Розділ 1 Коротка історія відносності Про те, як Ейнштейн заклав основи двох фундаментальних теорій ХХ століття: загальної теорії відносності та квантової механіки Альберт Ейнштейн, творець спеціальної та загальної теорій відносності, народився 1879 р. у німецькому місті

Насамперед з'ясуємо суть нової фізики, що відрізняла її від фізики попередньої. Адже досліди та математика Галілея не виходили за межі можливостей Архімеда, якого Галілей недаремно називав «божественнішим». У чому Галілей вийшов

Історія науки Арнольд В.І. Гюйгенс та Барроу, Ньютон та Гук. М.: Наука, 1989. Білий Ю.А. Йоганн Кеплер. 1571-1630. М.: Наука, 1971. Вавілов С.І. Щоденники. 1909-1951: У 2 кн. М.: Наука, 2012. Вернадський В.І. Щоденники. М: Наука, 1999, 2001, 2006, 2008; М.: РОССПЕН, 2010. Візгін В.П. Єдині теорії поля у першій третині ХХ

КОРОТКА ІСТОРІЯ БАКу Головним архітектором БАКу став Лін Еванс. Я чула один із його виступів у 2009 р., але зустрітися з цією людиною мені довелося лише на конференції в Каліфорнії на початку січня 2010 р. Момент був вдалим - ВАК нарешті почав працювати, і навіть стриманий

Історія астрономії 115. Хто перші астрономи? Астрономія - найстаріша наук. Або так кажуть про астрономів. Першими астрономами були доісторичні люди, що задавалися питанням, якими є Сонце, Місяць і зірки. Щоденний рух Сонця встановив годинник.

Коротка історія квантової фізики 1858 р. 23 квітня. У Кілі (Німеччина) народився Макс Планк.1871 30 серпня. У Брайтуотері (Нова Зеландія) народився Ернест Резерфорд. 1879 14 березня. В Ульме (Німеччина) народився Альберт Ейнштейн. 1882 11 грудня. У Бреслау (Німеччина) народився Макс Борн.1885 7 жовтня. У

6. Сімейна історія Як тільки головне рішення було прийнято, решта поступово стала на свої місця, якщо не автоматично, то з деяким зусиллям з нашого боку. Наступний рік пролетів непомітно у припливі ейфорії. Які б сумніви щодо стану здоров'я

Розгадки різних станів людського тіла шукалися довго та болісно. Не всі спроби медиків докопатися до істини сприймалися суспільством захоплено і вітально. Адже часто лікарям доводилося йти на вчинки, які здавалися людям дикими. Але при цьому без них було неможливе подальше просування лікувальної справи. АіФ.ru зібрав історії найяскравіших медичних відкриттів, за які деякі їх автори зазнавали чи не гоніння.

Анатомічні особливості

Будівлею тіла людини як основою медичної науки спантеличувалися ще лікарі стародавнього світу. Так, наприклад, у Стародавній Греції вже приділяли увагу взаємозв'язку різних фізіологічних станів людини та особливостей її фізичної будови. При цьому, як зазначають експерти, спостереження мало швидше філософський характер: про те, що відбувається всередині самого тіла, ніхто і не підозрював, а хірургічні втручання і зовсім були рідкістю.

Анатомія як наука зародилася лише епоху Ренесансу. І для оточуючих вона була шоком. Так наприклад, бельгійський лікар Андреас Везалійвирішив практикувати розтин трупів, щоб зрозуміти, як саме влаштовано тіло людини. При цьому найчастіше йому доводилося діяти ночами і не зовсім законними методами. Втім, усім лікарям, хто наважувався вивчення таких подробиць, не вдавалося діяти відкрито, оскільки така поведінка вважалося бісівським.

Андреас Везалій. Фото: Public Domain

Сам Везалій викуповував трупи у розпорядника страт. На основі своїх висновків та досліджень він створив наукову працю «Про будову людського тіла», яку було опубліковано у 1543 році. Ця книга оцінюється лікарським співтовариством як одне з найбільших праць і найважливіше відкриття, що дає перше повне уявлення про внутрішній устрій людини.

Небезпечне випромінювання

Сьогодні сучасної діагностики не уявити без такої технології, як рентген. Однак ще наприкінці XIX століття про ікс-промені не було відомо нічого. Таке корисне випромінювання виявив Вільгельм Рентген, німецький вчений. До його відкриття лікарям (особливо хірургам) було в рази складніше працювати. Адже вони не могли просто так взяти й подивитися, де знаходиться чужорідне тіло людини. Доводилося розраховувати лише свою інтуїцію, і навіть на чутливість рук.

Відкриття відбулося 1895 року. Вчений проводив різні експерименти з електронами, використовував для своєї роботи скляну трубку з розрядженим повітрям. Після закінчення експериментів він загасив світло і зібрався йти з лабораторії. Але в цей момент виявив зелене свічення в банці, що залишилася на столі. Воно виникло через те, що вчений не відключив прилад, що стоїть у зовсім іншому кутку лабораторії.

Далі Рентгену залишилося лише експериментувати із отриманими даними. Він почав накривати скляну трубку картоном, створював темряву загалом у кімнаті. Також він перевіряв і вплив променя на різні предмети, розміщені перед ним: аркуш паперу, дошку, книгу. Коли на шляху променя опинилася рука вченого, він побачив свої кістки. Зіставивши низку своїх спостережень, він зміг зрозуміти, що за допомогою таких променів можна розглядати те, що відбувається всередині тіла людини, не порушуючи її цілісності. 1901 року Рентген отримав Нобелівську премію в галузі фізики за своє відкриття. Воно вже понад сто років рятує людям життя, дозволяючи визначати різні патології на різних етапах їх розвитку.

Сила мікробів

Є відкриття, яких учені рухалися цілеспрямовано десятками років. Одним з таких було здійснене в 1846 мікробіологічне відкриття доктора Ігнаца Земмельвейса. На той час медики дуже часто стикалися зі смертю породіль. Жінки, які нещодавно стали матерями, помирали від так званої пологової гарячки, тобто інфекції матки. Причому причину проблеми лікарі не могли визначити. У відділенні, де працював лікар, було 2 зали. В одному з них пологи приймали лікарі, в іншому акушерки. Незважаючи на те, що у медиків підготовка була значно кращою, жінки в їхніх руках гинули частіше, ніж у разі пологів з акушерками. І цей факт медика украй зацікавив.

Ігнац Філіп Земмельвейс. Фото: www.globallookpress.com

Земмельвейс став уважно спостерігати за їхньою роботою, щоб зрозуміти суть проблеми. І виявилося, що лікарі крім пологів ще практикували розтин породіллі, що померли. А після анатомічних експериментів знову поверталися до пологової зали, навіть не помивши руки. Це наштовхнуло вченого на думку: чи не переносять медики на руках невидимі частинки, які тягнуть за собою смерть пацієнток? Перевірити свою гіпотезу він вирішив досвідченим шляхом: студентів-медиків, які брали участь у процесі допомоги, він зобов'язав обробляти руки щоразу (тоді для дезінфекції використовували хлорне вапно). І кількість смертей молодих матерів відразу впала з 7% до 1%. Це дозволило вченому дійти невтішного висновку, що це зараження пологової гарячкою мають одну причину. При цьому зв'язок між бактеріями та інфекціями ще не проглядався, а ідеї Земмельвейса були осміяні.

Лише через 10 років не менш відомий вчений Луї Пастердовів експериментально важливість непомітних ока мікроорганізмів. І саме він визначив, що за допомогою пастеризації (тобто нагрівання) їх можна знищувати. Саме Пастер зміг довести зв'язок бактерій та інфекцій, провівши серію експериментів. Після цього залишилося розробити антибіотики, і життя хворих, які раніше вважалися безнадійними, були врятовані.

Вітамінний коктейль

До другої половини ХІХ століття про вітаміни ніхто нічого не знав. І цінності цих невеликих живильних мікроелементів ніхто й не уявляв. Та й зараз вітаміни далеко не всіма оцінюються за заслуги. І це незважаючи на те, що без них можна втратити не лише здоров'я, а й життя. Є ціла низка специфічних захворювань, які пов'язані з дефектами харчування. Причому це положення підтверджується багатовіковим досвідом. Так, наприклад, одним із найяскравіших прикладів руйнування здоров'я від нестачі вітамінів є цинга. В одному з відомих походів Васко да Гамивід неї померли 100 членів екіпажу зі 160.

Першим, хто досяг успіху на ниві пошуку корисних мінеральних речовин, став російський вчений Микола Лунін. Він експериментував на мишах, які споживали штучно підготовлену їжу. Їхній раціон являв собою таку систему харчування: очищений казеїн, молочний жир, молочний цукор, солі, які входили до складу як молока, так і води. За фактом, це все — необхідні складники молока. При цьому мишам чогось не вистачало. Вони не росли, втрачали вагу, не їли корм і гинули.

Порятунок у цукрі

Це сьогодні люди з діабетом живуть цілком звичайним життям із деякими коригуваннями. А ще недавно всі, хто страждав від такого захворювання, були безнадійними хворими і вмирали. Так відбувалося, доки не було відкрито інсулін.

Наступні спроби датовані 1908 роком. Німецький фахівець Георг Людвіг Цюльцервиділив з підшлункової залози екстракт, за допомогою якого навіть проводилося протягом деякого часу лікування хворого, що вмирає від діабету. Пізніше розпочалися світові війни тимчасово відклали дослідження у цій сфері.

Наступним, хто взявся за розгадку таємниці, був Фредерік Грант Бантінг, медик, друг якого загинув саме через діабет. Після того як молодик закінчив медшколу і пройшов службу під час Першої світової, він став асистентом професора в одній із приватних медшкіл. Читаючи 1920 року статтю про перев'язку проток підшлункової залози, він вирішив поекспериментувати. Метою такого досвіду він ставив отримання речовини залози, яка мала знижувати цукор у крові. Разом із помічником, якого йому виділив його наставник, у 1921 році Бантинг нарешті зміг отримати необхідну речовину. Після введення його піддослідному собаці з діабетом, який помирав від наслідків захворювання, тварині стало значно краще. Далі залишилося лише розвивати досягнуті результати.

Сьогоднішній світ став дуже технологічним. І медицина намагається тримати марку. Нові здобутки все щільніше пов'язані з генною інженерією, клініки та лікарі вже на весь час застосовують «хмарні технології», а пересадка 3D-органів незабаром обіцяє стати звичайною практикою.

Боротьба з онкологією на генетичному рівні

На першому місці рейтингу – медичний проект від компанії Google. Дочірній фонд компанії під назвою Google Ventures інвестував $130 млн у "хмарний" проект "Flatiron", спрямований на боротьбу з онкологією в медицині. Проект щодня збирає та аналізує сотні тисяч даних про випадки ракових захворювань, передаючи висновки лікарям.

За словами директора Google Ventures Білла Маріса, незабаром лікування ракових захворювань проходитиме на генетичному рівні, а хіміотерапія через 20 років стане примітивною, як сьогодні дискета чи телеграф.

Бездротові технології в медицині

Браслети здоров'яабо "розумні часи"- Хороший приклад того, як сучасні технології в медицині допомагають людям бути здоровими. Через звичні пристрої кожен з нас може контролювати серцеві ритми, артеріальний тиск, вимірювати кроки і кількість скинутих калорій.

У деяких моделях браслетів передбачено передачу даних «в хмару» для подальшого аналізу лікарями. У мережі Інтернет можна завантажити десятки програм контролю здоров'я, наприклад, Google Fit або HealthKit.

Компанія AliveCor пішла ще далі та запропонувала пристрій, який синхронізується зі смартфоном та дозволяє робити знімок ЕКГ у домашніх умовах. Прилад є чохол зі спеціальними датчиками. Дані знімку через інтернет надходять до лікаря.

Відновлення слуху та зору

Кохлеарний імплант для відновлення слуху

2014 року австралійські вчені запропонували спосіб лікування слуху на генетичному рівні. Медичний метод заснований на тому, щоб безболісно впровадити в організм людини ДНК-місткий препарат, усередині якого «вшитий» кохлеарний імплант Імплант взаємодіє з клітинами слухового нерва та до пацієнта поступово повертається слух.

