SPbGPMA

nella storia della medicina

Storia dello sviluppo della fisica medica

Completato da: Myznikov A.D.,

Studente del 1° anno

Docente: Jarman O.A.

San Pietroburgo

introduzione

La nascita della fisica medica

2. Medioevo ed età moderna

2.1Leonardo da Vinci

2.2 Iatrofisico

3 Costruire un microscopio

3. Storia dell'uso dell'elettricità in medicina

3.1 Un po' di storia

3.2 Cosa dobbiamo a Gilbert

3.3 Premio assegnato a Marat

3.4 Polemica Galvani e Volta

4. Esperimenti di VV Petrov. Gli inizi dell'elettrodinamica

4.1 L'uso dell'elettricità in medicina e biologia nei secoli XIX - XX

4.2 Storia della radiologia e della terapia

Una breve storia della terapia ad ultrasuoni

Conclusione

Bibliografia

radiazione ultrasonica di fisica medica

introduzione

Conosci te stesso e conoscerai il mondo intero. Il primo è la medicina e il secondo è la fisica. Fin dall’antichità il rapporto tra medicina e fisica è stato stretto. Non per niente fino all'inizio del XX secolo si tenevano congressi di scienziati naturali e medici in diversi paesi. La storia dello sviluppo della fisica classica mostra che è stata in gran parte creata dai medici e che molti studi fisici sono stati causati da questioni sollevate dalla medicina. A loro volta, i risultati della medicina moderna, soprattutto nel campo delle alte tecnologie per la diagnosi e il trattamento, si basavano sui risultati di vari studi fisici.

Non è un caso che ho scelto questo particolare argomento, perché per me, studente della specialità "Biofisica medica", è vicino come chiunque altro. Da tempo desideravo sapere quanto la fisica abbia contribuito allo sviluppo della medicina.

Lo scopo del mio lavoro è mostrare quanto sia importante il ruolo che la fisica ha giocato e gioca nello sviluppo della medicina. È impossibile immaginare la medicina moderna senza la fisica. I compiti sono:

Ripercorrere le tappe della formazione della base scientifica della moderna fisica medica

Mostra l'importanza delle attività dei fisici nello sviluppo della medicina

1. La nascita della fisica medica

I percorsi di sviluppo della medicina e della fisica sono sempre stati strettamente intrecciati. Già nei tempi antichi, la medicina, insieme ai farmaci, utilizzava fattori fisici come effetti meccanici, calore, freddo, suono, luce. Consideriamo i principali modi di utilizzo di questi fattori nella medicina antica.

Dopo aver domato il fuoco, una persona ha imparato (ovviamente, non immediatamente) a usare il fuoco per scopi medicinali. Particolarmente bene si è rivelato tra i popoli orientali. Anche nell'antichità alla cauterizzazione veniva data grande importanza. Antichi libri di medicina affermano che la moxibustione è efficace anche quando l’agopuntura e la medicina sono impotenti. Quando sia apparso esattamente questo metodo di trattamento non è stato stabilito esattamente. Ma è noto che esiste in Cina fin dall'antichità e veniva utilizzato nell'età della pietra per curare persone e animali. I monaci tibetani usavano il fuoco per guarire. Hanno fatto ustioni sui sanming: punti biologicamente attivi responsabili dell'una o dell'altra parte del corpo. Nell'area danneggiata, il processo di guarigione procedeva intensamente e si credeva che la guarigione avvenisse con questa guarigione.

Il suono era usato da quasi tutte le civiltà antiche. La musica veniva usata nei templi per curare i disturbi nervosi ed era in diretta connessione con l'astronomia e la matematica tra i cinesi. Pitagora stabilì che la musica fosse una scienza esatta. I suoi seguaci lo usavano per liberarsi dalla rabbia e dalla rabbia e lo consideravano il mezzo principale per elevare una personalità armoniosa. Aristotele sosteneva anche che la musica può influenzare il lato estetico dell'anima. Il re Davide guarì il re Saul dalla depressione suonando l'arpa e lo salvò anche dagli spiriti impuri. Esculapio trattava la sciatica con forti suoni di tromba. Sono noti anche i monaci tibetani (sono stati discussi sopra), che usavano i suoni per curare quasi tutte le malattie umane. Erano chiamati mantra: forme di energia nel suono, pura energia essenziale del suono stesso. I mantra erano divisi in diversi gruppi: per il trattamento della febbre, dei disturbi intestinali, ecc. Il metodo di utilizzo dei mantra è utilizzato ancora oggi dai monaci tibetani.

La fototerapia, o terapia della luce (foto - "luce"; greco), è sempre esistita. Nell'antico Egitto, ad esempio, fu creato un tempio speciale dedicato al "guaritore curativo": la luce. E nell'antica Roma, le case erano costruite in modo tale che nulla impedisse ai cittadini amanti della luce di indulgere quotidianamente a "bere i raggi del sole" - così chiamavano l'usanza di prendere il sole in speciali annessi con tetti piani (solarium). Ippocrate guariva le malattie della pelle, del sistema nervoso, del rachitismo e dell'artrite con l'aiuto del sole. Oltre 2000 anni fa chiamò questo uso della luce solare elioterapia.

Anche nell'antichità iniziarono a svilupparsi le sezioni teoriche della fisica medica. Uno di questi è la biomeccanica. La ricerca in biomeccanica è antica quanto la ricerca in biologia e meccanica. Studi che, secondo i concetti moderni, appartengono al campo della biomeccanica, erano già conosciuti nell'antico Egitto. Il famoso papiro egiziano (The Edwin Smith Surgical Papyrus, 1800 a.C.) descrive vari casi di lesioni motorie, inclusa la paralisi dovuta a lussazione vertebrale, la loro classificazione, metodi di trattamento e prognosi.

Socrate, che visse ca. 470-399 AC, insegnava che non saremo in grado di comprendere il mondo che ci circonda finché non comprenderemo la nostra stessa natura. Gli antichi Greci e Romani sapevano molto sui principali vasi sanguigni e sulle valvole cardiache, sapevano ascoltare il lavoro del cuore (ad esempio, il medico greco Areteus nel II secolo a.C.). Erofilo di Calcedonia (III secolo aC) distingueva tra i vasi le arterie e le vene.

Il padre della medicina moderna, l'antico medico greco Ippocrate, riformò la medicina antica, separandola dai metodi di cura con incantesimi, preghiere e sacrifici agli dei. Nei trattati "Riduzione delle articolazioni", "Fratture", "Ferite alla testa", classificò le lesioni dell'apparato muscolo-scheletrico allora conosciute e propose metodi per il loro trattamento, in particolare meccanici, mediante bende strette, trazione e fissazione. . Apparentemente già a quel tempo apparvero le prime protesi degli arti migliorate, che servivano anche a svolgere determinate funzioni. In ogni caso, Plinio il Vecchio menziona un comandante romano che partecipò alla seconda guerra punica (218-210 a.C.). Dopo la ferita riportata, gli fu amputato il braccio destro e sostituito con uno di ferro. Allo stesso tempo, poteva tenere uno scudo con una protesi e partecipare alle battaglie.

Platone creò la dottrina delle idee: prototipi immutabili e intelligibili di tutte le cose. Analizzando la forma del corpo umano, insegnò che "gli dei, imitando i contorni dell'universo ... includevano entrambe le rotazioni divine in un corpo sferico ... che ora chiamiamo testa". Il dispositivo dell'apparato muscolo-scheletrico è da lui inteso come segue: "in modo che la testa non rotoli sul terreno, coperta ovunque di protuberanze e fosse ... il corpo si allungò e, secondo il piano di Dio, che lo fece mobile, ha sviluppato da sé quattro arti che possono essere allungati e piegati; aggrappandosi ad essi e appoggiandosi ad essi, ha acquisito la capacità di muoversi ovunque...”. Il metodo di ragionamento di Platone sulla struttura del mondo e dell'uomo si basa su uno studio logico, che "dovrebbe procedere in modo tale da raggiungere il massimo grado di probabilità".

Il grande filosofo greco antico Aristotele, i cui scritti coprono quasi tutte le aree della scienza dell'epoca, compilò la prima descrizione dettagliata della struttura e delle funzioni dei singoli organi e delle parti del corpo degli animali e pose le basi dell'embriologia moderna. All'età di diciassette anni, Aristotele, figlio di un medico di Stagira, venne ad Atene per studiare all'Accademia di Platone (428-348 aC). Dopo aver soggiornato all'Accademia per vent'anni ed essere diventato uno degli studenti più vicini a Platone, Aristotele la lasciò solo dopo la morte del suo maestro. Successivamente, si dedicò all'anatomia e allo studio della struttura degli animali, raccogliendo una varietà di fatti e conducendo esperimenti e dissezioni. Molte osservazioni e scoperte uniche furono fatte da lui in quest'area. Quindi, Aristotele stabilì per la prima volta il battito cardiaco di un embrione di pollo nel terzo giorno di sviluppo, descrisse l'apparato masticatorio dei ricci di mare ("la lanterna di Aristotele") e molto altro. Alla ricerca della forza motrice del flusso sanguigno, Aristotele propose un meccanismo per il movimento del sangue associato al suo riscaldamento nel cuore e al raffreddamento nei polmoni: "il movimento del cuore è simile al movimento di un liquido che il calore provoca Bollire." Nelle sue opere "Sulle parti degli animali", "Sul movimento degli animali" ("De Motu Animalium"), "Sull'origine degli animali", Aristotele considerò per la prima volta la struttura dei corpi di più di 500 specie degli organismi viventi, l'organizzazione del lavoro dei sistemi di organi, ha introdotto un metodo di ricerca comparativo. Quando classificò gli animali, li divise in due grandi gruppi: quelli con sangue e quelli senza sangue. Questa divisione è simile all'attuale divisione in vertebrati e invertebrati. Secondo il metodo di movimento, Aristotele distingueva anche gruppi di animali a due zampe, a quattro zampe, con molte zampe e senza gambe. Fu il primo a descrivere la camminata come un processo in cui il movimento rotatorio degli arti si converte in movimento traslatorio del corpo, per la prima volta notò la natura asimmetrica del movimento (appoggio sulla gamba sinistra, trasferimento del peso sulla gamba sinistra) la spalla sinistra, caratteristica dei destrimani). Osservando i movimenti di una persona, Aristotele notò che l'ombra proiettata da una figura sul muro non descrive una linea retta, ma una linea a zigzag. Ha individuato e descritto organi che sono diversi nella struttura, ma identici nella funzione, ad esempio le squame nei pesci, le piume negli uccelli e i peli negli animali. Aristotele studiò le condizioni per l'equilibrio del corpo degli uccelli (supporto a due zampe). Riflettendo sul movimento degli animali, individuò i meccanismi motori: "... ciò che si muove con l'aiuto di un organo è quello in cui l'inizio coincide con la fine, come in un'articolazione. Infatti, in un'articolazione c'è una parte convessa e cavo, uno è la fine, l'altro è l'inizio... uno riposa, l'altro si muove... Tutto si muove spingendo o tirando." Aristotele descrisse per primo l'arteria polmonare e introdusse il termine "aorta", notò le correlazioni della struttura delle singole parti del corpo, indicò l'interazione degli organi nel corpo, gettò le basi per la teoria dell'opportunità biologica e formulò il "principio di economia": "ciò che la natura toglie in un luogo, lo dona a un amico". Fu il primo a descrivere le differenze nella struttura dei sistemi circolatorio, respiratorio e muscolo-scheletrico di diversi animali e del loro apparato masticatorio. A differenza del suo insegnante, Aristotele non considerava il "mondo delle idee" come qualcosa di esterno al mondo materiale, ma introduceva le "idee" di Platone come parte integrante della natura, il suo principio principale che organizza la materia. Successivamente questo inizio si trasforma nei concetti di "energia vitale", "spiriti animali".

