گرما و سرما در پزشکی
1
فهرست مطالب
2
فیزیک دما
اندازه گیری دما
روشهای انتقال حرارت
حرارت سنج ها
مکانیسم های تنظیم حرارت
روش های گرما درمانی
مادون قرمز، دیاترمی، میکرو دیاترمی، اولتراسوند
کاربرد سرما در درمان
مبنای فیزیکی دما
دما یکی از رایج ترین اندازه گیری های فیزیولوژیکی است که انجام می شود.
ماده از مولکول های در حال جنبش تشکیل شده است.
این حرکات لرزشی یا انرژی جنبشی را تحت عنوان دما می شناسیم.
دما معیاری است از اینکه یک شی چقدر گرم است.
اگر انرژی گرمایی بیشتری به ماده افزوده شود، مقدار حرکات لرزشی افزایش می یابد و ماده گرمتر می شود.
3
اندازه گیری دما
از طریق لمس یک شی و با بکارگیری گیرنده های حرارتی خاص در پوست به صورت کیفی درباره دما صحبت می کنیم.
قضاوت درباره میزان گرما توسط سیستم عصبی مرکزی صورت می گیرد که تمایل دارد تا تفاوت ها را تشخیص دهد.
بنابراین نیاز است تا مقیاس های ثابتی معرفی شود: برای اندازه گیری حرارت، دو نقطه جوش آب و انجماد آب تعیین شده و محدوده بین این دو نقطه به 100 قسمت تقسیم شده که درجه نامیده می شود.
سه مقیاس دمایی رایج عبارتند از:
سلسیوس
کلوین
فارنهایت
4
مقیاس دمای
0 درجه سلسیوس= نقطه انجماد آب
100 درجه سلسیوس= نقطه جوش آب
دماهای کمتر از نقطه انجماد آب، منفی است.
مقیاس دما کلوین اهمیت علمی بیشتری دارد و واحد SI حرارت است.
با کاهش حرارت، حرکت جنبشی مولکول ها کمتر می شود تا جایی که در نهایت هیچ حرکتی وجود ندارد. این نقطه به عنوان صفر مطلق تعریف می شود.
فارانهایت مقیاس دیگری برای اندازه گیری حرارت است که برای اندازه گیری دمای اطاق و آب استفاده می شود و در آمریکا برای اندازه گیری دمای بدن استفاده می شود.
5
مقیاس دما
6
اثر گرما بر مواد
با افزایش حرارت جسم منبسط می گردد که به صورت افزایش حجم ظاهر می شود.
چنانچه افزایش حجم محدود باشد، فشار داخلی افزایش یافته یا افزایش حرارت ممکن است منجر به تغییر حالت فیزیکی ماده گردد.
افزایش سرعت واکنشهای شیمیایی
ایجاد تشعشعات الکترومغناطیس
انتشار حرارتی یونی
کاهش ویسکوزیته مایعات
اختلاف پتانسیل بین فلزات مختلف
7
روش های انتقال حرارت
هدایت: انتقال حرارت از محلی به محل دیگر به وسیله حرکت جنبشی اتم ها و مولکول ها است که از یکی به دیگری انتقال می یابد.
فلزات هدایت گرمایی خوبی دارند در حالی که مایعات و گازها هدایت گرمایی ضعیفتری دارند.
میزان جریان گرما در داخل مواد با ماهیت مواد تفاوت کرده.
انتقال حرارت از دمای بالاتر به دمای پایین تر اتفاق می افتد.
موادی که در تماس با بدن هستند، گرما را از طریق هدایت از پوست دور می کنند.
8
روش های انتقال حرارت
همرفت: از طریق جابجایی مولکول های گرم شده است.
در مایعات و گازها انتقال حرارت به طور عمده توسط همرفت انجام می شود.
سیال از ناحیه رقیق تر به ناحیه چگال تر شارش می یابد و منجر به جریان های همرفت می شود که انرژی را از منبع گرما دور می کنند.