Біонічне око для відновлення зору

За допомогою імпланту «біонічне око»вчені навчилися відновлювати зір. Перша медична операція пройшла у США ще 2008 року. Крім пересадженої штучної сітківки, пацієнтам видаються спеціальні окуляри із вбудованою камерою. Система дозволяє сприймати повноцінну картинку, розрізняти кольори та обриси предметів. Сьогодні у черзі на проведення подібної операції стоїть понад 8000 осіб

Медицина зробила крок ближче до лікування СНІДу

Вчені з Рокфеллерівського університету (Нью Йорк, США) спільно з фармацевтичною компанією GlaxoSmithKline провели клінічні випробування медичного. препарата GSK744, який здатний знизити ймовірність зараження ВІЛ більш ніж на 90%. Речовина здатна пригнічувати роботу ферменту, за допомогою якого ВІЛ модифікує ДНК клітини, а потім розмножується в організмі. Робота значно наблизила вчених до створення нових ліків проти ВІЛ.

Органи та тканини за допомогою 3D-принтерів

3D-біопринтинг: органи та тканини друкують за допомогою принтера

За останні 2 роки вчені на практиці змогли досягти створення органів та тканин за допомогою 3D-принтерівта успішно вживлювати їх в організм пацієнта.

Сучасні медичні технології дозволяють створювати протези рук та ніг, частини хребта, вуха, ніс, внутрішні органи та навіть клітини тканин.

Навесні 2014 року лікарі Університетського медичного центру Утрехта (Голландія) успішно провели першу в історії медицини пересадку черепної кістки, створену за допомогою 3D-принтера.

Численні відкриття, зроблені вченими під час сну, змушують замислитися: чи великим людям геніальні сни сняться частіше, ніж простим менеджерам, чи то в них просто є можливість їх реалізувати. Але ми знаємо, що «все можливе» правило одне на всіх, як і періодично всім знятися сни. Інша справа, що великі вчені не просто дивляться на свою підсвідомість у момент глибокого сну, вони продовжують працювати, і їх роздуми уві сні, ймовірно, глибші, ніж наяву.

Рене Декарт (1596-1650), великий французький вчений, філософ, математик, фізик та фізіолог

Він запевняв, що на шлях великих відкриттів його спрямували пророчі сни, побачені у віці двадцяти трьох років. 10 листопада 1619 року в сновидінні він взяв до рук книгу, написану латиною, на першій же сторінці якої було виведено потаємне запитання: «Яким шляхом мені йти?». У відповідь, за словами Декарта, «Дух Істини розкрив мені уві сні взаємозв'язок усіх наук». Після протягом трьох століть поспіль його роботи мали величезний вплив на науку.

Сновидіння Нільса Бора принесло йому Нобелівську премію, ще на студентській лаві примудрився зробити відкриття, що змінило наукову картину світу. Йому наснилося, що він знаходиться на Сонці - сяючому згустку вогнедишного газу, - а планети зі свистом проносяться повз нього. Вони оберталися навколо Сонця і пов'язані з ним тонкими нитками. Несподівано газ затвердів, «сонце» та «планети» зменшилися, а Бор, за його власним зізнанням, прокинувся як від поштовху: він зрозумів, що відкрив модель атома, яку так давно шукав. "Сонце" з його сну було нічим іншим, як нерухомим ядром, навколо якого оберталися "планети"-електрони!

Що насправді сталося уві сні Дмитра Менделєєва (1834-1907)

Дмитро Мендєлєєвпобачив свою таблицю уві сні, та її приклад – не єдиний. Багато вчених зізнавалися в тому, що своїми відкриттями зобов'язані своїм дивовижним снам. З їхніх снів у наше життя прийшла не лише таблиця Менделєєва, а й атомна бомба.
"Немає таких таємничих явищ, які не можна було б зрозуміти" - стверджував Рене Декарт (1596-1650), великий французький вчений, філософ, математик, фізик та фізіолог. Однак як мінімум одне незрозуміле явище було добре відоме йому на особистому прикладі. Автор безлічі відкриттів, зроблених за своє життя в різних областях, Декарт не приховував, що поштовхом для його різнобічних вишукувань послужило кілька віщих снів, побачених ним у віці двадцяти трьох років.
Дата одного з таких снів відома точно: 10 листопада 1619 року. Саме тієї ночі Рене Декарту відкрився основний напрямок усіх його майбутніх робіт. У тому сновидінні він узяв у руки книгу, написану латиною, на першій же сторінці якої було виведено потаємне запитання: «Яким шляхом мені йти?». У відповідь, за словами Декарта, «Дух Істини розкрив мені уві сні взаємозв'язок усіх наук».
Як це сталося, тепер залишається тільки гадати, достовірно відомо лише одне: дослідження, поштовхом до яких послужили його сни, принесли Декарту славу, зробивши його найбільшим вченим свого часу. Протягом трьох століть поспіль його роботи мали величезний вплив на науку, а ряд його робіт з фізики та математики залишаються актуальними й досі.

Виявляється, сон Менделєєва став широко відомий з легкої руки А.А.Иностранцева – сучасника та знайомого вченого, який якось зайшов до нього до кабінету і застав його у похмурому стані. Як згадував пізніше Іноземців, Менделєєв поскаржився йому на те, що "все в голові склалося, але висловити таблицею не можу". А потім пояснив, що він три доби поспіль працював без сну, але всі спроби скласти думки до таблиці виявилися невдалими.
Зрештою, вчений, вкрай стомлений, таки ліг у ліжко. Саме цей сон згодом і увійшов до історії. За словами Менделєєва, все відбувалося так: «бачу уві сні таблицю, де елементи розставлені, як треба. Прокинувся, одразу записав на клаптику паперу, – тільки в одному місці згодом виявилася потрібна поправка».
Але найінтригуючіше полягає в тому, що в той час, коли Менделєєву наснилася періодична система, атомні маси багатьох елементів були встановлені невірно, а багато елементів взагалі не досліджено. Іншими словами, відштовхуючись тільки від відомих йому наукових даних, Менделєєв просто не зміг би зробити своє геніальне відкриття! А це означає, що уві сні йому прийшло не просто осяяння. Відкриття періодичної системи, котрій у вчених на той час просто не вистачало знань, можна сміливо порівняти з передбаченням майбутнього.
Всі ці численні відкриття, зроблені вченими під час сну, змушують замислитися: чи великим людям сни-одкровення сняться частіше, ніж простим смертним, чи то в них просто є можливість їх реалізувати. А може, великі уми просто мало думають про те, що скажуть про них інші, і тому не соромляться всерйоз дослухатися до підказок своїх снів? Відповіддю тому – заклик Фрідріха Кекуле, яким він завершив свій виступ на одному з наукових з'їздів: «Давайте вивчати свої сни, джентльмени, і тоді ми, можливо, прийдемо до істини!».

Нільс Бор (1885-1962), великий датський вчений, засновник атомної фізики

Великий датський вчений, основоположник атомної фізики, Нільс Бор (1885-1962) ще на студентській лаві примудрився зробити відкриття, що змінило наукову картину світу.
Одного разу йому наснилося, що він знаходиться на Сонці – сяючому згустку вогнедишного газу – а планети зі свистом проносяться повз нього. Вони оберталися навколо Сонця і пов'язані з ним тонкими нитками. Несподівано газ затвердів, «сонце» та «планети» зменшилися, а Бор, за його власним зізнанням, прокинувся, як від поштовху: він зрозумів, що відкрив модель атома, яку так давно шукав. "Сонце" з його сну було нічим іншим, як нерухомим ядром, навколо якого оберталися "планети"-електрони!
Чи варто говорити, що планетарна модель атома, побачена Нільсом Бором уві сні, стала основою для всіх подальших робіт ученого? Вона започаткувала атомну фізику, принісши Нільсу Бору Нобелівську премію та світове визнання. Сам учений все своє життя вважав своїм обов'язком боротися проти застосування атома у військових цілях: джин, випущений на волю його сном, виявився не тільки могутнім, а й небезпечним.
Втім, ця історія – лише одна у довгому ряді багатьох. Так, розповідь про не менш дивовижне нічне осяяння, що просунуло світову науку вперед, належить ще одному Нобелівському лауреату, австрійському фізіологу Отто Леві (1873-1961).

Отто Леві (1873-1961), австрійський фізіолог, нобелівський лауреат за заслуги в галузі медицини та психології

Нервові імпульси в організмі передаються електричною хвилею - так помилково вважали медики аж до відкриття Леві. Ще молодим ученим, він уперше не погодився з маститими колегами, сміливо припустивши, що до передачі нервового імпульсу причетна хімія. Але хто слухатиме вчорашнього студента, який спростовує наукові світила? Тим більше що теорія Леві, за всієї її логічності, не мала ніяких доказів.
Лише через сімнадцять років Леві, нарешті, зміг здійснити експеримент, який з усією очевидністю доводив його правоту. Ідея експерименту прийшла до нього несподівано – уві сні. З педантичністю справжнього вченого Леві докладно розповів про осяяння, яке відвідувало його протягом двох ночей поспіль:
«…У ніч перед Великоднем Неділею 1920 року я прокинувся і зробив кілька нотаток на уривку паперу. Потім я знову заснув. Вранці у мене виникло відчуття, що цієї ночі я записав щось дуже важливе, але я не зміг розшифрувати свої каракулі. Наступної ночі, о третій годині, ідея знову повернулася до мене. Це був задум експерименту, який допоміг би визначити, чи правомочна моя гіпотеза хімічної трансмісії.
Дослідження, чималий внесок у який внесли сни, принесли Отто Леві Нобелівську премію у 1936 році за заслуги в галузі медицини та психології.
Ще один знаменитий хімік - Фрідріх Август Кекуле - не соромився визнавати, що саме завдяки сну йому вдалося відкрити молекулярну структуру бензолу, над якою до цього він безуспішно бився багато років.

Фрідріх Август Кекуле (1829-1896), знаменитий німецький хімік-органік

За власним визнанням Кекуле, багато років він намагався знайти молекулярну структуру бензолу, проте всі його знання та досвід виявилися безсилими. Проблема так мучила вченого, що часом він не переставав думати про неї ні вночі, ні вдень. Нерідко йому снилося, що він уже зробив відкриття, проте всі ці сни незмінно виявлялися лише звичайним відображенням його денних думок та турбот.
Так було аж до холодної ночі 1865 року, коли Кекуле задрімав удома біля каміна і побачив дивовижний сон, про який згодом розповідав так: «Перед моїми очима стрибали атоми, вони зливалися у більші структури, схожі на змій. Як зачарований, я стежив за їхнім танцем, як раптом одна зі «змій» схопила себе за хвіст і дражливо затанцювала перед моїми очима. Наче пронизаний блискавкою, я прокинувся: структура бензолу являє собою замкнуте кільце!».

Це відкриття було переворотом для тогочасної хімії.
Сон настільки вразив Кекуле, що він розповів його своїм колегам-хімікам на одному з наукових з'їздів і навіть закликав їх уважніше ставитись до своїх сновидінь. Безумовно, під цими словами Кекуле підписалося б чимало вчених, і насамперед його колега, російський хімік Дмитро Менделєєв, чиє відкриття, зроблене уві сні, широко відоме всім.
Справді, кожен чув, що свою періодичну таблицю хімічних елементів Дмитро Іванович Менделєєв «підглянув» уві сні. Однак, як саме це сталося? Про це у своїх мемуарах докладно розповів один із його друзів.

СПбГПМА

з історії медицини

Історія розвитку медичної фізики

Виконав: Мизніков А.Д.,

студент I курсу

Викладач: Джарман О.О.

Санкт-Петербург

Вступ

Зародження медичної фізики

2. Середні віки та Новий час

2.1 Леонардо да Вінчі

2.2 Ятрофізика

3 Створення мікроскопа

3. Історія застосування електрики у медицині

3.1 Невелика передісторія

3.2 Чим ми завдячуємо Джильберту

3.3 Премія, присуджена Марату

3.4 Суперечка Гальвані та Вольта

4. Досліди В. В. Петрова. Початок електродинаміки

4.1 Застосування електрики в медицині та біології в XIX - XX століттях

4.2 Історія променевої діагностики та терапії

Коротка історія ультразвукової терапії

Висновок

Список літератури

медичний фізика ультразвуковий променевий

Вступ

Пізнай самого себе, і ти пізнаєш увесь світ. Першим займається медицина, а другим – фізика. З давніх часів зв'язок між медициною та фізикою був тісний. Недарма з'їзди дослідників природи та лікарів проходили в різних країнах спільно аж до початку XX ст. Історія розвитку класичної фізики показує, що її багато в чому створили лікарі, причому багато фізичних досліджень були викликані питаннями, які ставила медицина. У свою чергу, досягнення сучасної медицини, особливо в галузі високих технологій діагностики та лікування, були засновані на результатах різних фізичних досліджень.