Il grande scienziato greco antico Archimede pose le basi dell'idrostatica moderna con i suoi studi sui principi idrostatici che governano un corpo galleggiante e studi sulla galleggiabilità dei corpi. Fu il primo ad applicare metodi matematici allo studio dei problemi di meccanica, formulando e dimostrando una serie di affermazioni sull'equilibrio dei corpi e sul centro di gravità sotto forma di teoremi. Il principio della leva, ampiamente utilizzato da Archimede per realizzare strutture edili e veicoli militari, sarà uno dei primi principi meccanici applicati nella biomeccanica del sistema muscolo-scheletrico. Le opere di Archimede contengono idee sulla somma dei movimenti (rettilineo e circolare quando un corpo si muove a spirale), sull'aumento continuo e uniforme della velocità quando un corpo accelera, che Galileo chiamerà in seguito come base dei suoi lavori fondamentali sulla dinamica .

Nell'opera classica "Sulle parti del corpo umano", il famoso medico romano Galeno diede per primo nella storia della medicina una descrizione olistica dell'anatomia e della fisiologia umana. Questo libro è servito come libro di testo e libro di consultazione sulla medicina per quasi mille anni e mezzo. Galeno pose le basi della fisiologia effettuando le prime osservazioni ed esperimenti su animali viventi e studiando i loro scheletri. Ha introdotto la vivisezione in medicina: operazioni e ricerche su animali vivi al fine di studiare le funzioni del corpo e sviluppare metodi per curare le malattie. Scoprì che in un organismo vivente il cervello controlla la parola e la produzione del suono, che le arterie sono piene di sangue, non di aria e, come meglio poteva, esplorò i modi in cui il sangue si muove nel corpo, descrisse le differenze strutturali tra le arterie e vene e scoprirono valvole cardiache. Galeno non eseguì autopsie e, forse, quindi, nelle sue opere entrarono idee errate, ad esempio, sulla formazione del sangue venoso nel fegato e del sangue arterioso nel ventricolo sinistro del cuore. Inoltre non sapeva dell'esistenza di due circoli di circolazione sanguigna e del significato degli atri. Nella sua opera "De motu musculorum" descrisse la differenza tra neuroni motori e sensoriali, muscoli agonisti e antagonisti e descrisse per la prima volta il tono muscolare. Considerava la causa della contrazione muscolare gli "spiriti animali" che venivano dal cervello al muscolo lungo le fibre nervose. Esplorando il corpo, Galeno giunse alla conclusione che nulla è superfluo in natura e formulò il principio filosofico secondo cui, esplorando la natura, si può arrivare a comprendere il piano di Dio. Nel Medioevo, anche sotto l'onnipotenza dell'Inquisizione, si fece molto, soprattutto nell'anatomia, che successivamente servì come base per l'ulteriore sviluppo della biomeccanica.

I risultati delle ricerche condotte nel mondo arabo e nei paesi dell'Est occupano un posto speciale nella storia della scienza: molte opere letterarie e trattati di medicina ne sono la prova. Il medico e filosofo arabo Ibn Sina (Avicenna) gettò le basi della medicina razionale, formulò basi razionali per fare una diagnosi basata sull'esame del paziente (in particolare, un'analisi delle fluttuazioni del polso delle arterie). Il carattere rivoluzionario del suo approccio diventa chiaro se ricordiamo che a quel tempo la medicina occidentale, risalente a Ippocrate e Galeno, teneva conto dell'influenza delle stelle e dei pianeti sul tipo e sul decorso della malattia e sulla scelta delle terapie terapeutiche. agenti.

Vorrei dire che nella maggior parte dei lavori degli scienziati antichi veniva utilizzato il metodo per determinare il polso. Il metodo diagnostico del polso è nato molti secoli prima della nostra era. Tra le fonti letterarie giunte fino a noi, le più antiche sono le opere di antica origine cinese e tibetana. Gli antichi cinesi includono, ad esempio, "Bin-hu Mo-xue", "Xiang-lei-shih", "Zhu-bin-shih", "Nan-jing", nonché sezioni dei trattati "Jia-i- ching", "Huang-di Nei-jing Su-wen Lin-shu", ecc.

La storia della diagnosi del polso è indissolubilmente legata al nome dell'antico guaritore cinese: Bian Qiao (Qin Yue-Ren). L'inizio del percorso della tecnica di diagnosi del polso è associato a una delle leggende, secondo la quale Bian Qiao fu invitato a curare la figlia di un nobile mandarino (ufficiale). La situazione era complicata dal fatto che anche ai medici era severamente vietato vedere e toccare persone di rango nobile. Bian Qiao ha chiesto una corda sottile. Quindi suggerì di legare l'altra estremità della corda al polso della principessa, che era dietro il paravento, ma i guaritori di corte trattarono con sdegno il medico invitato e decisero di fargli uno scherzo legando l'estremità della corda non al polso. polso della principessa, ma alla zampa di un cane che corre nelle vicinanze. Pochi secondi dopo, con sorpresa dei presenti, Bian Qiao dichiarò con calma che questi non erano impulsi di una persona, ma di un animale, e questo animale era pieno di vermi. L'abilità del medico suscitò ammirazione e il cordone fu trasferito con sicurezza al polso della principessa, dopo di che fu determinata la malattia e prescritto il trattamento. Di conseguenza, la principessa si riprese rapidamente e la sua tecnica divenne ampiamente conosciuta.

Hua Tuo - ha utilizzato con successo la diagnostica del polso nella pratica chirurgica, combinandola con un esame clinico. A quei tempi, le operazioni erano vietate dalla legge, l'operazione veniva eseguita come ultima risorsa, se non c'era fiducia nella cura con metodi conservativi, i chirurghi semplicemente non conoscevano le laparotomie diagnostiche. La diagnosi è stata fatta mediante esame esterno. Hua Tuo ha trasmesso la sua arte di padroneggiare la diagnosi del polso a studenti diligenti. C'era una regola che solo un uomo può apprendere una certa padronanza della diagnostica del polso, imparando solo da un uomo per trent'anni. Hua Tuo fu il primo a utilizzare una tecnica speciale per esaminare gli studenti sulla capacità di utilizzare gli impulsi per la diagnosi: il paziente era seduto dietro uno schermo e le sue mani venivano infilate attraverso i tagli in modo che lo studente potesse vedere e studiare solo lo schermo. mani. La pratica quotidiana e persistente ha prodotto rapidamente risultati positivi.

2. Medioevo ed età moderna

1Leonardo da Vinci

Nel Medioevo e nel Rinascimento lo sviluppo delle principali sezioni della fisica ebbe luogo in Europa. Un famoso fisico di quel tempo, ma non solo fisico, fu Leonardo da Vinci. Leonardo studiò i movimenti umani, il volo degli uccelli, il lavoro delle valvole cardiache, il movimento del succo delle piante. Ha descritto la meccanica del corpo quando si è in piedi e ci si alza da una posizione seduta, camminando in salita e in discesa, la tecnica del salto, ha descritto per la prima volta la varietà di andature di persone con fisici diversi, ha eseguito un'analisi comparativa dell'andatura di una persona, una scimmia e una serie di animali capaci di camminare bipedi (orso) . In tutti i casi è stata prestata particolare attenzione alla posizione dei baricentri e alla resistenza. In meccanica, Leonardo da Vinci fu il primo a introdurre il concetto di resistenza che i liquidi e i gas esercitano sui corpi in movimento in essi, e fu il primo a comprendere l'importanza di un nuovo concetto - il momento della forza relativo a un punto - per analizzare il movimento dei corpi. Analizzando le forze sviluppate dai muscoli e avendo ottime conoscenze di anatomia, Leonardo introdusse le linee di azione delle forze lungo la direzione del muscolo corrispondente e anticipò così il concetto di natura vettoriale delle forze. Nel descrivere l'azione dei muscoli e l'interazione dei sistemi muscolari durante l'esecuzione di un movimento, Leonardo considerò le corde tese tra i punti di attacco muscolare. Per designare i singoli muscoli e nervi, ha utilizzato le designazioni delle lettere. Nelle sue opere si possono trovare i fondamenti della futura dottrina dei riflessi. Osservando le contrazioni muscolari, notò che le contrazioni possono verificarsi involontariamente, automaticamente, senza controllo cosciente. Leonardo cercò di tradurre tutte le osservazioni e le idee in applicazioni tecniche, lasciò numerosi disegni di dispositivi progettati per vari tipi di movimenti, dagli sci nautici e alianti alle protesi e prototipi di moderne sedie a rotelle per disabili (più di 7mila fogli di manoscritti in totale ). Leonardo da Vinci condusse ricerche sul suono generato dal movimento delle ali degli insetti, descrisse la possibilità di cambiare l'altezza del suono quando l'ala viene tagliata o imbrattata di miele. Conducendo studi anatomici, ha attirato l'attenzione sulle caratteristiche della ramificazione della trachea, delle arterie e delle vene nei polmoni e ha anche sottolineato che l'erezione è una conseguenza del flusso sanguigno ai genitali. Ha condotto studi pionieristici sulla fillotassi, descrivendo i modelli di disposizione delle foglie di un certo numero di piante, ha lasciato impronte di fasci di foglie vascolari-fibrosi e ha studiato le caratteristiche della loro struttura.

2 Iatrofisica

Nella medicina dei secoli XVI-XVIII esisteva una direzione speciale chiamata iatromeccanica o iatrofisica (dal greco iatros - medico). Le opere del famoso medico e chimico svizzero Theophrastus Paracelsus e del naturalista olandese Jan Van Helmont, noto per i suoi esperimenti sulla generazione spontanea di topi da farina di grano, polvere e camicie sporche, contenevano una dichiarazione sull'integrità del corpo, descritta in la forma di un inizio mistico. I rappresentanti di una visione del mondo razionale non potevano accettarlo e, alla ricerca di basi razionali per i processi biologici, misero la meccanica, il campo della conoscenza più sviluppato in quel momento, come base per il loro studio. La iatromeccanica pretendeva di spiegare tutti i fenomeni fisiologici e patologici basandosi sulle leggi della meccanica e della fisica. Il noto medico, fisiologo e chimico tedesco Friedrich Hoffmann formulò un peculiare credo di iatrofisica, secondo il quale la vita è movimento e la meccanica è la causa e la legge di tutti i fenomeni. Hoffmann considerava la vita come un processo meccanico, durante il quale i movimenti dei nervi, lungo i quali si trova lo “spirito animale” (spiritum animalium) situato nel cervello, controllano le contrazioni muscolari, la circolazione sanguigna e la funzione cardiaca. Di conseguenza, il corpo, una sorta di macchina, viene messo in movimento. Allo stesso tempo, la meccanica era considerata la base dell'attività vitale degli organismi.