حرکت مایع می تواند ناشی از پمپ شدن آن باشد مانند انتشار حرارت به تمام بدن توسط جریان پمپ شده خون گرم قلب.(جابجایی تحت فشار)
مایع یا گاز گرم شده دارای چگالی کمتری بوده و به طرف بالای منطقه سردتر حرکت می کند.(جابجایی حرارتی یا گرمایی)
9
روش های انتقال حرارت
تشعشع: انتقال انرژی گرمایی است که توسط امواج الکترومغناطیس انجام می شود.
اشیاء گرم در یک طیف از طول موج ها که به طور عمده ناحیه مادون قرمز است از خود تشعشع ساتع می کنند.
انتقال حرارت به دمای نسبی و مشخصه های سطحی شی بستگی دارد.
60% گرمای از دست داده شده به وسیله بدن از طریق تشعشع از دست داده می شود.
مقدار گرمای تشعشع شده از پوست به میزان اتساع عروق خونی از پوست دارد.
به ماده برای انتشار نیازی ندارد.
10
حرارت سنجها
از هر تغییر فیزیکی مرتبط با گرما و سرما برای اندازه گیری دما استفاده می کند.
حرارت سنج های جیوه ای شیشه ای از انبساط جیوه که مقدار انبساط آن خیلی بیشتر از انبساط شیشه است، برای اندازه گیری دمای بدن استفاده می شود.
حرارت سنج های الکلی شیشه ای اغلب برای کنترل دمای حمام و اطاق استفاده می شود.
حرارت سنج هایی که بر اساس اختلاف انبساط دو فلز مختلف در هنگام گرم شدن عمل می کنند و به عنوان ترموستات متصل به کلید قطع و وصل استفاده می شود. برای کنترل دمای اطاق و پتوهای برقی استفاده می شود.
11
حرارت سنجها
ترمیستور: یک نیمه هادی است که با افزایش دما، مقاومت الکتریکی به طور تصاعدی کاهش می یابد.
به عنوان پروبهای حرارتی در سوزن های زیر جلدی استفاده می شود تا دمای بافت های عمقی را اندازه گیری کنند.
به خاطر جرم کمی که دارند، می توانند خیلی سریع نسبت به بدن به تعادل حرارتی برسند. در نتیجه می توانند با صحت تغییرات در دمای بدن را دنبال کنند.
12
حرارت سنجها
13
دماسنج مادون قرمز صماخی:
تشعشعات مادون قرمزساتع شده از پرده صماخ در گوش را اندازه می گیرد.
سنسور در این دماسنج از گروه ترموکوپل ها است. تشعشع اتصال را گرم می کند و ولتاژی را ایجاد می کند که متناسب با اختلاف دما بین اتصال مرجع و اتصال اندازه گیری دما است.
مزایا: پرده صماخ به راحتی در دسترس است و یک روش غیر تهاجمی برای اندازه گیری دما است.
معایب: قرار دادن دماسنج به صورت مستقیم در مقابل پرده صماخ حائز اهمیت است در غیر این صورت دماسنج سیگنال ترکیبی از کانال گوش را بدست می آورد که منجر به اندازه گیری همراه با خطای دما می شود.
حرارت سنجها
ترموگرافی: تکنیکی است که پوست سطح بدن را اسکن می کنند و توزیع حرارت آنرا بدست می آورند.
دمای سطوح وسیعی از بدن با عکس برداری از روی سطح بدن و با استفاده از فیلم های حساس مادون قرمز مشخص می گردد.
عوامل فیزیکی بیرونی، سوخت و ساز درونی و گردش خون در نزدیکی پوست باعث تغییر دمای سطح بدن از نقطه ای به نقطه دیگر می شود.
تغییر در دمای بدن نشانه شرایط غیرعادی است.