Я невипадково вибрав саме цю тему, бо вона для мене, студента спеціальності "Медична біофізика" як ні для кого близька. Я давно хотів дізнатися, наскільки фізика допомогла розвитку медицини.

Мета моєї роботи полягає в тому, щоб показати, наскільки важливу роль відігравала та відіграє фізика у розвитку медицини. Неможливо уявити сучасну медицину без фізики. Завдання ж полягають у тому, щоб:

Простежити етапи формування наукової бази сучасної медичної фізики

Показати значення діяльності вчених фізиків у розвитку медицини

1. Зародження медичної фізики

Шляхи розвитку медицини та фізики завжди були тісно переплетені між собою. Вже в давнину медицина, поряд з ліками, використовувала такі фізичні фактори, як механічні впливи, тепло, холод, звук, світло. Розглянемо основні способи використання цих факторів у давній медицині.

Приручивши вогонь, людина навчилася (звичайно, не відразу) використовувати вогонь з лікувальною метою. Особливо добре це виходило у східних народів. Ще в давнину лікуванню припіканням надавали дуже великого значення. У стародавніх медичних книгах йдеться про те, що припікання виявляється дієвим навіть тоді, коли безсилі акупунктури і ліки. Коли саме виник такий метод лікування, точно не встановлено. Але відомо, що він існував у Китаї з давніх-давен, і застосовувався ще в кам'яному столітті для лікування людей і тварин. Використовували вогонь для лікування ченці Тибету. Вони робили опік на санмінгах – біологічних активних точках, які відповідають за ту чи іншу частину тіла. На пошкодженому місці активно йшов процес загоєння, і вважалося, що з цим загоєнням відбувалося лікування.

Звук використовувався практично всіма давніми цивілізаціями. Музика застосовувалася у храмах на лікування нервових розладів, вона у прямому зв'язку з астрономією і математикою у Китайців. Піфагор утвердив музику як точну науку. Його послідовники використовували її для позбавлення люті і гніву і вважали головним засобом для виховання гармонійної особистості. Аристотель також стверджував, що музика здатна впливати на естетичну сторону душі. Цар Давид своєю грою на арфі вилікував від депресії царя Саула, а також врятував його від нечистих духів. Ескулап лікував радикуліт гучними звуками труби. Також відомі ченці Тибету (про них йшлося вище), які використовували звуки для лікування практично всіх хвороб людини. Вони називалися мантрами - формами енергії у звуку, чистою сутнісною енергією самого звуку. Мантри поділялися різні групи: на лікування лихоманок, кишкових розладів тощо. Метод використання мантр застосовується ченцями Тибету і по сьогоднішній день.

Фототерапія, або терапія світлом (photos - "світло"; грец.), Існувала завжди. У Стародавньому Єгипті, наприклад, був створений спеціальний храм, присвячений "все лікарю, що зцілює" - світлу. А в Стародавньому Римі будинки будувалися таким чином, щоб ніщо не заважало світлолюбним громадянам щодня вдаватися до "пиття сонячних променів" - так називався у них звичай приймати сонячні ванни в особливих прибудовах з плоскими дахами (соляріями). Гіппократ лікував за допомогою сонця хвороби шкіри, нервової системи, рахіт та артрит. Понад 2000 років тому він назвав таке використання сонячного світла геліотерапією.

Також у давнину почали розвиватися і теоретичні розділи медичної фізики. Одним із них є біомеханіка. Дослідження в галузі біомеханіки мають таку ж давню історію, як і дослідження з біології та механіки. Дослідження, які за сучасними поняттями належать до галузі біомеханіки, були відомі ще у стародавньому Єгипті. У знаменитому єгипетському папірусі (The Edwin Smith Surgical Papyrus, 1800 років до н.е.) описані різні випадки рухових ушкоджень, у тому числі параліч внаслідок дислокації хребців, проведено їх класифікацію, дано методи лікування та прогноз.

Сократ, який жив прибл. 470-399 рр. до н.е., вчив, що ми не зможемо осягнути навколишній світ, поки не осягнемо нашу власну природу. Стародавні греки та римляни багато знали про магістральні кровоносні судини та клапани серця, вміли прослуховувати роботу серця (наприклад, грецький лікар Аретей у 2-му столітті до н.е.). Герофіл з Халцедока (3 в. е.) розрізняв серед судин артерії та вени.

Батько сучасної медицини давньогрецький лікар Гіппократ провів реформу античної медицини, відокремивши її від методів лікування заклинаннями, молитвами та жертвою богам. У трактатах "Вправлення зчленувань", "Переломи", "Рани голови" він провів класифікацію відомих на той час ушкоджень опорно-рухової системи та запропонував методи їх лікування, зокрема механічні, за допомогою тугих пов'язок, витягування, фіксації. Очевидно, вже тоді з'явилися перші вдосконалені протези кінцівок, які служили зокрема виконання окремих функцій. У всякому разі, у Плінія Старшого є згадка про одного римського командувача, який брав участь у другій Пунічній війні (218-210 ст до н.е.). Після отриманої рани йому було ампутовано праву руку і замінено залізною. При цьому він міг протезом утримувати щит та брав участь у битвах.

Платон створив вчення про ідеї - незмінні шалені прообрази всіх речей. Аналізуючи форму людського тіла, він вчив, що "боги, наслідуючи обриси Всесвіту... включили обидва божественні кругообіги у сфероподібне тіло... яке ми нині називаємо головою". Пристрій опорно-рухової системи розуміється їм так: "щоб голова не котилася по землі, скрізь покритій пагорбами і ямами... тіло стало довгим і, за задумом бога, що зробив його рухливим, виростило з себе чотири кінцівки, які можна витягати і згинати; чіпляючись ними і спираючись на них, воно набуло здатності всюди просуватися…». Метод міркувань Платона про влаштування світу і людини побудований на логічному дослідженні, яке "має йти таким чином, щоб досягти найбільшого ступеня ймовірності".

Великий давньогрецький філософ Аристотель, твори якого охоплюють практично всі галузі науки того часу, склав перший докладний опис будови та функцій окремих органів та частин тіла тварин та заклав основи сучасної ембріології. У віці сімнадцяти років Аристотель, син лікаря зі Стагіри, прийшов до Афін навчатися в Академії Платона (428-348 рр. до н.е.). Пробувши в Академії двадцять років і став одним із найближчих учнів Платона, Аристотель залишив її лише після смерті вчителя. Згодом він зайнявся анатомією та дослідженням структури тварин, збираючи різноманітні факти та проводячи експерименти та розтини. Багато унікальні спостереження та відкриття були ним зроблені в цій галузі. Так, Аристотель вперше встановив биття серця курячого ембріона на третій день розвитку, описав жувальний апарат морських їжаків ("Арістотелєв ліхтар") та багато іншого. У пошуках рушійної сили кровотоку, Аристотель запропонував механізм руху крові, пов'язаний з її нагріванням у серці та охолодженням у легенях: "Рух серця схожий на рух рідини, яку змушує кипіти теплота". У своїх працях "Про частини тварин", "Про рух тварин" ("De Motu Animalium"), "Про походження тварин" Аристотель вперше розглянув будову тіл понад 500 видів живих організмів, організацію роботи систем органів, запровадив порівняльний метод дослідження. При класифікації тварин він поділив їх на дві великі групи - які мають кров та безкровні. Цей поділ подібний до існуючого нині розподілу на хребетних і безхребетних тварин. За способом переміщення Аристотель виділив також групи двоногих, чотирилапих, багатоногих і безногих тварин. Він описав ходьбу як процес, у якому обертальний рух кінцівок перетворюється на поступальний рух тіла, вперше відзначив несиметричний характер руху (опора на ліву ногу, перенесення тяжкості на лівому плечі, властиві правшам). Спостерігаючи за рухами людини, Аристотель зауважив, що тінь, що відкидається фігурою, не стіні описує не пряму, а зигзагоподібну лінію. Їм виділені та описані органи, різні за структурою, але однакові за функціями, наприклад, луска у риб, пір'я у птахів, волосяний покрив у тварин. Аристотель досліджував умови рівноваги тіла птахів (двоногу опору). Розмірковуючи про рух тварин, він виділив рухові механізми: "... рушійне за допомогою органу є те, у чого початок збігається з кінцем, як у зчленуванні. Адже в зчленуванні є опукле і порожнє, одне з них - кінець, інше - початок ... одне спочиває" , інше рухається … Все рухається через поштовх чи натяг". Аристотель першим описав легеневу артерію і ввів термін "аорта", зазначив кореляції структури окремих частин тіла, вказав на взаємодію органів в організмі, заклав основи вчення про біологічну доцільність та сформульовано "принцип економії": "що природа забирає в одному місці, то дає в другом". Він вперше описав відмінності у структурі кровоносної, дихальної, опорно-рухової систем різних тварин та їх жувального апарату. На відміну від свого вчителя, Аристотель не розглядав "світ ідей" як щось зовнішнє по відношенню до матеріального світу, а ввів "ідеї" Платона як складову природи, її основного початку, що організує матерію. Згодом цей початок трансформується в поняття "життєвої енергії", "тварини духів".

Великий давньогрецький вчений Архімед заклав основи сучасної гідростатики своїми дослідженнями гідростатичних принципів, що управляють плаваючим тілом та дослідженнями плавучості тіл. Він першим застосував математичні методи вивчення завдань механіки, сформулювавши і довівши ряд тверджень про рівновагу тіл і центр тяжкості як теорем. Принцип важеля, що широко використовувався Архімедом для створення будівельних конструкцій та військових машин, стане одним із перших механічних принципів, застосованим у біомеханіці опорно-рухової системи. У працях Архімеда містяться ідеї про складання рухів (прямолінійного та кругового при русі тіла по спіралі), про безперервне рівномірне збільшення швидкості при прискоренні тіла, які згодом Галілей назве як основу своїх фундаментальних праць за динамікою.

У класичній праці "Про частини людського тіла" знаменитий давньоримський лікар Гален дав перший в історії медицини цілісний опис анатомії та фізіології людини. Ця книга прослужила підручником та настільною книгою з медицини протягом майже півтори тисячі років. Гален започаткував фізіологію, роблячи перші спостереження та експерименти на живих тваринах та вивчаючи їх скелети. Він ввів у медицину вівісекцію - операції та дослідження на живій тварині з метою дослідження функцій організму та розробки методів лікування захворювань. Він виявив, що в живому організмі мозок контролює мово- та звукоутворення, що артерії заповнені кров'ю, а не повітрям і, як міг, досліджував шляхи переміщення крові в організмі, описав структурні відмінності артерій та вен, виявив клапани серця. Гален не проводив розтинів і, можливо, тому в його праці потрапили невірні уявлення, наприклад, про утворення венозної крові в печінці, а артеріальної – у лівому шлуночку серця. Він не знав також про існування двох кіл кровообігу та значення передсердь. У своїй праці "De motu musculorum" він описав різницю між моторними та сенсорними нейронами, м'язами-агоністами та антагоністами, вперше описав тонус м'язів. Причиною м'язового скорочення він вважав "тварини", що надходять з мозку в м'яз по нервових волокнах. Досліджуючи організм, Гален переконався, що у природі ніщо не зайве і сформулював філософський принцип у тому, що, досліджуючи природу, можна дійти розуміння задуму бога. В епоху середньовіччя, навіть за всевладдя інквізиції, було зроблено дуже багато, особливо в анатомії, що згодом послужило основою подальшого розвитку біомеханіки.

Своє особливе місце в історії науки займають результати досліджень, що здійснювалися в арабському світі і в країнах Сходу: свідченням цього є багато літературних творів і медичних трактатів. Арабський лікар і філософ Ібн Сіна (Авіценна) заклав основи раціональної медицини, сформулював раціональні підстави для встановлення діагнозу на підставі обстеження пацієнта (зокрема, аналізу пульсових коливань артерій). Революційність його підходу стане зрозумілою, якщо згадати, що на той час західна медицина, що сягала Гіппократа і Галена, враховувала вплив зірок і планет на вигляд та перебіг перебігу хвороби та вибір терапевтичних засобів.