Tali affermazioni, come è ormai chiaro, erano in gran parte insostenibili, ma la iatromeccanica si oppose alle idee scolastiche e mistiche, introdusse molte importanti informazioni fattuali fino ad allora sconosciute e nuovi strumenti per misurazioni fisiologiche. Ad esempio, secondo il punto di vista di uno dei rappresentanti dell'iatromeccanica, Giorgio Baglivi, la mano era paragonata a una leva, il petto a un soffietto, le ghiandole a setacci e il cuore a una pompa idraulica. Queste analogie sono abbastanza ragionevoli oggi. Nel XVI secolo, nelle opere del medico dell'esercito francese A. Pare (Ambroise Pare), furono gettate le basi della chirurgia moderna e furono proposti dispositivi ortopedici artificiali: protesi di gambe, braccia, mani, il cui sviluppo era basato più su un fondamento scientifico che su una semplice imitazione di una forma perduta. Nel 1555, nelle opere del naturalista francese Pierre Belon, fu descritto il meccanismo idraulico per il movimento degli anemoni di mare. Uno dei fondatori della iatrochimica, Van Helmont, studiando i processi di fermentazione degli alimenti negli organismi animali, si interessò ai prodotti gassosi e introdusse nella scienza il termine "gas" (dall'olandese gisten - fermentare). A. Vesalius, W. Harvey, J. A. Borelli, R. Descartes furono coinvolti nello sviluppo delle idee dell'iatromeccanica. La iatromeccanica, che riduce tutti i processi nei sistemi viventi a quelli meccanici, così come la iatrochimica, risalente a Paracelso, i cui rappresentanti credevano che la vita si riduce a trasformazioni chimiche delle sostanze chimiche che compongono il corpo, hanno portato a un unilaterale e spesso idea errata sui processi dell'attività vitale e sui metodi di trattamento delle malattie. Tuttavia, questi approcci, soprattutto la loro sintesi, hanno permesso di formulare un approccio razionale in medicina nei secoli XVI-XVII. Anche la dottrina della possibilità di generazione spontanea della vita ha giocato un ruolo positivo, mettendo in dubbio le ipotesi religiose sulla creazione della vita. Paracelso creò "l'anatomia dell'essenza dell'uomo", cercando di dimostrare che "nel corpo umano tre ingredienti onnipresenti erano collegati in modo mistico: sali, zolfo e mercurio" .

Nell'ambito dei concetti filosofici di quel tempo, si formò una nuova idea iatro-meccanica dell'essenza dei processi patologici. Così, il medico tedesco G. Chatl creò la dottrina dell'animismo (dal lat.anima - anima), secondo la quale la malattia era considerata come movimenti compiuti dall'anima per rimuovere sostanze nocive estranee dal corpo. Il rappresentante della iatrofisica, il medico italiano Santorio (1561-1636), professore di medicina a Padova, riteneva che qualsiasi malattia fosse una conseguenza di una violazione degli schemi di movimento delle singole particelle più piccole del corpo. Santorio fu uno dei primi ad applicare il metodo sperimentale di ricerca e di elaborazione dei dati matematici e creò una serie di strumenti interessanti. In una camera speciale da lui progettata, Santorio studiò il metabolismo e per la prima volta stabilì la variabilità del peso corporeo associata ai processi vitali. Insieme a Galileo inventò un termometro a mercurio per misurare la temperatura dei corpi (1626). Nella sua opera "Medicina statica" (1614) vengono presentate contemporaneamente le disposizioni della iatrofisica e della iatrochimica. Ulteriori ricerche hanno portato a cambiamenti rivoluzionari nella comprensione della struttura e del lavoro del sistema cardiovascolare. L'anatomista italiano Fabrizio d "Aquapendente ha scoperto le valvole venose. Il ricercatore italiano P. Azelli e l'anatomista danese T. Bartholin hanno scoperto i vasi linfatici.

Il medico inglese William Harvey possiede la scoperta della chiusura del sistema circolatorio. Mentre studiava a Padova (nel 1598-1601), Harvey ascoltò le lezioni di Fabrizio d "Akvapendente e, a quanto pare, frequentò le lezioni di Galileo. In ogni caso, Harvey era a Padova, mentre c'era fama per le brillanti lezioni di Galileo , alla quale parteciparono molti La scoperta di Harvey della chiusura circolatoria fu il risultato di un'applicazione sistematica del metodo di misurazione quantitativo sviluppato in precedenza da Galileo, e non una semplice osservazione o congettura. Harvey fece una dimostrazione in cui mostrò che il sangue si muove dal ventricolo sinistro del cuore in una sola direzione. Misurando il volume di sangue espulso dal cuore in una contrazione (volume sistolico), moltiplicò il numero risultante per la frequenza delle contrazioni del cuore e dimostrò che in un'ora pompa un volume di sangue molto maggiore del volume del corpo. Pertanto si è concluso che un volume di sangue molto più piccolo deve circolare continuamente in un circolo vizioso, entrando nel cuore e pompandolo attraverso il sistema vascolare. I risultati del lavoro furono pubblicati nell'opera "Studio anatomico del movimento del cuore e del sangue negli animali" (1628). I risultati del lavoro furono più che rivoluzionari. Il fatto è che fin dai tempi di Galeno si credeva che il sangue fosse prodotto nell'intestino, da dove entra nel fegato, poi nel cuore, da dove viene distribuito attraverso il sistema di arterie e vene ad altri organi. Harvey descrisse il cuore, diviso in camere separate, come una sacca muscolare che agisce come una pompa che pompa il sangue nei vasi. Il sangue si muove in un cerchio in una direzione ed entra di nuovo nel cuore. Il flusso inverso del sangue nelle vene è impedito dalle valvole venose scoperte da Fabrizio d'Akvapendente. La dottrina rivoluzionaria di Harvey sulla circolazione sanguigna contraddiceva le dichiarazioni di Galeno, in relazione alle quali i suoi libri furono aspramente criticati e persino i pazienti spesso rifiutarono i suoi servizi medici. Nel 1623, Harvey prestò servizio come medico di corte di Carlo I e il massimo mecenatismo lo salvò dagli attacchi degli avversari e gli offrì l'opportunità di ulteriori lavori scientifici. Harvey eseguì ricerche approfondite sull'embriologia, descrisse le singole fasi di sviluppo dell'embrione ("Studi sulla nascita degli animali", 1651). Il XVII secolo può essere definito l'era dell'idraulica e del pensiero idraulico. I progressi tecnologici hanno contribuito all'emergere di nuove analogie e ad una migliore comprensione dei processi che si verificano negli organismi viventi. Questo è probabilmente il motivo per cui Harvey descrisse il cuore come una pompa idraulica che pompa il sangue attraverso la "conduttura" del sistema vascolare. Per riconoscere appieno i risultati del lavoro di Harvey, era solo necessario trovare l'anello mancante che chiude il cerchio tra arterie e vene , che sarà realizzato a breve nelle opere di Malpighi. i polmoni e le ragioni per pompare aria attraverso di essi rimanevano incomprensibili per Harvey: i successi senza precedenti della chimica e la scoperta della composizione dell'aria erano ancora davanti.Il XVII secolo è una pietra miliare importante nella storia della biomeccanica, poiché è stata segnata non solo dalla comparsa delle prime opere stampate sulla biomeccanica, ma anche dalla formazione di un nuovo sguardo sulla vita e sulla natura della mobilità biologica.

Il matematico, fisico, filosofo e fisiologo francese René Descartes fu il primo a provare a costruire un modello meccanico di un organismo vivente, tenendo conto del controllo attraverso il sistema nervoso. La sua interpretazione della teoria fisiologica basata sulle leggi della meccanica è contenuta in un'opera pubblicata postuma (1662-1664). In questa formulazione è stata espressa per la prima volta l’idea cardine per le scienze della vita della regolazione attraverso il feedback. Cartesio considerava l'uomo come un meccanismo corporeo messo in moto da "spiriti viventi", che "salgono costantemente in gran numero dal cuore al cervello, e da lì attraverso i nervi fino ai muscoli e mettono in movimento tutte le membra". Senza esagerare sul ruolo degli "spiriti", nel trattato "Descrizione del corpo umano. Sulla formazione dell'animale" (1648), scrive che la conoscenza della meccanica e dell'anatomia ci permette di vedere nel corpo "un numero significativo di organi o molle" per organizzare il movimento del corpo. Cartesio paragona il lavoro del corpo al meccanismo di un orologio, con molle, ingranaggi e ingranaggi separati. Inoltre, Cartesio ha studiato la coordinazione dei movimenti di varie parti del corpo. Conducendo ampi esperimenti sullo studio del lavoro del cuore e del movimento del sangue nelle cavità del cuore e dei grandi vasi, Cartesio non è d'accordo con il concetto di Harvey delle contrazioni cardiache come forza trainante della circolazione sanguigna. Egli difende l'ipotesi, ascendente in Aristotele, del riscaldamento e dell'assottigliamento del sangue nel cuore sotto l'influenza del calore insito nel cuore, della promozione del sangue in espansione in grandi vasi, dove si raffredda, e "il cuore e le arterie immediatamente cadi e contrai." Cartesio vede il ruolo del sistema respiratorio nel fatto che la respirazione "porta abbastanza aria fresca nei polmoni in modo che il sangue che arriva dal lato destro del cuore, dove si liquefa e, per così dire, si trasforma in vapore, si trasforma di nuovo dal vapore al sangue." Ha anche studiato i movimenti oculari, ha utilizzato la divisione dei tessuti biologici in base alle proprietà meccaniche in liquidi e solidi. Nel campo della meccanica, Cartesio formulò la legge di conservazione della quantità di moto e introdusse il concetto di quantità di moto.

3 Costruire un microscopio

L'invenzione del microscopio, uno strumento così importante per tutta la scienza, è dovuta principalmente all'influenza dello sviluppo dell'ottica. Alcune proprietà ottiche delle superfici curve erano note anche a Euclide (300 a.C.) e Tolomeo (127-151), ma il loro potere di ingrandimento non trovò applicazione pratica. A questo proposito, i primi occhiali furono inventati da Salvinio deli Arleati in Italia solo nel 1285. Nel XVI secolo Leonardo da Vinci e Maurolico dimostrarono che i piccoli oggetti si studiano meglio con una lente d'ingrandimento.

Il primo microscopio fu creato solo nel 1595 da Z. Jansen. L'invenzione consisteva nel fatto che Zacharius Jansen montava due lenti convesse all'interno di un tubo, gettando così le basi per la creazione di microscopi complessi. La messa a fuoco sull'oggetto in studio è stata ottenuta mediante un tubo retrattile. L'ingrandimento del microscopio era da 3 a 10 volte. Ed è stata una vera svolta nel campo della microscopia! Ciascuno dei suoi prossimi microscopi, ha migliorato significativamente.

Durante questo periodo (XVI secolo) iniziarono gradualmente a svilupparsi strumenti di ricerca danesi, inglesi e italiani, gettando le basi per la moderna microscopia.

La rapida diffusione e miglioramento dei microscopi iniziò dopo che Galileo (G. Galilei), migliorando il telescopio da lui progettato, iniziò ad usarlo come una sorta di microscopio (1609-1610), modificando la distanza tra obiettivo e oculare.

Successivamente, nel 1624, avendo realizzato lenti con fuoco più corto, Galileo ridusse notevolmente le dimensioni del suo microscopio.