کاربردها:
تشخیص تومور
تشخیص سرطان سینه
تشخیص گرفتگی و انسداد عروق
در بیماران دیابتی برای جلوگیری از قطع پا
14
ترموگرافی
دستگاه ترموگرام:
از آینه ها برای اسکن کردن سطح بدن استفاده می شود.
فیلتر نوری: نور مرئی را از مادون قرمز جدا می کند.
با سرد کردن آشکارساز، حساسیت آنرا افزایش می دهد.
آشکار ساز:تابش مادون قرمز را به کمیت الکتریکی تبدیل می کند.
تقویت کننده: چون دامنه سیگنال کوچک است باید تقویت شود
15
16
دمانگاری (بلوک دیاگرام کلی سیستم)
17
دمانگاری (تشخیص تومور بدخیم)
18
دمانگاری (مانیتورینگ وضعیت تنفس)
بازدم دم
19
دمانگاری (تصویربرداری از رگ های سطحی)
20
دمانگاری (تشخیص استرس در چهره)
مکانیسم های تنظیم حرارت
تنظیم حرارت بدن به دو صورت انجام می گیرد:
1) فیزیولوژیکی: به وسیله هیپوتالاموس کنترل می شود که به دمای خون حساس است.
این روش شامل کنترل متابولیک، وازوموتور و هیدروتیک می باشد.
2) رفتاری: توسط مراکز بالاتر کنترل می شود.
21
مکانیسم های تنظیم حرارت
اگر دمای بدن خیلی کم شود، بدن تلاش می کند تا با یکی از مکانیسم های زیر آنرا افزایش دهد:
1- انقباض عروق
2- لرزش در اثر سرما
3- تحریک سمپاتیک متابولیسم
22
مکانیسم های تنظیم حرارت
اگر دمای بدن خیلی بالا باشد، مکانیزم های زیر جهت جبران بکار گرفته می شود:
1-باز شدن و اتساع عروق
2- تعریق
23
اثرات فیزیولوژیکی تغییرات حرارتی
فعالیت متابولیسم: با حرارت افزایش می یابد(حدود 13% برای هر º1 C) و با سرما کاهش می یابد.
ویسکوزیته : با گرما کاهش و با سرما افزایش می یابد.
تغییرات بافت کلاژن: در محدوده حرارت های مورد استفاده جهت درمان (º40-º45 C) قابلیت کشش پذیری بافت کلاژن افزایش می یابد
تحریک عصبی: تحریکات اعصاب حسی توسط سرما و گرما ایجاد میشود.
تحریک گیرنده های گرما موجب مهار تکانه های درد و اثرات ضد درد از طریق کنترل دروازه درد می شود.
کاهش سرعت هدایت عصبی توسط سرما ایجاد می شود.
تغییرات رگهای خونی: گرما موجب انبساط فوری و سرما موجب انقباض سریع و انبساط متعاقب عروق پوست می شود.
مایع بافتی و خون: گرما موجب افزایش جریان خون و تبادلات مایعات بین بافتی می شوند.
24
اثرات درمانی گرم کردن موضعی بافتها
تسریع روند ترمیم
کنترل عفونت
تسکین درد و آرام بخشی
کاهش اسپاسم عضلانی
افزایش دامنه حرکتی مفصلی
پیشگیری از زخم فشاری
کاهش تورم مزمن اندام ها
درمان بعضی از بیماری های پوستی
25
اثرات درمانی گرم کردن موضعی بافتها
صدمه بافتی ناشی از گرمای موضعی شدید: سوختگی ها اهمیت فوق العاده ای در پزشکی دارند.
دمای بالاتر از 45º C پوست موجب صدمه بافت می شود که این صدمه بستگی به میزان حرارت و مدت حرارت دارد.
این سطح از حرارت موجب بروز درد و آسیب دائمی وارده به پروتئین های سلول های بازال پوست می شود.