Хотілося б сказати, що у більшості праць античних вчених використовувався спосіб визначення пульсу. Метод діагностики по пульсу виник багато століть до нашої ери. Серед літературних джерел, що дійшли до нас, найдавнішими є праці давньокитайського і тибетського походження. До давньокитайських відносяться, наприклад, "Бінь-ху Мо-сюе", "Сян-лей-ши", "Чжу-бінь-ши", "Нан-цзін", а також розділи в трактатах "Цзя-і-цзін", "Хуан-ді Ней-цзін Су-вень Лінь-шу" та ін.

Історія пульсової діагностики нерозривно пов'язана з ім'ям стародавнього китайського лікаря – Бянь Цяо (Цинь Юе-Жень). Початок шляху методики пульсової діагностики, що пов'язують з однією з легенд, згідно з якою Бянь Цяо був запрошений на лікування доньки знатного мандарина (чиновника). Ситуація ускладнювалася тим, що бачити і торкатися осіб знатного сану було суворо заборонено навіть лікарям. Бянь Цяо попросив тонку мотузку. Потім запропонував прив'язати інший кінець шнура на зап'ястя принцеси, що знаходиться за ширмою, але придворні лікарі зневажливо поставилися до запрошеного лікаря і вирішили над ним пожартувати, прив'язавши кінець шнура не на зап'ясті принцеси, а на лапку собачки, бігу. Через кілька секунд, на подив присутніх, Бянь Цяо незворушно заявив, що це імпульси не людини, а тварини і ця тварина мається глистами. Мистецтво лікаря викликало захоплення, а шнур з довірою було перенесено на зап'ястя принцеси, після чого було визначено захворювання та призначено лікування. В результаті принцеса швидко одужала, а його методика здобула широку популярність.

Хуа То успішно використовував пульсову діагностику в хірургічній практиці, поєднуючи з клінічним оглядом. У ті часи здійснювати операції заборонялося законом, операція проводилася в крайньому випадку, якщо впевненості на лікування консервативними методами не було, діагностичних лапаротомій хірурги просто не знали. Діагноз ставився під час зовнішнього дослідження. Своє мистецтво володіння пульсовим діагнозом Хуа То передавав старанним учням. Існувало правило про те, що скоєно ному володінню пульсовою діагностикою може навчитися тільки чоловік, навчаючись тільки у чоловіка протягом тридцяти років. Хуа То був першим, хто застосував особливий прийом для екзаменації учнів з уміння використовувати пульси для діагнозу: пацієнта сідали за ширмою, а в розрізи в ній просовували його руки так, що учень міг бачити та вивчати лише пензлі. Щоденна, наполеглива практика швидко давала успішні результати.

2. Середні віки та Новий час

1 Леонардо да Вінчі

У Середні віки та в епоху Відродження розвиток основних розділів фізики відбувався в Європі. Відомим фізиком того часу, але не лише фізиком, був Леонардо да Вінчі. Леонардо досліджував рухи людини, політ птахів, роботу серцевих клапанів, рух рослинного соку. Він описав механіку тіла при положенні стоячи та підйомі з положення сидячи, ходьбі в гору та під гору, техніку стрибка, вперше описав різноманітність ходи людей з різною статурою, виконав порівняльний аналіз ходи людини, мавпи та ряду тварин, здатних до двоногої ходьби (ведмедя) . У всіх випадках особлива увага приділялася положенню центрів тяжкості та опору. У механіці Леонардо да Вінчі вперше ввів поняття опору, який надають рідини і гази тілам, що рухаються в них, і перший зрозумів важливість нового поняття - моменту сили щодо точки - для аналізу руху тіл. Аналізуючи сили, що розвиваються м'язами і маючи чудові знання в анатомії, Леонардо вводив лінії дії сил вздовж напрямку відповідного м'яза і тим самим передбачив уявлення про векторний характер сил. При описі дії м'язів та взаємодії систем м'язів під час виконання руху Леонардо розглядав шнури, натягнуті між точками кріплення м'язів. Для позначення окремих м'язів та нервів він використовував літерні позначення. У його роботах можна знайти основи майбутнього вчення про рефлекси. Спостерігаючи скорочення м'язів, він зазначив, що скорочення можуть відбуватися мимовільно, автоматично, без свідомого контролю. Всі спостереження та ідея Леонардо намагався втілити в технічних додатках, залишив численні креслення пристроїв, призначених для різного роду переміщень, від водних лиж та планерів до протезів та прообразів сучасних візків для інвалідів (загалом понад 7 тисяч аркушів рукописів). Леонардо да Вінчі проводив дослідження звуку, що генерується під час руху крил комах, описав можливість зміни висоти звуку при надрізанні крила або змащуванні його медом. Проводячи анатомічні дослідження, він звернув увагу на особливості розгалуження трахеї, артерій та вен у легенях, а також зазначив, що ерекція є наслідком припливу крові до статевих органів. Він виконав піонерські дослідження філлотаксису, описавши закономірності листорозташування ряду рослин, виготовляв відбитки судинно-волокнистих пучків листя і досліджував особливості їх будови.

2 Ятрофізика

У медицині XVI-XVIII століть існував особливий напрям, який називався ятромеханікою або ятрофізикою (від грецького iatros - лікар). У працях відомого швейцарського лікаря та хіміка Теофраста Парацельса та голландського натураліста Яна Ван-Гельмонта, відомого своїми дослідами з самозародження мишей з пшеничного борошна, пилу та брудних сорочок, містилося твердження про цілісність організму, описане у формі містичного початку. Представники раціонального світогляду було неможливо прийняти цього й у пошуках раціональних основ біологічних процесів поклали основою їх вивчення механіку - найбільш розвинену тоді область знання. Ятромеханіка претендувала на пояснення всіх фізіологічних та патологічних явищ виходячи із законів механіки та фізики. Відомий німецький лікар, фізіологи та хімік Фрідріх Гофман сформулював своєрідне кредо ятрофізики, за яким життя – це рух, а механіка – це причина та закон усіх явищ. Гофман розглядав життя як механічний процес, у ході якого руху нервів, якими переміщається що у мозку " тваринний дух " (spiritum animalium) , керують скороченнями м'язів, циркуляцією крові та роботою серця. Внаслідок цього організм - своєрідна машина - наводиться в рух. Механіка у своїй розглядалася як основа життєдіяльності організмів.

Подібні претензії, як тепер зрозуміло, були багато в чому неспроможні, але ятромеханіка протистояла схоластичним і містичним уявленням, узвичаїла багато важливих досі невідомих фактичних відомостей і нових приладів для фізіологічних вимірювань. Наприклад, згідно з поглядами одного з представників ятромеханіки Джорджіо Бальіві рука уподібнювалася до важеля, грудна клітка - ковальським хутром, залози - ситам, а серце - гідравлічному насосу. Ці аналогії цілком розумні й сьогодні. У XVI столітті у роботах французького армійського лікаря А.Паре (Ambroise Pare) було закладено основи сучасної хірургії та запропоновано штучні ортопедичні пристосування - протези ноги, руки, кисті, розробка яких ґрунтувалася скоріше на науковому фундаменті, ніж на простій імітації втраченої форми. У 1555 р. у роботах французького натураліста П'єра Белона було описано гідравлічний механізм руху актиній. Один із засновників ятрохімії Ван-Гельмонт, вивчаючи процеси бродіння їжі в організмах тварин, зацікавився газоподібними продуктами і ввів у науку термін "газ" (від голландського gisten - блукати). До розвитку ідей ятромеханіки були причетні А.Везалій, У.Гарвей, Дж.А.Бореллі, Р.Декарт. Ятромеханіка, яка зводить всі процеси в живих системах до механічних, так само як і висхідна до Парацельсу ятрохімія, представники якої вважали, що життя зводиться до хімічних перетворень хімічних речовин, що становлять тіло, призводили до одностороннього і найчастіше невірного уявлення про процеси життєдіяльності. Проте, ці підходи, особливо їх синтез, дозволили сформулювати раціональний підхід у медицині XVI-XVII століть. Навіть вчення про можливість самозародження життя зіграло свою позитивну роль, ставлячи під сумнів релігійні гіпотези створення життя. Парацельс створив "анатомію сутності людини", якою намагався показати, що в "тілі людини з'єдналися містичним чином три всюдисущі інгредієнти: солі, сірка та ртуть".

У рамках філософських концепцій на той час формувалося нове ятромеханічне уявлення про суть патологічних процесів. Так, німецький лікар Г.Шатль створив вчення про анімізм (від лат.anima - душа), відповідно до якого хвороба розглядалася як рухи, які здійснюють душа для виведення з тіла чужорідних шкідливих речовин. Представник ятрофізики італійський лікар Санторіо (1561-1636), професор медицини в Падуї вважав, що будь-яка хвороба - це наслідок порушення закономірностей руху окремих найдрібніших частинок організму. Санторіо одним із перших застосував експериментальний метод дослідження та математичну обробку даних, створив низку цікавих приладів. У сконструйованій ним спеціальній камері Санторіо вивчав обмін речовин і вперше встановив пов'язану з життєвими процесами мінливість ваги тіла. Спільно з Галілеєм він винайшов ртутний термометр для вимірювання температури тіл (1626). У його праці "Статична медицина" (1614) одночасно представлені положення ятрофізики та ятрохімії. Подальші дослідження призвели до революційних змін у уявленнях про будову та роботу серцево-судинної системи. Італійський анатом Фабриціо д"Аквапенденте виявив венозні клапани. Італійський дослідник П.Азеллі та датський анатом Т.Бартолін виявили лімфатичні судини.

Англійському лікареві Вільяму Гарві належить відкриття замкнутості системи кровообігу. Навчаючись у Падуї (1598-1601), Гарвей слухав лекції Фабриціо д"Аквапенденте і, очевидно відвідував лекції Галілея. Принаймні, Гарвей знаходився в Падуї, в той час як там гриміла слава про блискучих дослідниками, які приїжджали спеціально здалеку.Відкриття Гарвеєм замкнутості кровообігу стало результатом систематичного застосування розробленого раніше Галілеєм кількісного методу вимірювань, а не простим спостереженням або здогадкою. Вимірявши об'єм крові, що викидається серцем за одне скорочення (ударний об'єм), він помножив число, що вийшло, на частоту скорочень серця і показав, що за годину воно прокачує об'єм крові, набагато перевищує об'єм тіла, таким чином було зроблено висновок, що значно менший об'єм крові повинен безперервно циркулювати по замкнутому колу, надходячи в серце і прокачуючи сь їм за системою судин. Результати роботи були опубліковані в праці "Анатомічне дослідження про рух серця та крові у тварин" (1628). Результати роботи були більш ніж революційними. Справа в тому, що з часів Галена вважалося, що кров виробляється в кишечнику, звідки надходить у печінку, потім у серце, звідки розподіляється за системою артерій та вен до інших органів. Гарві описав серце розділений на окремі камери як м'язовий мішок, що виконує роль насоса, що нагнітає кров у судини. Кров рухається по колу в одному напрямку і знову потрапляє в серце. Зворотному току крові у венах перешкоджають венозні клапани, виявлені Фабриціо д"Аквапенденте. Революційне вчення Гарвея про кровообіг суперечило твердженням Галена, у зв'язку з чим його книги піддавалися різкій критиці і навіть пацієнти часто відмовлялися від його лікарських послуг. З 162 в якості придворного лікаря Карла I і високе заступництво рятувало його від нападок супротивників і забезпечувало можливість подальшої наукової роботи. та гідравлічного мислення Успіхи техніки сприяли появі нових аналогій та кращому розумінню процесів, що відбуваються в живих організмах. Ймовірно, саме тому Гарвей описав серце як гідравлічний насос, що прокачує дах по "трубопроводу" судинної системи. Для повного визнання результатів роботи Гарвея потрібно було тільки знайти зв'язуючу ланку, що бракує, і замикає коло між артеріями і венами, що буде зроблено незабаром у роботах Мальпіги. легенів і причини прокачування повітря за ними залишилися для Гарвея незрозумілими - небувалі успіхи хімії та відкриття складу повітря були ще попереду.XVII століття є важливою віхою в історії біомеханіки, оскільки воно було ознаменоване не тільки появою перших друкованих праць з біомеханіки, а й становленням нового погляду на життя та природу біологічної рухливості.