Nel 1625 I. Faber, membro dell'Accademia romana dei Vigili ("Akudemia dei lincei"), propose il termine "microscopio". I primi successi associati all'uso del microscopio nella ricerca biologica scientifica furono ottenuti da R. Hooke, che per primo descrisse una cellula vegetale (circa 1665). Nel suo libro "Micrographia" Hooke descrisse la struttura del microscopio.

Nel 1681, la Royal Society di Londra nella sua riunione discusse in dettaglio la peculiare situazione. L'olandese Levenguk (A. van Leenwenhoek) descrisse i miracoli sorprendenti che scoprì con il suo microscopio in una goccia d'acqua, in un infuso di pepe, nel fango di un fiume, nella cavità del suo stesso dente. Leeuwenhoek, utilizzando un microscopio, scoprì e disegnò gli spermatozoi di vari protozoi, dettagli della struttura del tessuto osseo (1673-1677).

"Con il più grande stupore, ho visto nella goccia tanti piccoli animali che si muovevano rapidamente in tutte le direzioni, come un luccio nell'acqua. Il più piccolo di questi minuscoli animali è mille volte più piccolo dell'occhio di un pidocchio adulto."

3. Storia dell'uso dell'elettricità in medicina

3.1 Un po' di storia

Fin dall'antichità l'uomo ha cercato di comprendere i fenomeni della natura. Molte ipotesi ingegnose che spiegano cosa sta succedendo intorno a una persona sono apparse in tempi diversi e in paesi diversi. I pensieri di scienziati e filosofi greci e romani vissuti prima della nostra era: Archimede, Euclide, Lucrezio, Aristotele, Democrito e altri - aiutano ancora lo sviluppo della ricerca scientifica.

Dopo le prime osservazioni dei fenomeni elettrici e magnetici da parte di Talete di Mileto, sorse periodicamente l'interesse per essi, determinato dai compiti di guarigione.

Riso. 1. Esperienza con una rampa elettrica

Va notato che le proprietà elettriche di alcuni pesci, conosciute fin dall'antichità, sono ancora un segreto nascosto della natura. Così, ad esempio, nel 1960, in una mostra organizzata dalla British Scientific Royal Society in onore del 300° anniversario della sua fondazione, tra i misteri della natura che una persona deve risolvere, un normale acquario di vetro con un pesce dentro - una pastinaca elettrica (Fig. 1). Un voltmetro era collegato all'acquario tramite elettrodi metallici. Quando il pesce era a riposo, la lancetta del voltmetro era a zero. Quando il pesce si muoveva, il voltmetro mostrava una tensione che durante i movimenti attivi raggiungeva i 400 V. L'iscrizione diceva: "La natura di questo fenomeno elettrico, osservato molto prima dell'organizzazione della società reale inglese, una persona non riesce ancora a svelare".

2 Cosa dobbiamo a Gilbert?

L'effetto terapeutico dei fenomeni elettrici su una persona, secondo le osservazioni esistenti nell'antichità, può essere considerato una sorta di rimedio stimolante e psicogeno. Questo strumento è stato utilizzato o dimenticato. Per molto tempo non è stato effettuato alcuno studio serio sui fenomeni elettrici e magnetici stessi e soprattutto sulla loro azione terapeutica.

Il primo studio sperimentale dettagliato sui fenomeni elettrici e magnetici appartiene al fisico-fisico inglese, poi medico di corte William Gilbert (Gilbert) (1544-1603 voll.). Gilbert era meritatamente considerato un medico innovativo. Il suo successo è stato in gran parte determinato dallo studio coscienzioso e quindi dall'applicazione di antichi mezzi medici, tra cui l'elettricità e il magnetismo. Gilbert capì che senza uno studio approfondito delle radiazioni elettriche e magnetiche è difficile utilizzare i "fluidi" nel trattamento.

Ignorando congetture fantastiche e non verificate e affermazioni infondate, Gilbert condusse una serie di studi sperimentali sui fenomeni elettrici e magnetici. I risultati di questo primo studio sull’elettricità e sul magnetismo sono grandiosi.

Innanzitutto, Gilbert per la prima volta espresse l'idea che l'ago magnetico della bussola si muove sotto l'influenza del magnetismo della Terra e non sotto l'influenza di una delle stelle, come si credeva prima di lui. Fu il primo a effettuare la magnetizzazione artificiale, stabilendo il fatto dell'inseparabilità dei poli magnetici. Studiando i fenomeni elettrici contemporaneamente a quelli magnetici, Gilbert, sulla base di numerose osservazioni, ha dimostrato che la radiazione elettrica si verifica non solo quando si sfrega l'ambra, ma anche quando si sfregano altri materiali. Rendendo omaggio all'ambra, il primo materiale su cui è stata osservata l'elettrizzazione, li chiama elettrici, basandosi sul nome greco dell'ambra: elettrone. Di conseguenza, la parola "elettricità" è stata introdotta nella vita su suggerimento di un medico sulla base delle sue ricerche, divenute storiche, che hanno gettato le basi per lo sviluppo sia dell'ingegneria elettrica che dell'elettroterapia. Allo stesso tempo, Gilbert formulò con successo la differenza fondamentale tra fenomeni elettrici e magnetici: "Il magnetismo, come la gravità, è una certa forza iniziale emanata dai corpi, mentre l'elettrizzazione è dovuta alla spremitura dai pori del corpo di speciali deflussi come risultato di attrito."

In sostanza, prima del lavoro di Ampere e Faraday, cioè per più di duecento anni dopo la morte di Gilbert (i risultati delle sue ricerche furono pubblicati nel libro On the Magnet, Magnetic Bodies, and the Great Magnet - the Earth , 1600), l'elettrificazione e il magnetismo furono considerati separatamente.

P. S. Kudryavtsev nella Storia della fisica cita le parole del grande rappresentante del Rinascimento, Galileo: non sono state studiate attentamente... Non ho dubbi che nel tempo questo ramo della scienza (stiamo parlando di elettricità e magnetismo - V. M. ) farà progressi sia a seguito di nuove osservazioni, sia soprattutto a seguito di una rigorosa misura di prove.

Gilbert morì il 30 novembre 1603, dopo aver lasciato in eredità tutti gli strumenti e le opere da lui realizzate alla Medical Society di Londra, di cui fu presidente attivo fino alla morte.

3 Premio assegnato a Marat

Vigilia della rivoluzione borghese francese. Riassumiamo le ricerche nel campo dell'ingegneria elettrica di questo periodo. Fu stabilita la presenza di elettricità positiva e negativa, furono costruite e migliorate le prime macchine elettrostatiche, furono create le banche di Leida (una sorta di condensatori accumulatori di carica), furono creati elettroscopi, furono formulate ipotesi qualitative sui fenomeni elettrici e furono fatti audaci tentativi di indagare sull'elettricità. natura elettrica del fulmine.

La natura elettrica dei fulmini e i suoi effetti sugli esseri umani hanno ulteriormente rafforzato l’idea che l’elettricità non solo può colpire le persone, ma anche guarirle. Diamo alcuni esempi. L'8 aprile 1730 gli inglesi Gray e Wheeler realizzarono l'ormai classico esperimento con l'elettrificazione dell'uomo.

Nel cortile della casa in cui viveva Gray, furono scavati nel terreno due pali di legno secchi, sui quali era fissata una trave di legno e sopra la trave di legno furono gettate due corde per capelli. Le loro estremità inferiori erano legate. Le corde sostenevano facilmente il peso del ragazzo che accettò di prendere parte all'esperimento. Dopo essersi sistemato, come su un'altalena, il ragazzo con una mano teneva un'asta o un'asta metallica elettrizzata per attrito, alla quale veniva trasferita una carica elettrica dal corpo elettrizzato. Con l'altra mano, il ragazzo lanciava le monete una ad una in una piastra di metallo che si trovava su una tavola di legno asciutta sotto di lui (Fig. 2). Le monete acquistarono una carica attraverso il corpo del ragazzo; cadendo, caricarono una piastra metallica, che iniziò ad attirare pezzi di paglia secca situati nelle vicinanze. Gli esperimenti furono condotti molte volte e suscitarono notevole interesse non solo tra gli scienziati. Il poeta inglese George Bose scrisse:

Mad Grey, cosa sapevi veramente delle proprietà di quella forza, finora sconosciuta? Ti è permesso, sciocco, correre dei rischi e connettere una persona con l'elettricità?

Riso. 2. Esperienza con l'elettrificazione dell'uomo

I francesi Dufay, Nollet e il nostro connazionale Georg Richman quasi contemporaneamente, indipendentemente l'uno dall'altro, progettarono un dispositivo per misurare il grado di elettrizzazione, che ampliò notevolmente l'uso della scarica elettrica per il trattamento e divenne possibile dosarla. L'Accademia delle Scienze di Parigi ha dedicato diversi incontri alla discussione dell'effetto dello scarico di lattine di Leida su una persona. Anche Luigi XV si interessò a questo. Su richiesta del re, il fisico Nollet, insieme al medico Louis Lemonnier, condusse un esperimento in una delle grandi sale del Palazzo di Versailles, dimostrando l'effetto pungente dell'elettricità statica. I vantaggi dei "divertimenti di corte" erano: molti se ne interessarono, molti iniziarono a studiare i fenomeni dell'elettrificazione.

Nel 1787, il medico e fisico inglese Adams creò per la prima volta una speciale macchina elettrostatica per scopi medici. Lo ha ampiamente utilizzato nella sua pratica medica (Fig. 3) e ha ricevuto risultati positivi, che possono essere spiegati dall'effetto stimolante della corrente, dall'effetto psicoterapeutico e dall'effetto specifico della scarica su una persona.

L'era dell'elettrostatica e della magnetostatica, a cui appartiene tutto ciò che è stato menzionato sopra, termina con lo sviluppo dei fondamenti matematici di queste scienze, effettuato da Poisson, Ostrogradsky, Gauss.

Riso. 3. Seduta di elettroterapia (da un'antica incisione)

L'uso delle scariche elettriche in medicina e biologia ha ricevuto pieno riconoscimento. La contrazione muscolare causata dal contatto con raggi elettrici, anguille, pesci gatto, testimoniava l'azione di una scossa elettrica. Gli esperimenti dell'inglese John Warlish dimostrarono la natura elettrica dell'impatto della pastinaca e l'anatomista Gunther fornì una descrizione accurata dell'organo elettrico di questo pesce.

Nel 1752 il medico tedesco Sulzer pubblicò un messaggio su un nuovo fenomeno da lui scoperto. Il contatto contemporaneo con la lingua di due metalli diversi provoca una peculiare sensazione di sapore aspro. Sulzer non pensava che questa osservazione rappresentasse l'inizio delle aree scientifiche più importanti: l'elettrochimica e l'elettrofisiologia.

