokonano podziału promieniowania EM ze względu na jego częstotliwość
Widmo fal EM
A - długie fale radiowe ; B - fale radiowe; C - mikrofale ; D - podczerwień ; E - światło widzialne ; F - ultrafale ; G - promieniowanie X ; H - promienie Gamma ; I - pełne widmo światła widzialnego
Własności promieniowania
- falowe - jak każda fala ulega interferencji, defrakcji, spełnia prawo załamania i odbicia
- cząsteczkowe - promieniowanie elektromagnetyczne
Fale radiowe
- promieniowanie elektromagnetyczne, które może być wytwarzane przez prąd przemienny w antenie
- zakres częstotliwości: 3k Hz (3Hz) - 3 THz
Źródła fal radiowych
- naturalne: gwiazdy, galaktyki, wyładowania atmosferyczne
- sztuczne: nadajniki, silniki komutatorowe, prąd przemienny, AGD np. komputer, kuchenki mikrofalowe (zakłócenia)
Mikrofale
- PEM pomiędzy podczerwienią a falami ultrakrótkimi zaliczane do fal radiowych

Zastosowanie:
- kuchenka mikrofalowa, telefonia komórkowa, GPS, WLAN, Bluetooth

Kuchenka mikrofalowa a diatermia
pochłaniane przez materiał na dwa sposoby:
- polaryzacja dipolowa: cząsteczki będące dipolami obracają się zgodnie z kierunkiem pola elektromagnetycznego
- przewodnictwo jonowe: jony poruszają się zgodnie z kierunkiem pola elektrycznego
Podczerwień (promieniowanie podczerwone)
- każde ciało o temp. większej od 0 bezwzględnego emituje promieniowanie cieplne
- przedmioty cieplejsze emitują więcej promieniowania i o mniejszej długości
Zastosowanie:
- noktowizja, CD, systemy analizy ruchu, piloty do AGD, ogrzewanie wnętrz, termowizja medyczna i przemysłowa
Promieniowanie widzialne
- część promieniowania na którą reaguje siatkówka oka w procesie widzenia
- dla człowieka zakres 380 - 780nm
- u zwierząt zakres może być trochę zmieniony, ale zbliżony
- słabo absorbowane przez atmosferę ziemską, przez wodę
Ultrafiolet
- PEM o długości fali krótszej od światła widzialnego, a dłuższej od promieniowania rentgenowskiego
- zakres 100 - 380nm
Podział ze względu na działanie na człowieka:
- UV-C: 200-280nm
- UV-B: 280-320nm
- UV-A: 320-380nm

UV-A: mniej szkodliwe, uszkadza włókna kolagenowe w skórze co przyspiesza procesy starzenia, 99% promieniowa docierającego do powierzchni Ziemi
UV-B: niebezpieczne dla oczu, długa ekspozycja jest częstą przyczyną występowania nowotworów skóry - czerniaka, prowadzi do uszkodzenia łańcuchów DNA - mutacji.

Promienie X
- powstaje np. w lampach rentgenowskich, jony lub elektrony bombardują odpowiednią elektrodę w wyniku czego pojawia się promieniowanie hamowanie, które jest strumieniem kwantów promieniowania X
Zastosowanie:
- diagnostyka medyczna, radioterapia, przemysł
Promieniowanie Gamma
- długość fali mniejsza od 124pm
- częstotliwość większa od 2,42tHz
- wysokoenergetyczna forma PEM

- zakres promieniowania częściowo pokrywa się z promieniowaniem rentgenowskim, różnica tkwi w źródle promieniowania gamma, powstaje w wyniku reakcji jądrowych, zaś promieniowanie X w wyniku zderzeń elektronów z atomami
- promieniowanie Gamma to promieniowanie jonizujące i przenikliwe.
- przechodząc przez materiał ulega pochłanianiu
Promieniowanie jonizujące
- każde promieniowanie powodujące jonizację ośrodka czyli oderwanie minimum jednego elektronu od atomu lub cząsteczki lub wybicie go ze struktury krystalicznej
- promieniowanie o energii większej od energii światła widzialnego
- promieniowanie neutronowe, PEM X i Gamma o energii większej od promieniowania UV
Pojęcie hormezy radiacyjnej
- hipotetyczny korzystny wpływ małych dawek promieniowania jonizującego na organizmy żywe, polegające m.in. na zmniejszeniu prawdopodobieństwa zachorowania na nowotwory i choroby o podłożu genetycznym
- mechanizm hormezy radiacyjnej polega na stymulowaniu komórkowych mechanizmów naprawczych w obszarze małych dawek, co powoduje spadek liczby uszkodzeń DNA.

---