Французький математик, фізик, філософ та фізіолог Рене Декарт був першим, хто спробував побудувати механічну модель живого організму з урахуванням управління за допомогою нервової системи. Його трактування фізіологічної теорії на основі законів механіки містилося в опублікованій посмертній праці (1662-1664). У цьому формулюванні вперше було висловлено кардинальну для наук про живу ідею регулювання через зворотний зв'язок. Декарт розглядав людину як тілесний механізм, що рухається "живими духами", які "постійно сходять у великій кількості від серця до мозку, а звідти - через нерви до м'язів і наводять усі члени в рух". Не перебільшуючи роль " духів " , у трактаті " Опис людського тіла. Про утворення тварини " (1648 р.) він пише, що знання механіки та анатомії дозволяє побачити в тілі "значну кількість органів, або пружин" для організації пересування організму. Роботу організму Декарт уподібнює механізму годинника, з окремими пружинами, гвинтиками, шестеренками. Крім того, Декарт займався дослідженням координації рухів різних частин тіла. Проводячи великі експерименти з дослідження роботи серця та руху крові в порожнинах серця та великих судинах, Декарт не погоджується з концепцією Гарвея про скорочення серця як рушійну силу кровообігу. Він відстоює висхідну в Аристотелю гіпотезу про нагрівання і розрідження крові в серці під дією властивої серцю теплоті, просуванні крові, що розширюється, у великі судини, де вона охолоджується, а "серце і артерії негайно опадають і стискуються". Роль дихальної системи Декарт бачить у тому, що дихання "приносить у легені досить свіжого повітря для того, щоб кров, що надходить туди з правої частини серця, де вона розріджувалася і як би перетворювалася на пару, знову звернулася з пари в кров". Він досліджував також рухи очей, використовував розподіл біологічних тканин за механічними властивостями на рідкі та тверді. В галузі механіки Декарт сформулював закон збереження кількості руху та ввів поняття імпульсу сили.

3 Створення мікроскопа

Винахід мікроскопа, такого важливого для всієї науки приладу обумовлено, насамперед, впливом розвитку оптики. Деякі оптичні властивості вигнутих поверхонь були відомі ще Евкліду (300 років до н.е.) та Птоломею (127-151 рр.), проте їхня збільшувальна здатність не знайшла практичного застосування. У зв'язку з цим перші окуляри були винайдені Сальвініо делі Арлеаті в Італії лише в 1285 р. У 16 столітті Леонардо да Вінчі та Мауролико показали, що малі об'єкти краще вивчати за допомогою лупи.

Перший мікроскоп було створено лише 1595 року Захаріусом Йансеном (Z. Jansen). Винахід полягав у тому, що Захаріус Йансен змонтував дві опуклі лінзи всередині однієї трубки, заклавши основи для створення складних мікроскопів. Фокусування на об'єкті, що досліджується, досягалося за рахунок висувного тубуса. Збільшення мікроскопа становило від 3 до 10 разів. І це був справжній прорив у галузі мікроскопії! Кожен свій наступний мікроскоп він значно вдосконалював.

У цей період (XVI ст.) Датські, англійські та італійські дослідницькі прилади поступово почали свій розвиток, закладаючи фундамент сучасної мікроскопії.

Швидке поширення та вдосконалення мікроскопів почалося після того, як Галілей (G. Galilei), удосконалюючи сконструйовану ним зорову трубу, став використовувати її як своєрідний мікроскоп (1609-1610), змінюючи відстань між об'єктивом та окуляром.

Пізніше, в 1624 р., домігшись виготовлення більш короткофокусних лінз, Галілей значно зменшив габарити свого мікроскопа.

У 1625 р. членом Римської "Академії пильних" ("Akudemia dei lincei") І. Фабер був запропонований термін "мікроскоп". Перші успіхи, пов'язані із застосуванням мікроскопа в наукових біологічних дослідженнях, були досягнуті Гуком (R. Hooke), який першим описав рослинну клітину (близько 1665). У книзі " Micrographia " Гук описав пристрій мікроскопа.

У 1681 р. Лондонське королівське суспільство у своєму засіданні докладно обговорювало своєрідне становище. Голландець Левенгук (A. van Leenwenhoek) описував дивовижні дива, які відкривав своїм мікроскопом у краплі води, настої перцю, в мулі річки, в дуплі власного зуба. Левенгук за допомогою мікроскопа виявив і замалював сперматозоїди різних найпростіших деталей будови кісткової тканини (1673-1677).

"З найбільшим подивом я побачив у краплі безліч звіряток, що жваво рухаються у всіх напрямках, як щука у воді. Найдрібніша з цих крихітних тварин у тисячу разів менша за очі дорослої воші."

3. Історія використання електрики у медицині

3.1 Невелика передісторія

З давніх-давен людина намагалася зрозуміти явища в природі. Багато геніальних гіпотез, що пояснюють те, що відбувається навколо людини, з'явилося в різні часи і в різних країнах. Думки грецьких і римських вчених та філософів, які жили ще до нашої ери: Архімеда, Евкліда, Лукреція, Аристотеля, Демокріта та інших – і зараз допомагають розвитку наукових досліджень.

Після перших спостережень електричних та магнітних явищ Фалесом Мілетським періодично виникав інтерес до них, що визначається завданнями лікування.

Рис. 1. Досвід з електричним схилом

Слід зазначити, що електричні властивості деяких риб, відомі ще в далекі часи, досі є нерозкритою таємницею природи. Так, наприклад, в 1960 р. на виставці, організованій англійським Науковим королівським товариством на честь 300-річчя з дня його заснування, серед загадок природи, які людині належить розкрити, демонструвався звичайний скляний акваріум з рибою-електричним схилом. 1). До акваріуму через металеві електроди було підключено вольтметр. Коли риба була у спокої, стрілка вольтметра стояла на нулі. При русі риби вольтметр показував напругу, що досягала при активних рухах 400 В. Напис говорив: "Природу цього електричного явища, що спостерігалося задовго до організації англійського королівського суспільства, людина розгадати досі не може".

2 Чим ми завдячуємо Джільберту?

Лікувальну дію електричних явищ на людину за спостереженнями, що існували в далекі часи, можна розглядати як своєрідний стимулюючий і психогенний засіб. Цим засобом чи користувалися, чи про нього забували. Довгий час серйозних досліджень самих електричних та магнітних явищ, і особливо їх дії як лікувальний засіб, не проводилося.

Перше ґрунтовне експериментальне дослідження електричних та магнітних явищ належить англійському лікарю-фізику, згодом придворному лейб-медику Вільяму Джільберту (Гільберту) (1544-1603 тт.). Джільберта заслужено вважали лікарем-новатором. Успіх його значною мірою визначався сумлінним вивченням, та був і застосуванням древніх медичних засобів, зокрема електрики та магнетизму. Джильберт розумів, що без ґрунтовного вивчення електричного та магнітного випромінювання важко використовувати "флюїди" при лікуванні.

Нехтуючи фантастичними, неперевіреними домислами та бездоказовими твердженнями, Джильберт провів різноманітні експериментальні дослідження електричних та магнітних явищ. Результати цього першого історії вивчення електрики і магнетизму грандіозні.

Насамперед Джильберт висловив уперше думку, що магнітна стрілка компаса переміщається під впливом магнетизму Землі, а чи не під впливом однієї із зірок, як вважали перед ним. Він уперше здійснив штучне намагнічування, встановив факт невіддільності магнітних полюсів. Вивчаючи одночасно з магнітними явищами та електричні, Джильберт на основі численних спостережень показав, що електровипромінювання виникає не тільки при терті бурштину, але й при терті інших матеріалів. Віддаючи належне бурштину - першому матеріалу, на якому спостерігалася електризація, він називає їх електричними, поклавши в основу грецьку назву бурштину - електрон. Отже, слово "електрика" введено в життя за пропозицією лікаря на основі дослідження, яке стало історичним, яке започаткувало розвиток і електротехніки та електротерапії. У той самий час Джильберт успішно сформулював важливе відмінність електричних і магнітних явищ: " Магнетизм, як і тяжкість, є певна початкова сила, що з тіл, тоді як електризація обумовлена ​​вичавлюванням з пір тіла спеціальних закінчень у результаті тертя " .

По суті, до робіт Ампера і Фарадея, тобто протягом двохсот з лишком років після смерті Джильберта (результати його досліджень були опубліковані в книзі "Про магніт, магнітні тіла і про великий магніт - Землю", 1600), електризація та магнетизм розглядалися ізольовано.

П. С. Кудрявцев в "Історії фізики" наводить слова великого представника епохи Відродження Галілея: "Відтворюю хвалу, дивуюся, заздрюючи Гільберту (Джільберту). Він розвинув гідні подиву ідеї про предмет, про який трактувало стільки геніальних людей, але який жодним з них не був вивчений уважно... Я не сумніваюся, що згодом ця галузь науки (йдеться про електрику і магнетизм - В. М.) зробить успіхи як внаслідок нових спостережень, так, особливо внаслідок суворої міри доказів».

Джильберт помер 30 листопада 1603 р., заповівши всі створені ним прилади та праці Лондонському товариству медиків, активним головою якого він був аж до смерті.

3 Премія, присуджена Марату

Напередодні французької буржуазної революції. Підсумуємо дослідження в галузі електротехніки цього періоду. Встановлено наявність позитивної та негативної електрики, побудовано та вдосконалено перші електростатичні машини, створено лейденські банки (своєрідні накопичувачі зарядів – конденсатори), електроскопи, сформульовано якісні гіпотези електричних явищ, проведено сміливі спроби дослідити електричну природу блискавки.

Електрична природа блискавки і її на людини ще більше зміцнювали думку, що електрика може лише вражати, а й лікувати людей. Наведемо деякі приклади. 8 квітня 1730 р. англійці Грей і Уілер провели нині класичним досвід з електризацією людини.

У дворі будинку, де жив Грей, були вкопані в землю два сухі дерев'яні стовпи, на яких була укріплена дерев'яна балка. Через дерев'яну балку було перекинуто два волосяні канати. Нижні кінці їх пов'язані. Канати легко витримували вагу хлопчика, який погодився взяти участь у досвіді. Розташувавшись, як на гойдалці, хлопчик однією рукою тримав стержень, що наелектризував тертя, або металевий прут, на який передавався електричний заряд від наелектризованого тіла. Іншою рукою хлопчик кидав одну за одною монети у металеву тарілку, що знаходилася на сухій дерев'яній дошці під ним (рис. 2). Монети набували заряду через тіло хлопчика; падаючи, вони заряджали металеву тарілку, яка починала притягувати шматочки сухої соломи, розташовані поблизу. Досліди проводилися багаторазово і викликали значний інтерес не лише вчених. Англійський поет Георг Бозе писав:

Божевільний Грей, що знав ти справді Про властивості сили тієї, невідомої досі? Чи дозволено тобі, божевільне, ризикувати І людину з електрикою зв'язати?

Рис. 2. Досвід з електризацією людини

Французи Дюфе, Нолле та наш співвітчизник Георг Ріхман майже одночасно, незалежно один від одного, сконструювали прилад для вимірювання ступеня електризації, що значно розширило застосування електричного розряду для лікування, з'явилася можливість його дозування. Паризька академія наук присвятила кілька засідань для обговорення дії розряду лейденських банок на людину. Зацікавився цим і Людовік XV. На прохання короля фізик Нолле спільно з лікарем Луї Лемоньє провів в одній з великих зал Версальського палацу досвід, що демонструє дію статичної електрики. Користь від "придворних забав" була: багатьох вони зацікавили, багато хто почав займатися вивченням явищ електризації.

У 1787 р. англійський лікар та фізик Адамі вперше створив спеціальну електростатичну машину для лікувальних цілей. Нею він широко користувався у своїй медичній практиці (рис. 3) і отримував позитивні результати, які можна пояснити стимулюючою дією струму, і психотерапевтичним ефектом, і специфічною дією розряду на людину.

Епоха електростатики та магнітостатики, до якої відноситься все, про що говорилося вище, завершується розробкою математичних основ цих наук, виконаною Пуассоном, Остроградським, Гаусом.