L'interesse per l'uso dell'elettricità in medicina è aumentato. L'Accademia di Rouen ha indetto un concorso per il miglior lavoro sull'argomento: "Determinare il grado e le condizioni in cui si può contare sull'elettricità nel trattamento delle malattie". Il primo premio è stato assegnato a Marat, medico di professione, il cui nome è passato alla storia della Rivoluzione francese. L'apparizione del lavoro di Marat fu tempestiva, poiché l'uso dell'elettricità per il trattamento non era privo di misticismo e ciarlataneria. Un certo Mesmer, avvalendosi delle teorie scientifiche alla moda sull'accensione delle macchine elettriche, iniziò ad affermare di aver trovato nel 1771 un rimedio medico universale: il magnetismo "animale", che agisce a distanza sul paziente. Hanno aperto studi medici speciali, dove c'erano macchine elettrostatiche di tensione sufficientemente alta. Il paziente ha dovuto toccare le parti della macchina che trasportavano corrente, mentre ha avvertito una scossa elettrica. Apparentemente, i casi di effetto positivo della permanenza negli studi "medici" di Mesmer possono essere spiegati non solo dall'effetto irritante di una scossa elettrica, ma anche dall'azione dell'ozono, che appare nelle stanze in cui funzionavano le macchine elettrostatiche, e dai fenomeni menzionati prima. Potrebbe avere un effetto positivo su alcuni pazienti e un cambiamento nel contenuto di batteri nell'aria sotto l'influenza della ionizzazione dell'aria. Ma Mesmer non lo sospettava. Dopo i disastrosi fallimenti di cui Marat ha tempestivamente avvertito nel suo lavoro, Mesmer è scomparso dalla Francia. Creata con la partecipazione del più grande fisico francese Lavoisier, la commissione governativa per indagare sulle attività "mediche" di Mesmer non è riuscita a spiegare l'effetto positivo dell'elettricità sugli esseri umani. Il trattamento con l'elettricità in Francia è stato temporaneamente interrotto.

4 Controversia tra Galvani e Volta

E ora parleremo degli studi condotti quasi duecento anni dopo la pubblicazione dell'opera di Gilbert. Ad essi sono associati i nomi del professore italiano di anatomia e medicina Luigi Galvani e del professore italiano di fisica Alessandro Volta.

Nel laboratorio di anatomia dell'Università di Boulogne, Luigi Galvani ha condotto un esperimento, la cui descrizione ha scioccato gli scienziati di tutto il mondo. Le rane venivano sezionate sul tavolo del laboratorio. Il compito dell'esperimento era dimostrare e osservare i nervi nudi dei loro arti. Su questo tavolo c'era una macchina elettrostatica, con l'aiuto della quale è stata creata e studiata una scintilla. Ecco le dichiarazioni dello stesso Luigi Galvani dalla sua opera "Sulle forze elettriche durante i movimenti muscolari": "... Uno dei miei assistenti ha toccato accidentalmente molto leggermente con una punta i nervi femorali interni della rana. Il piede della rana si è contorto bruscamente." E ancora: "... Ciò avviene quando si estrae una scintilla dal condensatore della macchina."

Questo fenomeno può essere spiegato come segue. Un campo elettrico mutevole agisce sugli atomi e sulle molecole d'aria nella zona in cui si verifica la scintilla, di conseguenza acquisiscono una carica elettrica, cessando di essere neutri. Gli ioni risultanti e le molecole caricate elettricamente si propagano a una certa distanza relativamente piccola dalla macchina elettrostatica, poiché quando si muovono, scontrandosi con le molecole d'aria, perdono la loro carica. Allo stesso tempo, possono accumularsi su oggetti metallici ben isolati dalla superficie terrestre e scaricarsi se si verifica un circuito elettrico conduttivo verso terra. Il pavimento del laboratorio era asciutto, di legno. Ha ben isolato da terra la stanza dove lavorava Galvani. L'oggetto su cui si accumularono le cariche era un bisturi di metallo. Anche un leggero tocco del bisturi sul nervo della rana provocava una "scarica" ​​di elettricità statica accumulata sul bisturi, provocando il ritiro della zampa senza alcun danno meccanico. Di per sé il fenomeno delle scariche secondarie causate dall'induzione elettrostatica era già noto a quei tempi.

Il brillante talento dello sperimentatore e la conduzione di un gran numero di studi versatili hanno permesso a Galvani di scoprire un altro fenomeno importante per l'ulteriore sviluppo dell'ingegneria elettrica. C'è un esperimento sullo studio dell'elettricità atmosferica. Per citare lo stesso Galvani: "... Stanco... di vana attesa... cominciò... a premere i ganci di rame conficcati nella spina dorsale contro le sbarre di ferro: le zampe della rana si rimpicciolirono." I risultati dell'esperimento, condotto non più all'aria aperta, ma al chiuso, in assenza di macchine elettrostatiche funzionanti, hanno confermato che la contrazione del muscolo della rana, simile alla contrazione provocata dalla scintilla di una macchina elettrostatica, avviene quando il corpo della rana viene toccato contemporaneamente da due diversi oggetti metallici: un filo e una piastra di rame, argento o ferro. Nessuno aveva osservato un fenomeno del genere prima di Galvani. Sulla base dei risultati delle osservazioni, trae una conclusione audace e inequivocabile. Esiste un'altra fonte di elettricità, è l'elettricità "animale" (il termine equivale al termine "attività elettrica dei tessuti viventi"). Un muscolo vivente, sosteneva Galvani, è un condensatore come una bottiglia di Leida, al suo interno si accumula elettricità positiva. Il nervo della rana funge da "conduttore" interno. Collegando due conduttori metallici a un muscolo si provoca il flusso di corrente elettrica che, come una scintilla proveniente da una macchina elettrostatica, provoca la contrazione del muscolo.

Galvani ha sperimentato per ottenere un risultato inequivocabile solo sui muscoli della rana. Forse è questo che gli ha permesso di proporre di utilizzare la "preparazione fisiologica" del piede di rana come misuratore della quantità di elettricità. Una misura della quantità di elettricità, alla quale serviva un tale indicatore fisiologico, era l'attività di alzarsi e abbassarsi della zampa quando entrava in contatto con una piastra metallica, che veniva contemporaneamente toccata da un uncino passante attraverso il midollo spinale della zampa. rana e la frequenza di sollevamento della zampa per unità di tempo. Per qualche tempo, un tale indicatore fisiologico è stato utilizzato anche da eminenti fisici, e in particolare da Georg Ohm.

L'esperimento elettrofisiologico di Galvani permise ad Alessandro Volta di creare la prima fonte elettrochimica di energia elettrica, che, a sua volta, aprì una nuova era nello sviluppo dell'ingegneria elettrica.

Alessandro Volta fu uno dei primi ad apprezzare la scoperta di Galvani. Ripete gli esperimenti di Galvani con grande cura e riceve molti dati che confermano i suoi risultati. Ma già nei suoi primi articoli "Sull'elettricità animale" e in una lettera al dottor Boronio del 3 aprile 1792, Volta, in contrasto con Galvani, che interpreta i fenomeni osservati dal punto di vista dell'elettricità "animale", mette in evidenza le caratteristiche chimico-fisiche fenomeni. Volta stabilisce l'importanza di utilizzare per questi esperimenti metalli dissimili (zinco, rame, piombo, argento, ferro), tra i quali viene steso un panno inumidito con acido.

Ecco cosa scrive Volta: "Negli esperimenti di Galvani, la rana è la fonte di elettricità. Ma cos'è una rana o qualsiasi animale in generale? Prima di tutto, questi sono nervi e muscoli, e contengono vari composti chimici. Se il i nervi e i muscoli della rana preparata sono collegati a due metalli diversi, quindi quando tale circuito è chiuso, si manifesta un'azione elettrica. Nel mio ultimo esperimento hanno partecipato anche due metalli diversi: staniolo (piombo) e argento, e il la saliva della lingua svolgeva il ruolo di liquido. Chiudendo il circuito con una piastra di collegamento, creavo le condizioni per il movimento continuo del fluido elettrico da un luogo all'altro. Ma potevo far cadere questi stessi oggetti metallici semplicemente nell'acqua o in un liquido simile alla saliva? E l'elettricità "animale"?

Gli esperimenti condotti da Volta permettono di formulare la conclusione che la fonte dell'azione elettrica è una catena di metalli dissimili quando entrano in contatto con un panno umido o imbevuto di una soluzione acida.

In una delle lettere al suo amico dottor Vazagi (ancora un esempio dell'interesse di un medico per l'elettricità), Volta scrive: “Sono da tempo convinto che ogni azione provenga dai metalli, dal contatto dei quali il fluido elettrico entra in un ambiente umido o corpo acquoso. Su questa base credo che abbia il diritto di attribuire ai metalli tutti i nuovi fenomeni elettrici e di sostituire il nome "elettricità animale" con l'espressione "elettricità metallica".

Secondo Volt, le cosce di rana sono un elettroscopio sensibile. Tra Galvani e Volta, così come tra i loro seguaci, sorse una disputa storica: una disputa sull'elettricità "animale" o "metallica".

Galvani non si è arreso. Ha escluso completamente il metallo dall'esperimento e ha persino sezionato le rane con coltelli di vetro. Si è scoperto che anche in questo esperimento, il contatto del nervo femorale della rana con il suo muscolo ha portato a una contrazione chiaramente evidente, anche se molto più piccola rispetto alla partecipazione dei metalli. Questa è stata la prima fissazione dei fenomeni bioelettrici, su cui si basa la moderna elettrodiagnostica del sistema cardiovascolare e di numerosi altri sistemi umani.

Volta sta cercando di svelare la natura dei fenomeni insoliti scoperti. Di fronte a lui formula chiaramente il seguente problema: "Qual è la causa della comparsa dell'elettricità?" Mi sono chiesto come lo farebbe ciascuno di voi. Le riflessioni mi hanno portato ad una soluzione: dal contatto di due metalli diversi, ad esempio argento e zinco, l'equilibrio dell'elettricità in entrambi i metalli è disturbato. Nel punto di contatto dei metalli, l'elettricità positiva fluisce dall'argento allo zinco e si accumula su quest'ultimo, mentre l'elettricità negativa si condensa sull'argento Ciò significa che la materia elettrica si muove in una certa direzione. Quando ho applicato una sull'altra piastre di argento e zinco senza distanziatori intermedi, cioè le piastre di zinco erano a contatto con quelle d'argento, allora il loro effetto totale si è ridotto a zero. Per potenziare l'effetto elettrico o riassumerlo, ogni lastra di zinco deve essere portata a contatto con un solo argento e aggiungere in sequenza il maggior numero di paia. Ciò si ottiene proprio perché ho messo un pezzo di stoffa bagnata su ciascuna lastra di zinco, separandola così dalla lastra d'argento della coppia successiva. "Molto di ciò che ha detto Volt non perde il suo significato anche adesso, alla luce di idee scientifiche moderne.

Purtroppo questa disputa si interruppe tragicamente. L'esercito di Napoleone occupò l'Italia. Per aver rifiutato di giurare fedeltà al nuovo governo, Galvani perse la cattedra, fu licenziato e morì poco dopo. Il secondo partecipante alla disputa, Volta, visse abbastanza da vedere il pieno riconoscimento delle scoperte di entrambi gli scienziati. In una disputa storica, entrambi avevano ragione. Il biologo Galvani è entrato nella storia della scienza come il fondatore della bioelettricità, il fisico Volta come il fondatore delle fonti di corrente elettrochimiche.

4. Esperimenti di VV Petrov. Gli inizi dell'elettrodinamica

La prima fase della scienza dell'elettricità "animale" e "metallica" è completata dal lavoro del professore di fisica dell'Accademia medico-chirurgica (ora Accademia medica militare intitolata a S. M. Kirov a Leningrado), accademico V. V. Petrov.