Рис. 3. Сеанс електролікування (зі старовинної гравюри)

Використання електричних розрядів у медицині та біології отримало повне визнання. Скорочення м'язів, викликане торканням електричних схилів, вугрів, сомів, свідчило про дію електричного удару. Досліди англійця Джона Ворліша довели електричну природу удару схилу, а анатом Гунтер дав точний опис електричного органу цієї риби.

У 1752 р. німецький лікар Зульцер опублікував повідомлення про нове, виявлене ним явище. Торкання язиком одночасно двох різнорідних металів викликає своєрідне кисле смакове відчуття. Зульцер не припускав, що це спостереження є початок найважливіших наукових напрямів - електрохімії та електрофізіології.

Інтерес до використання електрики у медицині зростав. Руанська академія оголосила конкурс на кращу роботу на тему: "Визначити ступінь та умови, за яких можна розраховувати на електрику в лікуванні хвороб". Перша премія була присуджена Марату - лікарю за фахом, ім'я якого увійшло в історію французької революції. Поява роботи Марата була своєчасною, оскільки застосування електрики для лікування не обійшлося без містики та шарлатанства. Якийсь Месмер, використовуючи модні наукові теорії про іскристі електричні машини, почав стверджувати, що їм у 1771 р. знайдено універсальний медичний засіб - "тваринний" магнетизм, що діє на хворого на відстані. Їм було відкрито спеціальні лікарські кабінети, де були електростатичні машини досить високої напруги. Хворий мав стосуватися струмопровідних частин машини, при цьому відчував удар електричного струму. Очевидно, випадки позитивного ефекту перебування у "лікарських" кабінетах Месмера можна пояснити як дратівливою дією електричного удару, а й дією озону, що у приміщеннях, де працювали електростатичні машини, і явищами, про які згадувалося раніше. Могло позитивно впливати на деяких хворих та зміну вмісту бактерій у повітрі під дією іонізації повітря. Але про це Месмер і не підозрював. Після невдач, що супроводжувалися важким результатом, про які своєчасно попереджав у своїй роботі Марат, Месмер зник з Франції. Створена за участю найбільшого французького фізика Лавуазьє урядова комісія для розслідування "лікарської" діяльності Месмера не зуміла пояснити позитивну дію електрики на людину. Лікування електрикою у Франції тимчасово припинилося.

4 Суперечка Гальвані та Вольта

А тепер йтиметься про дослідження, проведені майже через двісті років після публікації роботи Джильберта. Вони пов'язані з іменами італійського професора анатомії та медицини Луїджі Гальвані та італійського професора фізики Алессандро Вольта.

У лабораторії анатомії Булонського університету Луїджі Гальвані провів досвід, опис якого вразило вчених усього світу. На лабораторному столі препарувалися жаби. Завдання досвіду полягала у демонстрації та спостереженні оголених, нервів їх кінцівок. На цьому столі була електростатична машина, за допомогою якої створювалася і вивчалася іскра. Наведемо висловлювання самого Луїджі Гальвані з його роботи "Про сили електричних при м'язових рухах": "... Один з моїх помічників вістрям випадково дуже легко торкнувся внутрішніх стегнових нервів жаби. Лапка жаби різко сіпнулася". І далі: "... Це вдається тоді, коли з конденсатора машини витягується іскра".

Це можна пояснити так. На атоми і молекули повітря в зоні виникнення іскри діє мінливе електричне поле, в результаті вони набувають електричного заряду, перестаючи бути нейтральними. Іони, що виникли, і електрично заряджені молекули поширюються на деяку, відносно невелику відстань від електростатичної машини, оскільки при русі, стикаючись з молекулами повітря, втрачають свій заряд. У той же час вони можуть накопичуватися на металевих предметах, добре ізольованих від поверхні землі, і розряджаються у випадку, якщо виникне електричний ланцюг, що проводить, на землю. Підлога в лабораторії була суха, дерев'яна. Він добре ізолював приміщення, де працював Гальвані від землі. Предметом, де накопичувалися заряди, був металевий скальпель. Навіть легкий торкання скальпелем нерва жаби призводило до "розряду" статичної електрики, що накопичилася на скальпелі, викликаючи відсмикування лапки без будь-якого механічного руйнування. Саме собою явище вторинного розряду, викликане електростатичною індукцією, вже тоді було відомо.

Блискучий талант експериментатора та проведення великої кількості різнобічних досліджень дозволили Гальвані виявити інше важливе для подальшого розвитку електротехніки явище. Йде досвід із вивчення атмосферної електрики. Процитуємо самого Гальвані: ". ...Стомлений... марним очікуванням.. . почав. .. притискати мідні гачки, застромлені в спинний мозок, до залізних ґрат - лапки жаби скоротилися". Результати експерименту, проведеного вже не на відкритому повітрі, а в приміщенні за відсутності будь-яких працюючих електростатичних машин, підтвердили, що скорочення м'яза жаби, подібне до скорочення, викликаного іскрою електростатичної машини, виникає при торканні тіла жаби одночасно двома різними металевими предметами - дротом і пластини з міді, срібла або заліза. Такого явища ніхто до Гальвані не спостерігав. На основі результатів спостережень він робить сміливий однозначний висновок. Існує інше джерело електрики, ним є "тварина" електрика (термін рівнозначний терміну "електрична активність живої тканини"). Живий м'яз, стверджував Гальвані, є конденсатором на кшталт лейденської банки, всередині нього накопичується позитивна електрика. Нерв жаби є внутрішнім "провідником". Приєднання до м'яза двох металевих провідників викликає появу електричного струму, що призводить, подібно до іскри від електростатичної машини, до скорочення м'яза.

Гальвані експериментував з метою отримання однозначного результату лише на м'язах жаби. Можливо, саме це дозволило йому запропонувати використовувати "фізіологічний препарат" лапки жаби як вимірювач кількості електрики. Мірою кількості електрики, для оцінки якого служив подібний фізіологічний індикатор, були активність підйому і падіння лапки при зіткненні її з металевою пластинкою, якою одночасно стосується гачок, що проходить через мозок жаби, і частота підйомів лапки в одиницю часу. Деякий час подібний фізіологічний індикатор використовувався навіть великими фізиками, зокрема Георгом Омом.

Електрофізіологічний експеримент Гальвані дозволив Алессандро Вольта створити перше електрохімічне джерело електричної енергії, що, своєю чергою, відкрило нову епоху у розвитку електротехніки.

Алессандро Вольта одним із перших гідно оцінив відкриття Гальвані. Він повторює з великою ретельністю досліди Гальвані, отримує багато даних, що підтверджують його результати. Але вже в перших своїх статтях "Про тваринну електрику" і в листі до доктора Бороніо від 3 квітня 1792 Вольта на відміну від Гальвані, що трактує спостерігаються явища з позицій "тварини" електрики, висуває на перший план хіміко-фізичні явища. Вольта встановлює важливість використання цих дослідів різнорідних металів (цинк, мідь, свинець, срібло, залізо), між якими прокладена змочена кислотою тканину.

Ось що пише Вольта: "В.дослідах Гальвані джерелом електрики є жаба. Однак, що являє собою жаба чи взагалі будь-яка тварина? Насамперед, це нерви та м'язи, а в них різні хімічні сполуки. Якщо нерви та м'язи препарованої жаби з'єднати з двома У моєму останньому досвіді теж брали участь два різнорідні метали - це станіоль (свинець) і срібло, а роль рідини відігравала слина язика. з одного місця на інше, але ж я міг опустити ці ж металеві предмети просто у воду або в рідину, подібну до слини?

Досліди, проведені Вольта, дозволяють сформулювати висновок про те, що джерелом електричної дії є ланцюг з різнорідних металів при зіткненні з вологою або змоченою в розчині кислоти тканиною.

В одному з листів своєму другові лікарю Вазагі (знову приклад прояву інтересу лікаря до електрики) Вольта писав: "Я вже давно переконався, що вся дія походить від металів, від дотику яких електрична рідина входить у вологе або водянисте тіло. На цій підставі я вважаю себе вправі приписати все нові електричні явища металам і замінити назву "тваринна електрика" виразом "металева електрика".

На думку Вольта, лапки жаби – чутливий електроскоп. Виникла історична суперечка між Гальвані та Вольта, а також між їхніми послідовниками - суперечка про "тварину" або "металеву" електрику.

Гальвані не здавався. Він повністю виключив із експерименту метал і навіть жаб препарував скляними ножами. Виявилося, що і при такому досвіді зіткнення стегнового нерва жаби з її м'язом призводило до добре помітного, хоч і значно меншого, ніж за участю металів, скорочення. Це була перша фіксація біоелектричних явищ, на яких побудована сучасна електродіагностика серцево-судинної та інших систем людини.

Вольта намагається розгадати природу виявлених незвичайних явищ. Перед собою він чітко формулює наступне завдання: «Що ж є причиною виникнення електрики? Порушується рівновага електрики, що знаходиться в обох металах.У точці зіткнення металів позитивна електрика спрямовується від срібла до цинку і накопичується на останньому, в той же час як негативна електрика згущується на сріблі. одна на одну пластинки зі срібла і цинку без проміжних прокладок, тобто цинкові пластинки знаходилися в дотику зі срібними, то загальна їхня дія зводилася до нуля, щоб підсилити електричну дію або підсумовувати її, слід кожну цинкову пластинку привести в дотик лише з однієї срібла. послідовно скласти найбільш ше число пар. Це й досягається саме тим, що на кожну цинкову пластинку я кладу мокрий шматок тканини, відокремлюючи її тим самим від срібної пластинки наступної пари". Багато зі сказаного Вольта не втрачає значення і зараз, у світлі сучасних наукових уявлень.

На жаль, ця суперечка була трагічно перервана. Армія Наполеона окупувала Італію. За відмову присягнути новому уряду Гальвані втратив кафедру, був звільнений і невдовзі помер. Другий учасник суперечки Вольта дожив до дня повного визнання відкриттів обох вчених. В історичній суперечці обидва мали рацію. Біолог Гальвані увійшов до історії науки як основоположник біоелектрики, фізик Вольта – як основоположник електрохімічних джерел струму.

4. Досліди В. В. Петрова. Початок електродинаміки

Роботами професора фізики Медико-хірургічної академії (нині Військово-медична академія імені С. М. Кірова в Ленінграді), академіка В. В. Петрова закінчується перший етап науки про "тварину" та "металеву" електрику.

Діяльність В.В.Петрова вплинула на розвиток науки з використання електрики в медицині та біології в нашій країні. У Медико-хірургічній академії їм створили фізичний кабінет, оснащений чудовим обладнанням. Працюючи у ньому, Петров побудував вперше у світі електрохімічне джерело електричної енергії високої напруги. Оцінюючи напруга цього джерела за кількістю елементів, що входять до нього, можна вважати, що напруга досягала 1800-2000 В при потужності близько 27-30 Вт. Це універсальне джерело дозволило В. В. Петрову протягом короткого терміну провести десятки досліджень, які відкрили різноманітні шляхи застосування електрики у різних галузях. Ім'я У. У. Петрова зазвичай пов'язують із появою нового джерела освітлення, саме електричного, з урахуванням використання виявленої їм ефективно діючої електричної дуги. У 1803 р. у книзі "Вісті про гальвані-вольтівські досліди" В. В. Петров виклав результати своїх досліджень. Це перша книга про електрику, що вийшла в нашій країні. Вона була перевидана у нас 1936 р.

У цій книзі важливі не лише електротехнічні дослідження, а й результати вивчення взаємозв'язку та взаємодії електричного струму із живим організмом. Петров показав, що тіло людини здатне до електризації і що гальвані-вольтівська батарея, що складається з багатьох елементів, небезпечна для людини; сутнісно, ​​він передбачив можливість застосування електрики для фізіотерапевтичного лікування.

Вплив досліджень В. В. Петрова на розвиток електротехніки та медицини великий. Його робота "Вісті про гальвані-вольтівські досліди", перекладена латинською мовою, прикрашає поряд з російським виданням національні бібліотеки багатьох європейських країн. Створена В.В.Петровим електрофізична лабораторія, дозволила вченим академії у середині ХІХ століття широко розгорнути дослідження у сфері використання електрики на лікування. Військово-медична академія у цьому напрямі зайняла провідне становище як серед інститутів нашої країни, а й європейських інститутів. Достатньо назвати імена професорів В. П. Єгорова, В, В. Лебединського, А. В. Лебединського, Н. П. Хлопіна, С. А. Лебедєва.

Що принесло XIX століття у вивченні електрики? Насамперед закінчилася монополія медицини та біології на електрику. Початок цього поклали Гальвані, Вольта, Петров. Перша половина і середина ХІХ століття відзначені великими відкриттями електротехніки. Ці відкриття пов'язані з іменами датчанина Ганса Ерстеда, французів Домініка Араго та Андре Ампера, німця Георга Ома, англійця Майкла Фарадея, наших співвітчизників Бориса Якобі, Еміля Ленца та Павла Шиллінга та багатьох інших вчених.

Коротко опишемо найважливіші з цих відкриттів, які безпосередньо стосуються нашої теми. Ерстед перший встановив повний взаємозв'язок електричних та магнітних явищ. Експериментуючи з гальванічною електрикою (так у той час називали електричні явища, що виникають від електрохімічних джерел струму, на відміну від явищ, що викликаються електростатичною машиною), Ерстед виявив відхилення стрілки магнітного компаса, що знаходиться поблизу, електричного джерела струму (гальванічної батареї) та розмикання електричного ланцюга. Він встановив, що це відхилення залежить від розташування магнітного компаса. Величезна заслуга Ерстеда у цьому, що він оцінив важливість відкритого їм явища. Руйнувалися, здавалося б, непорушні протягом більше двохсот років уявлення, засновані на роботах Джильберта, про незалежність магнітних і електричних явищ. Ерстед отримав достовірний експериментальний матеріал, на основі якого він пише, а потім видає книгу "Досліди, що належать до дії електричного конфлікту на магнітну стрілку". Коротко своє досягнення він формулює так: "Гальванічну електрику, що йде з півночі на південь над вільно підвішеною магнітною голкою, відхиляє її північний кінець на схід, а, проходячи в тому ж напрямку під голкою, відхиляє її на захід".

Ясно і глибоко розкрив сенс досвіду Ерстеда, який є першим достовірним доказом взаємозв'язку магнетизму та електрики, французький фізик Андре Ампер. Ампер був дуже різнобічним вченим, який чудово володів математикою, захоплювався хімією, ботанікою і стародавньою літературою. Він був чудовим популяризатором наукових відкриттів. Заслуги Ампера в галузі фізики можна сформулювати так: він створив новий розділ у вченні про електрику - електродинаміку, що охоплює всі прояви електрики, що рухається. Джерелом електричних зарядів, що рухаються, у Ампера була гальванічна батарея. Замикаючи ланцюг, він отримував рух електричних зарядів. Ампер показав, що електричні заряди (статична електрика), що спочивають, не діють на магнітну стрілку - не відхиляють її. Говорячи сучасною мовою, Ампер вдалося виявити значення перехідних процесів (включення електричного ланцюга).

Майкл Фарадей завершує відкриття Ерстеда та Ампера – створює струнке логічне вчення про електродинаміку. У той же час йому належить низка самостійних найбільших відкриттів, які, безсумнівно, вплинули на застосування електрики та магнетизму в медицині та біології. Майкл Фарадей не був математиком подібно до Ампера, у своїх численних публікаціях він не використав жодного аналітичного виразу. Талант експериментатора, сумлінного та працелюбного, дозволив Фарадею компенсувати відсутність математичного аналізу. Фарадей відкриває закон індукції. Як він сам говорив: "Я знайшов спосіб перетворення електрики на магнетизм і навпаки". Він виявляє самоіндукцію.

Завершенням найбільших досліджень Фарадея є відкриття законів проходження електричного струму через провідні рідини та хімічного розкладання останніх, що настає під впливом електричного струму (явище електролізу). Фарадей так формулює основний закон: "Кількість речовини, що знаходиться на струмопровідних пластинках (електродах), занурених у рідину, залежить від сили струму і від часу його проходження: чим більше сила струму і чим довше він проходить, тим більше кількості речовини виділиться в розчин" .

Росія виявилася однією з країн, де відкриття Ерстеда, Араго, Ампера, а головне, Фарадея знайшли безпосередній розвиток та практичне застосування. Борис Якобі, використовуючи відкриття електродинаміки, створює перше судно із електродвигуном. Емілю Ленцу належить ряд робіт, що становлять величезний практичний інтерес у різних галузях електротехніки та фізики. Його ім'я пов'язують зазвичай із відкриттям закону теплового еквівалента електричної енергії, званого законом Джоуля Ленца. Крім того, Ленц встановив закон, названий його ім'ям. У цьому закінчується період створення основ електродинаміки.

1 Застосування електрики в медицині та біології в XIX столітті

П. Н. Яблочков, розташувавши паралельно два вугілля, розділених мастилом, що розплавляється, створює електричну свічку - просте джерело електричного світла, здатне висвітлювати протягом декількох годин приміщення. Свічка Яблочкова проіснувала три-чотири роки, знайшовши застосування майже в усіх країнах світу. Її замінила довговічніша лампа розжарювання. Повсюдно створюються електричні генератори, набувають поширення та акумулятори. Області застосування електрики дедалі збільшуються.

Стає популярним застосування електрики й у хімії, початок якого поклав М. Фарадей. Переміщення речовини – рух зарядоносіїв – знайшло одне з перших своїх застосувань у медицині для введення відповідних лікарських сполук у тіло людини. Суть методу полягає в наступному: потрібним лікарським з'єднанням просочується марля або будь-яка інша тканина, яка служить прокладкою між електродами і тілом людини; вона знаходиться на ділянках тіла, що підлягають лікуванню. Електроди підключаються до джерела постійного струму. p align="justify"> Метод подібного введення лікарських сполук, вперше застосований у другій половині XIX століття, широко поширений і зараз. Він має назву електрофорезу або іонофорезу. Про практичне застосування електрофорезу читач може дізнатися на чолі п'ятої.

Послідувало ще одне, що має величезну важливість для практичної медицини відкриття в галузі електротехніки. 22 серпня 1879 р. англійський вчений Крукс повідомив про свої дослідження катодних променів, про які на той час стало відомо таке:

При пропусканні струму високої напруги через трубку з дуже сильно розрідженим газом з катода виривається потік частинок, що несуть з величезною швидкістю. 2. Ці частинки рухаються строго прямолінійно. 3. Ця промениста енергія може справляти механічну дію. Наприклад, обертати маленьку вертушку, поставлену її шляху. 4. Променева енергія відхиляється магнітом. 5. У місцях, на які падає промениста матерія, розвивається тепло. Якщо катоду надати форму увігнутого дзеркала, то у фокусі цього дзеркала можуть бути розплавлені навіть такі сплави тугоплавкі, як, наприклад, сплав іридію і платини. 6. Катодні промені - потік матеріальних тілець менший за атом, а саме частинок негативної електрики.

Такими є перші кроки напередодні нового великого відкриття, зробленого Вільгельмом Конрадом Рентгеном. Рентген виявив принципово інше джерело випромінювання, назване ним Х-променями (X-Ray). Пізніше ці промені отримали назву рентгенівських. Повідомлення Рентгена викликало сенсацію. У всіх країнах безліч лабораторій почали відтворювати установку Рентгена, повторювати та розвивати його дослідження. Особливий інтерес викликало це відкриття лікарів.

Фізичні лабораторії, де створювалася апаратура, використовувана Рентгеном для отримання Х-променів, атакувалися лікарями, їх пацієнтами, які підозрювали, що в їх тілі знаходяться проковтнуті голки, металеві гудзики і т. д. Історія медицини не знала до цього настільки швидкої практичної реалізації відкриттів області електрики, як це сталося з новим діагностичним засобом – рентгенівськими променями.

Зацікавилися рентгенівськими променями відразу й у Росії. Ще не було офіційних наукових публікацій, відгуків на них, точних даних про апаратуру, лише з'явилося коротке повідомлення про доповідь Рентгена, а під Петербургом, у Кронштадті, винахідник радіо Олександр Степанович Попов уже починає створення першого вітчизняного рентгенівського апарату. Про це мало відомо. Про роль А. С. Попова у створенні перших вітчизняних рентгенівських апаратів, їх впровадженні, мабуть, вперше стало відомо з книги Ф. Вейткова. Дуже успішно доповнена вона дочкою винахідника Катериною Олександрівною Кьяндской-Поповой, що опублікувала разом із В. Томат у часописі " Наука життя " (1971, № 8) статтю " Винахідник радіо і Х-променя " .

Нові досягнення електротехніки відповідно розширили можливості дослідження "тварини" електрики. Маттеучі, застосувавши створений на той час гальванометр, довів, що при життєдіяльності м'яза виникає електричний потенціал. Розрізавши м'яз упоперек волокон, він з'єднав його з одним з полюсів гальванометра, а поздовжню поверхню м'яза з'єднав з іншим полюсом і отримав потенціал у межах 10-80 мВ. Значення потенціалу зумовлено видом м'язів. За твердженням Маттеучі, "біоток тече" від поздовжньої поверхні до поперечного розрізу та поперечний розріз є електронегативним. Цей цікавий факт був підтверджений дослідами на різних тваринах – черепасі, кролику, щурі та птахах, проведеними рядом дослідників, з яких слід виділити німецьких фізіологів Дюбуа-Реймона, Германа та нашого співвітчизника В. Ю. Чаговця. Пельтьє в 1834 р, опублікував роботу, в якій, викладалися результати дослідження взаємодії біопотенціалів з постійним струмом, що протікає по живій тканині. Виявилося, що полярність біопотенціалів у своїй змінюється. Змінюються та амплітуди.

Одночасно спостерігалися зміни та фізіологічні функції. У лабораторіях фізіологів, біологів, медиків з'являються електровимірювальні прилади, що мають достатню чутливість та відповідні межі вимірювань. Накопичується великий та різнобічний експериментальний матеріал. На цьому закінчується передісторія використання електрики в медицині та вивчення "тварини" електрики.

Поява фізичних методів, що дають первинну біоінформацію, сучасний розвиток електровимірювальної техніки, теорії інформації, автометрії та телеметрії, комплексування вимірів – ось що знаменує собою новий історичний етап у науково-технічному та медико-біологічному напрямках використання електрики.

2 Історія променевої терапії та діагностики

Наприкінці дев'ятнадцятого століття було зроблено дуже важливі відкриття. Вперше людина своїм оком могла побачити щось, що ховається за непрозорою для видимого світла перешкодою. Конрадом Рентгеном були відкриті так звані Х-промені, які могли проникати через оптично непрозорі перепони та створювати тіньові зображення об'єктів, прихованих за ними. Було відкрито явище радіоактивності. Вже в 20 столітті, в 1905 Ейндховен довів електричну активність серця. З цього моменту почала розвиватися електрокардіографія.

Медики почали отримувати дедалі більше відомостей про стан внутрішніх органів пацієнта, які вони не могли спостерігати без відповідних приладів, створених інженерами з урахуванням відкриттів фізиків. Нарешті, медики отримали можливість спостерігати і за функціонуванням внутрішніх органів.

До початку Другої світової війни провідні фізики планети, ще до появи відомостей про поділ важких атомів і колосальне виділення енергії при цьому, дійшли висновку про те, що можливе створення штучних радіоактивних ізотопів. Кількість радіоактивних ізотопів не обмежується лише відомими природно радіоактивними елементами. Вони відомі у всіх хімічних елементів таблиці Менделєєва. Вчені отримали можливість простежити за їхньою хімічною історією, не порушуючи перебігу досліджуваного процесу.

Ще в двадцяті роки були спроби використання природно радіоактивних ізотопів з радієвого сімейства визначення швидкості кровотоку в людини. Але такі дослідження не мали широкого застосування навіть у наукових цілях. Більш широке використання в медичних дослідженнях, у тому числі діагностичних, радіоактивні ізотопи отримали в п'ятдесяті роки після створення ядерних реакторів, в яких досить просто можна було отримувати великі активності штучно радіоактивних ізотопів.

Найбільш відомий приклад одного з перших застосувань штучно радіоактивних ізотопів – це використання ізотопів йоду для досліджень щитовидної залози. Метод дозволив зрозуміти причину захворювань щитовидної залози для певних областей проживання. Було показано зв'язок між вмістом йоду в раціоні харчування та захворюваннями щитовидної залози. В результаті цих досліджень ми з Вами споживаємо кухонну сіль, в яку свідомо запроваджено добавки неактивного йоду.