Le attività di V.V. Petrov hanno avuto un enorme impatto sullo sviluppo della scienza sull'uso dell'elettricità in medicina e biologia nel nostro paese. All'Accademia medico-chirurgica creò un gabinetto di fisica dotato di attrezzature eccellenti. Mentre lavorava lì, Petrov costruì la prima fonte elettrochimica al mondo di energia elettrica ad alta tensione. Stimando la tensione di questa fonte in base al numero di elementi in essa contenuti, si può presumere che la tensione abbia raggiunto 1800-2000 V con una potenza di circa 27-30 W. Questa fonte universale ha permesso a V. V. Petrov di condurre dozzine di studi in un breve periodo di tempo, che hanno aperto vari modi di utilizzare l'elettricità in vari campi. Il nome di V. V. Petrov è solitamente associato all'emergere di una nuova fonte di illuminazione, vale a dire elettrica, basata sull'uso di un arco elettrico da lui scoperto che funziona efficacemente. Nel 1803, V. V. Petrov presentò i risultati delle sue ricerche nel libro "Le notizie sugli esperimenti galvanico-voltiani". Questo è il primo libro sull'elettricità pubblicato nel nostro Paese. Fu ripubblicato qui nel 1936.

In questo libro è importante non solo la ricerca elettrica, ma anche i risultati dello studio della relazione e dell'interazione della corrente elettrica con un organismo vivente. Petrov ha dimostrato che il corpo umano è capace di elettrificazione e che una batteria galvanico-voltaica, composta da un gran numero di elementi, è pericolosa per l'uomo; infatti predisse la possibilità di utilizzare l'elettricità per la terapia fisica.

L'influenza della ricerca di VV Petrov sullo sviluppo dell'ingegneria elettrica e della medicina è grande. La sua opera "Notizie sugli esperimenti galvanici-volta", tradotta in latino, adorna, insieme all'edizione russa, le biblioteche nazionali di molti paesi europei. Il laboratorio elettrofisico creato da V.V. Petrov permise agli scienziati dell'accademia a metà del XIX secolo di espandere ampiamente la ricerca nel campo dell'uso dell'elettricità per il trattamento. L'Accademia Medica Militare in questa direzione ha assunto una posizione di leadership non solo tra le istituzioni del nostro Paese, ma anche tra le istituzioni europee. Basti citare i nomi dei professori V. P. Egorov, V. V. Lebedinsky, A. V. Lebedinsky, N. P. Khlopin, S. A. Lebedev.

Cosa ha portato il XIX secolo allo studio dell’elettricità? Innanzitutto è finito il monopolio della medicina e della biologia sull’elettricità. Galvani, Volta, Petrov ne hanno gettato le basi. La prima metà e la metà del XIX secolo furono segnate da importanti scoperte nel campo dell'elettrotecnica. A queste scoperte sono associati i nomi del danese Hans Oersted, dei francesi Dominique Arago e Andre Ampère, del tedesco Georg Ohm, dell'inglese Michael Faraday, dei nostri connazionali Boris Jacobi, Emil Lenz e Pavel Schilling e di molti altri scienziati.

Descriviamo brevemente la più importante di queste scoperte, che sono direttamente correlate al nostro argomento. Oersted fu il primo a stabilire la relazione completa tra fenomeni elettrici e magnetici. Sperimentando con l'elettricità galvanica (come allora venivano chiamati i fenomeni elettrici derivanti da sorgenti di corrente elettrochimica, in contrasto con i fenomeni causati da una macchina elettrostatica), Oersted scoprì deviazioni dell'ago di una bussola magnetica situata vicino a una sorgente di corrente elettrica (batteria galvanica ) al momento del cortocircuito e dell'interruzione del circuito elettrico. Ha scoperto che questa deviazione dipende dalla posizione della bussola magnetica. Il grande merito di Oersted è che lui stesso ha apprezzato l'importanza del fenomeno da lui scoperto. Apparentemente irremovibili per più di duecento anni, le idee basate sulle opere di Gilbert sull'indipendenza dei fenomeni magnetici ed elettrici crollarono. Oersted ha ricevuto materiale sperimentale affidabile, sulla base del quale scrive, e poi pubblica il libro "Esperimenti relativi all'azione del conflitto elettrico su un ago magnetico". Egli formula brevemente la sua impresa nel modo seguente: "L'elettricità galvanica, passando da nord a sud su un ago magnetico sospeso liberamente, devia la sua estremità settentrionale verso est e, passando nella stessa direzione sotto l'ago, la devia verso ovest. "

Il fisico francese André Ampère ha rivelato in modo chiaro e profondo il significato dell'esperimento di Oersted, che costituisce la prima prova attendibile della relazione tra magnetismo ed elettricità. Ampère fu uno scienziato molto versatile, eccellente in matematica, appassionato di chimica, botanica e letteratura antica. Fu un grande divulgatore delle scoperte scientifiche. I meriti di Ampere nel campo della fisica possono essere formulati come segue: ha creato una nuova sezione nella dottrina dell'elettricità: l'elettrodinamica, che copre tutte le manifestazioni dell'elettricità in movimento. La fonte di cariche elettriche in movimento di Ampère era una batteria galvanica. Chiudendo il circuito, riceveva il movimento delle cariche elettriche. Ampere ha dimostrato che le cariche elettriche a riposo (elettricità statica) non agiscono su un ago magnetico, non lo deviano. In termini moderni, Ampère è stato in grado di rivelare il significato dei transitori (accensione di un circuito elettrico).

Michael Faraday completa le scoperte di Oersted e Ampere - crea una dottrina logica coerente dell'elettrodinamica. Allo stesso tempo, possiede una serie di importanti scoperte indipendenti, che senza dubbio hanno avuto un impatto importante sull'uso dell'elettricità e del magnetismo in medicina e biologia. Michael Faraday non era un matematico come Ampère; nelle sue numerose pubblicazioni non usò una sola espressione analitica. Il talento di uno sperimentatore, coscienzioso e laborioso, ha permesso a Faraday di compensare la mancanza di analisi matematica. Faraday scopre la legge di induzione. Come ha detto lui stesso: "Ho trovato il modo di trasformare l'elettricità in magnetismo e viceversa". Scopre l'autoinduzione.

Il completamento della più grande ricerca di Faraday è la scoperta delle leggi del passaggio della corrente elettrica attraverso liquidi conduttivi e della decomposizione chimica di questi ultimi, che avviene sotto l'influenza della corrente elettrica (il fenomeno dell'elettrolisi). Faraday formula la legge fondamentale in questo modo: "La quantità di una sostanza che si trova su piastre conduttrici (elettrodi) immerse in un liquido dipende dall'intensità della corrente e dal tempo che trascorre: maggiore è l'intensità della corrente e più tempo passa , maggiore sarà la quantità di sostanza rilasciata nella soluzione".

La Russia si è rivelata uno dei paesi in cui le scoperte di Oersted, Arago, Ampere e, soprattutto, Faraday hanno trovato sviluppo diretto e applicazione pratica. Boris Jacobi, sfruttando le scoperte dell'elettrodinamica, crea la prima nave con motore elettrico. Emil Lenz possiede numerose opere di grande interesse pratico in vari campi dell'ingegneria elettrica e della fisica. Il suo nome è solitamente associato alla scoperta della legge dell'equivalente termico dell'energia elettrica, chiamata legge di Joule-Lenz. Inoltre, Lenz stabilì una legge che porta il suo nome. Ciò conclude il periodo di creazione delle basi dell'elettrodinamica.

1 L'uso dell'elettricità in medicina e biologia nel XIX secolo

P. N. Yablochkov, posizionando due carboni in parallelo, separati da un lubrificante fondente, crea una candela elettrica, una semplice fonte di luce elettrica in grado di illuminare una stanza per diverse ore. La candela Yablochkov è durata tre o quattro anni, trovando applicazione in quasi tutti i paesi del mondo. È stata sostituita da una lampada a incandescenza più durevole. Ovunque vengono creati generatori elettrici e si stanno diffondendo anche le batterie. I campi di applicazione dell’elettricità sono in aumento.

Anche l'uso dell'elettricità in chimica, iniziato da M. Faraday, sta diventando popolare. Il movimento di una sostanza - il movimento dei portatori di carica - ha trovato una delle sue prime applicazioni in medicina per l'introduzione dei corrispondenti composti medicinali nel corpo umano. L'essenza del metodo è la seguente: una garza o qualsiasi altro tessuto è impregnato del composto medicinale desiderato, che funge da guarnizione tra gli elettrodi e il corpo umano; è localizzato sulle zone del corpo da trattare. Gli elettrodi sono collegati a una fonte di corrente continua. Il metodo di somministrazione di tali composti medicinali, utilizzato per la prima volta nella seconda metà del XIX secolo, è ancora diffuso oggi. Si chiama elettroforesi o ionoforesi. Il lettore può conoscere l'applicazione pratica dell'elettroforesi nel capitolo cinque.

Un'altra scoperta di grande importanza per la medicina pratica avvenne nel campo dell'ingegneria elettrica. Il 22 agosto 1879, lo scienziato inglese Crookes riferì le sue ricerche sui raggi catodici, di cui all'epoca si sapeva quanto segue:

Quando una corrente ad alta tensione viene fatta passare attraverso un tubo con un gas molto rarefatto, un flusso di particelle fuoriesce dal catodo, correndo ad una velocità enorme. 2. Queste particelle si muovono rigorosamente in linea retta. 3. Questa energia radiante può produrre un'azione meccanica. Ad esempio, per ruotare una piccola piattaforma girevole posta sul suo percorso. 4. L'energia radiante viene deviata da un magnete. 5. Nei luoghi in cui cade la materia radiante, si sviluppa calore. Se al catodo viene data la forma di uno specchio concavo, anche le leghe refrattarie come, ad esempio, una lega di iridio e platino, possono essere fuse nel fuoco di questo specchio. 6. Raggi catodici: il flusso di corpi materiali è inferiore a un atomo, cioè particelle di elettricità negativa.

Questi sono i primi passi in previsione di una nuova importante scoperta fatta da Wilhelm Conrad Roentgen. Roentgen scoprì una fonte di radiazioni fondamentalmente diversa, che chiamò raggi X (X-Ray). Successivamente questi raggi furono chiamati raggi X. Il messaggio di Roentgen fece scalpore. In tutti i paesi, molti laboratori iniziarono a riprodurre l'impianto di Roentgen, per ripetere e sviluppare le sue ricerche. Questa scoperta ha suscitato particolare interesse tra i medici.

I laboratori fisici dove sono state realizzate le apparecchiature utilizzate dalla Roentgen per ricevere i raggi X furono attaccati dai medici, dai loro pazienti, che sospettavano di aver ingoiato nel loro corpo aghi, bottoni metallici, ecc.. La storia della medicina non aveva conosciuto un processo così rapido attuazione pratica delle scoperte nel campo dell'elettricità, come è avvenuto con il nuovo strumento diagnostico: i raggi X.