На початку дослідження розподілу радіонуклідів в органі застосовувалися поодинокі сцинтиляційні детектори, які точка за точкою переглядали досліджуваний орган, тобто. сканували його, переміщаючись по лінії меандр над усім досліджуваним органом. Таке дослідження називали скануванням, а прилади, що використовуються для цього, мали назву сканерів (скеннерів). З розробкою позиційно чутливих детекторів, які крім факту реєстрації гама кванта, що потрапив, визначали і координату його потрапляння в детектор, з'явилася можливість переглядати відразу весь досліджуваний орган без руху детектора над ним. В даний час отримання зображення розподілу радіонуклідів в досліджуваному органі зветься сцинтиграфії. Хоча, взагалі кажучи, термін сцинтиграфія введений у 1955 році (Andrews із співавторами) і спочатку належав до сканування. Серед систем зі стаціонарними детекторами найбільшого поширення набула так звана гамма-камера, вперше запропонована Anger у 1958 році.

Гамма-камера дозволила істотно знизити час отримання зображення і у зв'язку з цим застосовувати більш короткоживучі радіонукліди. Використання короткоживучих радіонуклідів істотно зменшує дозу радіаційного на організм обстежуваного, що дозволило збільшити активності РФП, введені пацієнтам. В даний час при використанні Тс-99т час отримання одного зображення становить частки секунди. Такі короткі часи отримання окремого кадру призвели до появи динамічної сцинтиграфії, коли за час дослідження виходить низка послідовних зображень органу, що досліджується. Аналіз такої послідовності дозволяє визначити динаміку зміни активності як у органі загалом, і у його окремих частинах, т. е. відбувається поєднання динамічних і сцинтиграфічних досліджень.

У міру розвитку техніки отримання зображень розподілу радіонуклідів у досліджуваному органі постало питання і про методики оцінки розподілів РФП в межах області, що обстежується, особливо в динамічній сцинтиграфії. Сканограми оброблялися переважно візуально, що стало неприйнятно при розвитку динамічної сцинтиграфії. Основною неприємністю була неможливість побудови кривих відбивають зміну активності РФП в досліджуваному органі чи його окремих частинах. Можна звичайно відзначити ще цілу низку недоліків одержуваних сцинтиграм - наявність статистичного шуму, неможливість віднімання фону оточуючих органів прокуратури та тканин, неможливість отримання динамічної сцинтиграфії з урахуванням низки послідовних кадрів сумарного зображення.

Все це призвело до появи систем цифрової обробки сцинтиграм на основі ЕОМ. У 1969 році Jinuma із співавторами застосував можливості ЕОМ для обробки сцинтиграм, що дозволило отримати більш достовірну діагностичну інформацію та у значно більшому обсязі. У зв'язку з цим у практику роботи відділень радіонуклідної діагностики стали дуже інтенсивно впроваджуватись системи збирання та обробки сцинтиграфічної інформації на основі ЕОМ. Такі відділення стали першими практичними медичними підрозділами, у яких широко впроваджувалися ЕОМ.

Розробка цифрових систем збирання та обробки сцинтиграфічної інформації на основі ЕОМ заклала основи принципів та методів обробки медичних діагностичних зображень, які були використані при обробці зображень отриманих з використанням інших медико-фізичних принципів. Це стосується рентгенівських зображень, зображень, одержуваних в УЗД-діагностиці і, звичайно ж, до комп'ютерної томографії. З іншого боку, розвиток методик комп'ютерної томографії привів у свою чергу до створення емісійних томографів як однофотонних, так і позитронних. Розвиток високих технологій з використання радіоактивних ізотопів у медичних діагностичних дослідженнях та дедалі більше їх використання у клінічній практиці призвело до появи самостійної медичної дисципліни радіоізотопної діагностики, яка надалі за міжнародною стандартизацією отримала назву радіонуклідної діагностики. Трохи пізніше з'явилося поняття ядерна медицина, що об'єднало методи використання радіонуклідів, як для діагностики, так і для терапії. З розвитком радіонуклідної діагностики в кардіології (у розвинених країнах до 30% від загальної кількості радіонуклідних досліджень стали кардіологічними), з'явився термін ядерна кардіологія.

Ще одна виключно важлива група досліджень з використанням радіонуклідів – це in vitro дослідження. Цей тип досліджень передбачає введення радіонуклідів в організм пацієнта, а використовує радіонуклідні методи визначення концентрації гормонів, антитіл, ліків та інших клінічно важливих речовин у пробах крові чи тканин. Крім того, сучасні біохімія, фізіологія та молекулярна біологія не можуть існувати без методів радіоактивних індикаторів та радіометрії.

У нашій країні масове впровадження методів ядерної медицини в клінічну практику почалося з кінця 50-х років після появи наказу Міністра Охорони здоров'я СРСР (№248 від 15 травня 1959 р.) про створення у великих онкологічних установах відділень радіоізотопної діагностики та будівництві типових радіологічних корпусів, деякі з них функціонують дотепер. Велику роль відіграла і постанова ЦК КПРС і Ради Міністрів СРСР від 14 січня 1960 № 58 "Про заходи щодо подальшого поліпшення медичного обслуговування та охорони здоров'я населення СРСР", де передбачалося широке впровадження методів радіології в медичну практику.

Швидкий розвиток ядерної медицини за останні роки призвів до виникнення дефіциту лікарів-радіологів та інженерів, які є фахівцями у галузі радіонуклідної діагностики. Результат застосування всіх радіонуклідних методик залежить від двох найважливіших моментів: від системи детекту з достатньою чутливістю і роздільною здатністю з одного боку, і від радіофармацевтичного препарату, який забезпечує отримання прийнятного рівня накопичення в бажаному органі або тканині з іншого боку. Тому кожен фахівець у галузі ядерної медицини повинен мати глибоке розуміння фізичних основ радіоактивності та детектуючих систем так само, як знання хімії радіофармацевтичних препаратів та процесів, що визначають їх локалізацію у певних органах та тканинах. Ця монографія не є простим оглядом досягнень у галузі радіонуклідної діагностики. У ній представлено багато оригінального матеріалу, що є результатом досліджень її авторів. Багаторічний досвід спільної роботи колективу розробників відділу радіологічної апаратури ЗАТ "ВНДІМП-ВІТА", Онкологічного центру РАМН, Кардіологічного НПК МОЗ РФ, НДІ кардіології Томського наукового центру РАМН, Асоціації медичних фізиків Росії дозволив розглянути теоретичні питання формування радіонуклідних. максимально інформативних результатів діагностики для клінічної практики

Розвиток медичної техніки в галузі радіонуклідної діагностики нерозривно пов'язаний з ім'ям Сергія Дмитровича Калашнікова, який багато років працював у цьому напрямі у Всесоюзному науково-дослідному інституті медичного приладобудування та керував створенням першої російської томографічної гамма-камери ГКС-301.

5. Коротка історія ультразвукової терапії

Ультразвукова техніка почала розвиватись під час Першої світової війни. Саме тоді, в 1914 р., випробовуючи у великому лабораторному акваріумі новий ультразвуковий випромінювач, видатний французький фізик-експериментатор Поль Ланжевен виявив, що риби за впливу ультразвуку занепокоїлися, заміталися, потім заспокоїлися, але за деякий час стали гинути. Так випадково було проведено перший досвід, з якого розпочалося дослідження біологічної дії ультразвуку. Наприкінці 20-х років ХХ ст. були зроблені перші спроби використати ультразвук у медицині. А 1928 р. німецькі лікарі вже застосували ультразвук для лікування захворювань вуха у людей. У 1934 р. радянський отоларинголог Є.І. Анохрієнко ввів ультразвуковий метод у терапевтичну практику і першим у світі здійснив комбіноване лікування ультразвуком та електричним струмом. Незабаром ультразвук став широко застосовуватися у фізіотерапії, швидко здобувши славу дуже ефективного засобу. Перш ніж застосувати ультразвук для лікування хвороб людини, його ретельно перевіряли на тваринах, але нові методи в практичну ветеринарію прийшли вже після того, як знайшли широке застосування в медицині. Перші ультразвукові апарати були дуже дорогими. Ціна, звичайно, не має значення, коли йдеться про здоров'я людей, але у сільськогосподарському виробництві з цим доводиться рахуватися, оскільки воно не повинно бути збитковим. Перші ультразвукові лікувальні методи ґрунтувалися на суто емпіричних спостереженнях, проте паралельно з розвитком ультразвукової фізіотерапії розгорталися дослідження механізмів біологічної дії ультразвуку. Їхні результати дозволяли вносити корективи у практику застосування ультразвуку. У 1940-1950 роках, наприклад, вважали, що з лікувальною метою ефективний ультразвук інтенсивністю до 5...6 Вт/кв.см і навіть до 10 Вт/кв.см. Однак невдовзі застосовувані в медицині та ветеринарії інтенсивності ультразвуку стали зменшуватися. Так у 60-ті роки ХХ ст. максимальна інтенсивність ультразвуку, що генерується фізіотерапевтичними апаратами, зменшилася до 2...3 Вт/кв.см, а апарати, що випускаються в даний час, випромінюють ультразвук з інтенсивністю, що не перевищує 1 Вт/кв.см. Але сьогодні у медичній та ветеринарній фізіотерапії найчастіше використовують ультразвук з інтенсивністю 0,05-0,5 Вт/кв.см.

Висновок

Звичайно ж, мені не вдалося охопити історію розвитку медичної фізики в повному обсязі, бо інакше мені довелося б розповідати про кожне фізичне відкриття докладно. Але все ж таки, я вказав основні етапи розвитку мед. Фізики: її витоки беруть початок не в 20 столітті, як вважають багато хто, а набагато раніше, ще в давнину. На сьогоднішній день відкриття того часу здадуться для нас дрібницями, проте насправді для того періоду це був безперечний прорив у розвитку.

Важко переоцінити внесок фізиків у розвиток медицини. Взяти хоча б Леонардо да Вінчі, який описав механіку рухів суглобів. Якщо об'єктивно поглянути з його дослідження, можна зрозуміти, що сучасна наука про суглобах включає переважну частину його праць. Або Гарвей, який вперше доказав замкнутість кровообігу. Тому мені здається, що ми маємо цінувати внесок фізиків у розвиток медицини.

Список використаної літератури

1. "Основи взаємодії ультразвуку з біологічними об'єктами." Ультразвук у медицині, ветеринарії та експериментальній біології. (Автори: Акопян В.Б., Єршов Ю.А., за ред. Щукіна С.І., 2005 р.)

Апаратура та методики радіонуклідної діагностики в медицині. Калантаров К.Д., Калашніков С.Д., Костильов В.А. та ін, під ред. Вікторова В.А.

Харламов І.Ф. Педагогіка. - М.: Гардаріки, 1999. - 520 с; стор 391

Електрика та людина; Манойлов В.Є. ; Видавництво Енергоатом 1998, стор. 75-92

Чередніченко Т.В. Музика історія культури. - Довгопрудний: Алегро-прес, 1994. стор 200

Повсякденне життя Стародавнього Риму через призму насолод, Жан-Ноель Роббер, Молода гвардія, 2006, стор.

Платон. Діалоги; Думка, 1986, стор 693

Декарт Р. Твори: У 2 т. - Т. 1. - М.: Думка, 1989. Стор. 280, 278

Платон. Діалоги – Тімей; Думка, 1986, стор 1085

Леонардо Да Вінчі. Вибрані твори. У 2 т. Т.1. / Репрінт з вид. 1935 - М.: Ладомир, 1995.

Арістотель. Твори у чотирьох томах. Т.1.Ред.В. Ф. Асмус. М.,<Мысль>, 1976, стор 444, 441

Список інтернет-ресурсів:

Терапія звуком - Наг-Чо http://tanadug.ru/tibetan-medicine/healing/sound-healing

(Дата звернення 18.09.12)

Історія світлолікування - http://www.argo-shop.com.ua/article-172.html (дата звернення 21.09.12)

Лікування вогнем - http://newagejournal.info/lechenie-ognem-ili-moksaterapia/ (дата звернення 21.09.12)

Східна медицина - (дата звернення 22.09.12)://arenda-ceragem.narod2.ru/eto_nuzhno_znat/vostochnaya_meditsina_vse_luchshee_lyudyam