Interessato alle radiografie immediatamente e in Russia. Non ci sono ancora pubblicazioni scientifiche ufficiali, recensioni su di esse, dati accurati sulle apparecchiature, è apparso solo un breve messaggio sul rapporto di Roentgen, e vicino a San Pietroburgo, a Kronstadt, l'inventore della radio Alexander Stepanovich Popov sta già iniziando a creare la primo apparecchio radiografico domestico. Si sa poco di questo. Per quanto riguarda il ruolo di A. S. Popov nello sviluppo delle prime macchine a raggi X domestiche, la loro implementazione, forse, è diventata nota per la prima volta dal libro di F. Veitkov. È stato integrato con grande successo dalla figlia dell'inventore, Ekaterina Alexandrovna Kyandskaya-Popova, che, insieme a V. Tomat, ha pubblicato l'articolo "L'inventore della radio e dei raggi X" sulla rivista "Science and Life" (1971, n. .8).

Nuovi progressi nell'ingegneria elettrica hanno quindi ampliato le possibilità di studio dell'elettricità "animale". Matteuchi, utilizzando il galvanometro creato allora, dimostrò che durante la vita di un muscolo si forma un potenziale elettrico. Tagliando il muscolo attraverso le fibre, lo collegò a uno dei poli del galvanometro e collegò la superficie longitudinale del muscolo all'altro polo e ricevette un potenziale compreso tra 10 e 80 mV. Il valore del potenziale è determinato dal tipo di muscoli. Secondo Matteuchi, "il biotok scorre" dalla superficie longitudinale alla sezione trasversale e la sezione trasversale è elettronegativa. Questo fatto curioso è stato confermato da esperimenti su vari animali - tartarughe, conigli, ratti e uccelli, condotti da numerosi ricercatori, tra cui vanno distinti i fisiologi tedeschi Dubois-Reymond, Herman e il nostro connazionale V. Yu Chagovets. Peltier nel 1834 pubblicò un lavoro in cui presentava i risultati di uno studio sull'interazione dei biopotenziali con una corrente continua che scorre attraverso i tessuti viventi. Si è scoperto che in questo caso la polarità dei biopotenziali cambia. Cambiano anche le ampiezze.

Allo stesso tempo sono stati osservati anche cambiamenti nelle funzioni fisiologiche. Nei laboratori di fisiologi, biologi e medici compaiono strumenti di misura elettrici che hanno una sensibilità sufficiente e limiti di misurazione adeguati. Si sta accumulando un materiale sperimentale ampio e versatile. Ciò pone fine alla preistoria dell'uso dell'elettricità in medicina e allo studio dell'elettricità "animale".

L'emergere di metodi fisici che forniscono bioinformazioni primarie, lo sviluppo moderno di strumenti di misurazione elettrica, teoria dell'informazione, autometria e telemetria, l'integrazione delle misurazioni: questo è ciò che segna una nuova tappa storica nei settori scientifico, tecnico e biomedico dell'uso dell'elettricità.

2 Storia della radioterapia e diagnosi

Alla fine del XIX secolo furono fatte scoperte molto importanti. Per la prima volta, una persona poteva vedere con i propri occhi qualcosa che si nascondeva dietro una barriera opaca alla luce visibile. Konrad Roentgen scoprì i cosiddetti raggi X, che potevano penetrare le barriere otticamente opache e creare immagini d'ombra degli oggetti nascosti dietro di esse. Fu scoperto anche il fenomeno della radioattività. Già nel XX secolo, nel 1905, Eindhoven dimostrò l'attività elettrica del cuore. Da quel momento iniziò a svilupparsi l'elettrocardiografia.

I medici iniziarono a ricevere sempre più informazioni sullo stato degli organi interni del paziente, che non potevano osservare senza dispositivi appropriati creati dagli ingegneri sulla base delle scoperte dei fisici. Alla fine, i medici hanno avuto l'opportunità di osservare il funzionamento degli organi interni.

All'inizio della seconda guerra mondiale, i principali fisici del pianeta, anche prima della comparsa di informazioni sulla fissione di atomi pesanti e sul colossale rilascio di energia in questo caso, giunsero alla conclusione che era possibile creare isotopi radioattivi artificiali . Il numero di isotopi radioattivi non è limitato agli elementi radioattivi naturalmente conosciuti. Sono noti per tutti gli elementi chimici della tavola periodica. Gli scienziati sono riusciti a tracciare la loro storia chimica senza disturbare il corso del processo studiato.

Già negli anni '20 si tentò di utilizzare isotopi naturalmente radioattivi della famiglia del radio per determinare la velocità del flusso sanguigno negli esseri umani. Ma questo tipo di ricerca non era ampiamente utilizzato nemmeno per scopi scientifici. Gli isotopi radioattivi hanno ricevuto un uso più ampio nella ricerca medica, compresa quella diagnostica, negli anni Cinquanta, dopo la creazione dei reattori nucleari, in cui era abbastanza facile ottenere elevate attività di isotopi radioattivi artificialmente.

L’esempio più famoso di uno dei primi usi degli isotopi radioattivi artificialmente è l’uso degli isotopi di iodio per la ricerca sulla tiroide. Il metodo ha permesso di comprendere la causa delle malattie della tiroide (gozzo) per alcune zone di residenza. È stata dimostrata un’associazione tra il contenuto di iodio nella dieta e le malattie della tiroide. Come risultato di questi studi, tu ed io consumiamo sale da cucina, in cui vengono deliberatamente introdotti integratori di iodio inattivo.

Inizialmente, per studiare la distribuzione dei radionuclidi in un organo, venivano utilizzati rivelatori a scintillazione singola, che scansionavano punto per punto l'organo in esame, cioè lo scannerizzò, muovendosi lungo la linea del meandro sull'intero organo in esame. Tale studio era chiamato scansione e i dispositivi utilizzati per questo erano chiamati scanner (scanner). Con lo sviluppo di rilevatori sensibili alla posizione, che, oltre a registrare un quanto gamma caduto, determinavano anche le coordinate del suo ingresso nel rilevatore, è diventato possibile visualizzare contemporaneamente l'intero organo studiato senza spostare il rilevatore sopra. Attualmente l'acquisizione di un'immagine della distribuzione dei radionuclidi nell'organo in esame si chiama scintigrafia. Sebbene, in generale, il termine scintigrafia sia stato introdotto nel 1955 (Andrews et al.) e inizialmente si riferisse alla scansione. Tra i sistemi con rilevatori fissi, la cosiddetta gamma camera, proposta per la prima volta da Anger nel 1958, è quella più utilizzata.

La gamma camera ha permesso di ridurre significativamente i tempi di acquisizione delle immagini e, in relazione a ciò, di utilizzare radionuclidi a vita più breve. L'uso di radionuclidi di breve durata riduce significativamente la dose di esposizione alle radiazioni al corpo del soggetto, il che ha permesso di aumentare l'attività dei radiofarmaci somministrati ai pazienti. Allo stato attuale, quando si utilizza Ts-99t, il tempo necessario per ottenere un'immagine è una frazione di secondo. Tempi così brevi per ottenere un singolo fotogramma hanno portato alla nascita della scintigrafia dinamica, quando durante lo studio si ottengono più immagini consecutive dell'organo in esame. L'analisi di tale sequenza consente di determinare la dinamica dei cambiamenti nell'attività sia nell'organo nel suo insieme che nelle sue singole parti, cioè esiste una combinazione di studi dinamici e scintigrafici.

Con lo sviluppo della tecnica per ottenere immagini della distribuzione dei radionuclidi nell'organo in esame, è sorta la questione delle modalità con cui valutare la distribuzione dei radiofarmaci all'interno dell'area esaminata, soprattutto nella scintigrafia dinamica. Gli canogrammi venivano elaborati principalmente visivamente, il che è diventato inaccettabile con lo sviluppo della scintigrafia dinamica. Il problema principale era l'impossibilità di tracciare curve che riflettessero il cambiamento dell'attività radiofarmaceutica nell'organo studiato o nelle sue singole parti. Naturalmente si possono notare numerosi difetti degli scintigrammi risultanti: la presenza di rumore statistico, l'impossibilità di sottrarre lo sfondo degli organi e dei tessuti circostanti, l'impossibilità di ottenere un'immagine riassuntiva nella scintigrafia dinamica basata su un numero di fotogrammi successivi .

Tutto ciò ha portato alla nascita di sistemi di elaborazione digitale computerizzati per gli scintigrammi. Nel 1969, Jinuma e colleghi utilizzarono le capacità di un computer per elaborare gli scintigrammi, il che rese possibile ottenere informazioni diagnostiche più affidabili e in un volume molto più ampio. A questo proposito, i sistemi computerizzati per la raccolta e l'elaborazione delle informazioni scintigrafiche hanno cominciato ad essere introdotti in modo molto intensivo nella pratica dei dipartimenti di diagnostica dei radionuclidi. Tali dipartimenti divennero i primi dipartimenti medici pratici in cui i computer furono ampiamente introdotti.

Lo sviluppo di sistemi digitali per la raccolta e l'elaborazione delle informazioni scintigrafiche basati su un computer ha gettato le basi per i principi e i metodi di elaborazione delle immagini diagnostiche mediche, che sono stati utilizzati anche nell'elaborazione di immagini ottenute utilizzando altri principi medici e fisici. Questo vale per le immagini a raggi X, le immagini ottenute nella diagnostica ecografica e, naturalmente, per la tomografia computerizzata. D'altra parte, lo sviluppo delle tecniche di tomografia computerizzata ha portato, a sua volta, alla creazione di tomografi a emissione, sia a fotone singolo che a positrone. Lo sviluppo di alte tecnologie per l'uso degli isotopi radioattivi negli studi diagnostici medici e il loro crescente utilizzo nella pratica clinica hanno portato all'emergere di una disciplina medica indipendente di diagnostica dei radioisotopi, che in seguito divenne nota come diagnostica dei radionuclidi secondo la standardizzazione internazionale. Poco dopo apparve il concetto di medicina nucleare, che combinava i metodi di utilizzo dei radionuclidi, sia per la diagnosi che per la terapia. Con lo sviluppo della diagnostica dei radionuclidi in cardiologia (nei paesi sviluppati, fino al 30% del numero totale di studi sui radionuclidi è diventato cardiologico), è apparso il termine cardiologia nucleare.

Un altro gruppo estremamente importante di studi che utilizzano radionuclidi è quello degli studi in vitro. Questo tipo di ricerca non prevede l'introduzione di radionuclidi nel corpo del paziente, ma utilizza metodi radionuclidici per determinare la concentrazione di ormoni, anticorpi, farmaci e altre sostanze clinicamente importanti in campioni di sangue o tessuti. Inoltre, la moderna biochimica, fisiologia e biologia molecolare non possono esistere senza i metodi dei traccianti radioattivi e della radiometria.

Nel nostro Paese, l'introduzione di massa dei metodi di medicina nucleare nella pratica clinica iniziò alla fine degli anni '50, dopo l'emanazione dell'ordinanza del Ministro della Sanità dell'URSS (n. 248 del 15 maggio 1959) sulla creazione di dipartimenti di diagnostica dei radioisotopi in grandi istituti oncologici e la costruzione di edifici radiologici standard, alcuni dei quali sono ancora in funzione. Un ruolo importante è stato svolto anche dalla risoluzione del Comitato Centrale del PCUS e del Consiglio dei Ministri dell'URSS del 14 gennaio 1960 n. 58 "Sulle misure per migliorare ulteriormente l'assistenza medica e la protezione sanitaria della popolazione dell'URSS" , che prevedeva l'ampia introduzione dei metodi radiologici nella pratica medica.

Il rapido sviluppo della medicina nucleare negli ultimi anni ha portato ad una carenza di radiologi e ingegneri specializzati nel campo della diagnostica dei radionuclidi. Il risultato dell'applicazione di tutte le tecniche radionuclidiche dipende da due punti importanti: da un lato, dal sistema di rilevamento con sufficiente sensibilità e risoluzione, e dall'altro, dalla preparazione radiofarmaceutica che fornisce un livello accettabile di accumulo nell'organo o nel tessuto desiderato. l'altra mano. Pertanto, ogni esperto nel campo della medicina nucleare deve avere una profonda conoscenza delle basi fisiche della radioattività e dei sistemi di rilevamento, nonché una conoscenza della chimica dei radiofarmaci e dei processi che determinano la loro localizzazione in determinati organi e tessuti. Questa monografia non è una semplice rassegna dei risultati ottenuti nel campo della diagnostica dei radionuclidi. Presenta molto materiale originale, che è il risultato della ricerca dei suoi autori. Esperienza a lungo termine di lavoro congiunto del team di sviluppatori del dipartimento di apparecchiature radiologiche del CJSC "VNIIMP-VITA", del Centro oncologico dell'Accademia russa delle scienze mediche, del Complesso di ricerca e produzione di cardiologia del Ministero della Salute Federazione Russa, l'Istituto di ricerca di cardiologia del Centro scientifico di Tomsk dell'Accademia russa delle scienze mediche, l'Associazione dei fisici medici della Russia hanno permesso di considerare le questioni teoriche dell'imaging dei radionuclidi, l'implementazione pratica di tali tecniche e l'ottenimento del massimo risultati diagnostici informativi per la pratica clinica.

Lo sviluppo della tecnologia medica nel campo della diagnostica dei radionuclidi è indissolubilmente legato al nome di Sergei Dmitrievich Kalashnikov, che ha lavorato in questa direzione per molti anni presso l'Istituto di ricerca scientifica di strumentazione medica dell'Unione e ha supervisionato la creazione del primo tomografo russo gammacamera GKS-301.

5. Una breve storia della terapia ad ultrasuoni

La tecnologia ad ultrasuoni iniziò a svilupparsi durante la prima guerra mondiale. Fu allora, nel 1914, quando testò un nuovo emettitore di ultrasuoni in un grande acquario da laboratorio, l'eccezionale fisico sperimentale francese Paul Langevin scoprì che i pesci, quando esposti agli ultrasuoni, si preoccupavano, si agitavano, poi si calmavano, ma dopo un po' cominciarono a morire. Così, per caso, è stato effettuato il primo esperimento, da cui è iniziato lo studio dell'effetto biologico degli ultrasuoni. Alla fine degli anni '20 del XX secolo. Sono stati fatti i primi tentativi di utilizzare gli ultrasuoni in medicina. E nel 1928, i medici tedeschi usavano già gli ultrasuoni per curare le malattie dell'orecchio negli esseri umani. Nel 1934, l'otorinolaringoiatra sovietico E.I. Anokhrienko ha introdotto il metodo degli ultrasuoni nella pratica terapeutica ed è stato il primo al mondo a effettuare un trattamento combinato con ultrasuoni e corrente elettrica. Ben presto, gli ultrasuoni furono ampiamente utilizzati in fisioterapia, guadagnando rapidamente fama come uno strumento molto efficace. Prima di applicare gli ultrasuoni per curare le malattie umane, il loro effetto veniva attentamente testato sugli animali, ma nuovi metodi sono arrivati ​​​​alla medicina veterinaria pratica dopo essere stati ampiamente utilizzati in medicina. Le prime macchine ad ultrasuoni erano molto costose. Il prezzo, ovviamente, non ha importanza quando si tratta della salute delle persone, ma nella produzione agricola bisogna tenerne conto, poiché non dovrebbe essere non redditizio. I primi metodi di trattamento ad ultrasuoni erano basati su osservazioni puramente empiriche, tuttavia, parallelamente allo sviluppo della fisioterapia ad ultrasuoni, sono stati sviluppati studi sui meccanismi dell'azione biologica degli ultrasuoni. I loro risultati hanno permesso di apportare modifiche alla pratica dell’uso degli ultrasuoni. Negli anni '40 e '50, ad esempio, si credeva che gli ultrasuoni con un'intensità fino a 5 ... 6 W / cmq o anche fino a 10 W / cmq fossero efficaci a scopo terapeutico. Ben presto, però, l’intensità degli ultrasuoni utilizzati in medicina e veterinaria cominciò a diminuire. Quindi negli anni '60 del XX secolo. l'intensità massima degli ultrasuoni generati dai dispositivi per fisioterapia è scesa a 2...3 W/cmq, e i dispositivi attualmente prodotti emettono ultrasuoni con un'intensità non superiore a 1 W/cmq. Ma oggi, nella fisioterapia medica e veterinaria, vengono spesso utilizzati gli ultrasuoni con un'intensità di 0,05-0,5 W / mq. cm.

Conclusione

Naturalmente non ho potuto ripercorrere integralmente la storia dello sviluppo della fisica medica, perché altrimenti avrei dovuto raccontare dettagliatamente ogni scoperta fisica. Tuttavia, ho indicato le fasi principali dello sviluppo del miele. fisici: le sue origini non affondano nel XX secolo, come molti credono, ma molto prima, in tempi antichi. Oggi le scoperte di quel tempo ci sembreranno sciocchezze, ma in realtà per quel periodo fu un'indubbia svolta nello sviluppo.

È difficile sopravvalutare il contributo dei fisici allo sviluppo della medicina. Prendiamo Leonardo da Vinci, che descrisse la meccanica dei movimenti articolari. Se si guarda obiettivamente alle sue ricerche si capisce che la moderna scienza delle articolazioni comprende la stragrande maggioranza dei suoi lavori. O Harvey, che per primo dimostrò la chiusura della circolazione sanguigna. Pertanto, mi sembra che dovremmo apprezzare il contributo dei fisici allo sviluppo della medicina.

Elenco della letteratura usata

1. "Fondamenti dell'interazione degli ultrasuoni con oggetti biologici". Gli ultrasuoni in medicina, medicina veterinaria e biologia sperimentale. (Autori: Akopyan V.B., Ershov Yu.A., a cura di Shchukin S.I., 2005)

Attrezzature e metodi di diagnostica dei radionuclidi in medicina. Kalantarov K.D., Kalashnikov S.D., Kostylev V.A. e altri, ed. Viktorova V.A.

Kharlamov I.F. Pedagogia. - M.: Gardariki, 1999. - 520 s; pagina 391

Elettricità e uomo; Manoilov V.E. ; Energoatomizdat 1998, pp. 75-92

Cherednichenko T.V. La musica nella storia della cultura. - Dolgoprudny: Allegro-press, 1994, pagina 200

La vita quotidiana dell'antica Roma attraverso la lente del piacere, Jean-Noel Robber, The Young Guard, 2006, pagina 61

Platone. Dialoghi; Pensiero, 1986, p.693

Cartesio R. Opere: In 2 volumi - Vol. 1. - M.: Pensiero, 1989. Pp. 280, 278

Platone. Dialoghi - Timeo; Pensiero, 1986, pagina 1085

Leonardo Da Vinci. Opere selezionate. In 2 volumi T.1. / Ristampa da ed. 1935 - M.: Ladomir, 1995.

Aristotele. Funziona in quattro volumi. T.1.Ed.V. F. Asmus. M.,<Мысль>, 1976, pp. 444, 441

Elenco delle risorse Internet:

Terapia del suono - Nag-Cho http://tanadug.ru/tibetan-medicine/healing/sound-healing

(data del trattamento 18.09.12)

Storia della fototerapia - http://www.argo-shop.com.ua/article-172.html (accesso il 21.09.12)

Trattamento antincendio - http://newagejournal.info/lechenie-ognem-ili-moksaterapia/ (accesso 21.09.12)

Medicina orientale - (data di accesso 22.09.12)://arenda-ceragem.narod2.ru/eto_nuzhno_znat/vostochnaya_meditsina_vse_luchshee_lyudyam

Fisica medica Podkolzina Vera Alexandrovna

1. Fisica medica. Storia breve

La fisica medica è la scienza di un sistema costituito da dispositivi fisici e radiazioni, dispositivi e tecnologie mediche e diagnostiche.

L'obiettivo della fisica medica è studiare questi sistemi per la prevenzione e la diagnosi delle malattie, nonché il trattamento dei pazienti utilizzando metodi e mezzi della fisica, della matematica e della tecnologia. La natura delle malattie e il meccanismo di guarigione in molti casi hanno una spiegazione biofisica.

I fisici medici sono direttamente coinvolti nel processo terapeutico e diagnostico, combinando conoscenze fisiche e mediche, condividendo la responsabilità del paziente con il medico.

Lo sviluppo della medicina e della fisica sono sempre stati strettamente intrecciati. Anche nell'antichità la medicina utilizzava per scopi medicinali fattori fisici, come il caldo, il freddo, il suono, la luce, vari effetti meccanici (Ippocrate, Avicenna, ecc.).

Il primo fisico medico fu Leonardo da Vinci (cinque secoli fa), che condusse ricerche sulla meccanica del movimento del corpo umano. La medicina e la fisica iniziarono a interagire più fruttuosamente dalla fine del XVIII all'inizio del XIX secolo, quando furono scoperte l'elettricità e le onde elettromagnetiche, cioè con l'inizio dell'era dell'elettricità.

Facciamo alcuni nomi di grandi scienziati che hanno fatto le scoperte più importanti in epoche diverse.

La fine del XIX - la metà del XX secolo. associato alla scoperta dei raggi X, della radioattività, delle teorie sulla struttura dell'atomo, della radiazione elettromagnetica. Queste scoperte sono associate ai nomi di V.K. Roentgen, A. Becquerel,

M. Skladovskoy-Curie, D. Thomson, M. Planck, N. Bohr, A. Einstein, E. Rutherford. La fisica medica cominciò davvero ad affermarsi come scienza e professione indipendente solo nella seconda metà del XX secolo. con l’avvento dell’era atomica. In medicina sono diventati ampiamente utilizzati dispositivi gamma radiodiagnostici, acceleratori elettronici e protonici, gamma camere radiodiagnostiche, tomografi computerizzati a raggi X e altri, ipertermia e magnetoterapia, laser, ultrasuoni e altre tecnologie e dispositivi medico-fisici. La fisica medica ha molte sezioni e nomi: fisica delle radiazioni mediche, fisica clinica, fisica oncologica, fisica terapeutica e diagnostica.

L'evento più importante nel campo della visita medica può essere considerato la creazione di tomografi computerizzati, che hanno ampliato lo studio di quasi tutti gli organi e sistemi del corpo umano. L’OCT è stato installato nelle cliniche di tutto il mondo e un gran numero di fisici, ingegneri e medici hanno lavorato per migliorare la tecnica e i metodi per portarlo quasi ai limiti di ciò che è possibile. Lo sviluppo della diagnostica dei radionuclidi è una combinazione di metodi radiofarmaceutici e metodi fisici per la registrazione delle radiazioni ionizzanti. L'imaging della tomografia a emissione di positroni è stato inventato nel 1951 e pubblicato nel lavoro di L. Renn.