26
روش های گرما درمانی
27
گرم کردن با روش هدایت حرارتی
گرم کردن با تابش مادون قرمز
گرم کردن با میدان های الکترومغناطیس یا دیاترمی
گرم کردن با امواج فراصوت یا اولتراسوند
گرم کردن با روش هدایت حرارتی
28
گرما از طریق رسانایی از جسم گرمتر به سردتر انتقال می یابد.
گرمای منتقل شده به سطح تماس، اختلاف دما، زمان تماس و رسانایی گرمایی مواد بستگی دارد.
نمونه ها: پکهای هیدروکولاتور، حمام پارافین، حمام کنتراست، هیدروتراپی، وان های ویرپول، پدهای الکتریکی گرم شونده، هوای داغ و فلویدوتراپی.
باعث گرم شدن سطحی محل می شود و در درمان مواردی مانند: آرتریت، نوریت، استرین، سینوزیت و کمردرد استفاده می شود.
کاربرد گرمادرمانی برای مدت 20 تا 30 دقیقه استفاده می شود.
گرم کردن با تابش مادون قرمز
29
تشعشعات مادون قرمز آن دسته از پرتوهایی دارای طول موج بلندتر از نور قرمز قابل مشاهده که تا منطقه طول موج میکروویو ادامه دارند.
طول موج آنها در طیفی از 760 nm تا 1mm قرار دارد.
هر ماده ای که دمای حرارتی بالاتر از صفر مطلق باشد، مولد مادون قرمز است. حرارت بیشتر منجر به تولید طول موج کوتاهتر می شود.
منابع مادون قرمز برای درمان:
ایجاد مادون قرمز توسط سیم پیچ الکتریکی تعبیه شه در داخل سرامیک که کل این مجموعه داخل منعکس کننده قرار دارد.
تولید مادون قرمز توسط فیلامت تعبیه شده در حباب شیشه ای محتوی گاز خنثی یا کم فشار صورت می گیرد.
گرم کردن با تابش مادون قرمز
30
میزان ورود پرتوها به بدن بستگی به:
ساختمان بافت
مقدار عروق بافت
مقدار رنگدانه های پوست
طول موج تشعشهات
با کاهش طول موج، عمق نفوذ پرتو افزایش می یابد تا به حداکثرعمق نفوذ خود تا حدود 3mm می رسد.
گرم کردن با تابش مادون قرمز به علت قابلیت نفوذ عمیق تر، کارآمدتر از گرم کردن با روش هدایت حرارتی است.
الکترومغناطیس
31
پدیده الکترومغناطیسی را از سه جنبه می توان بررسی کرد:
الکترواستاتیک: نیروی الکتریکی بین بارهای التریکی است.
اثر حرکت بارهای الکتریکی، شکل گیری نیروهای مغناطیسی بوده که جهت آن عمود بر جهت حرکت بارهای الکتریکی است.
در صورت شتاب دادن به بار الکتریکی تشعشعات الکترومغناطیس ایجاد می شود.
تمام تشعشعات الکترومغناطیس دارای سرعت یکسان بوده و که بر اساس طول موج و فرکانس تفاوت می کنند.
از جریان های نوسان دار پر فرکانس برای تولید امواج کوتاه دیاترمی استفاده می کنند که برای تولید حرارت در بافتهای عمقی استفاده می شود.
دیاترمی
32
منبع جریان پر فرکانس، مداری نوسان کننده است که شامل خازن و القا کننده است که موجب نوسان الکترون ها با فرکانس 27/12 MHz می گردد.
بافت ها به دو طریق در داخل میدان امواج کوتاه دیاترمی قرار می گیرند:
به عنوان بخشی از دی الکتریک خازن که بافتها تحت تاثیر میدان نوسان دار الکتریکی قرار می گیرند.
به عنوان بخشی از القاکننده که بافتها تحت تاثیر میدان نوسان دار مغناطیسی قرار می گیرند که موجب القا جریان های نوسان دار در بافت ها می گردد
دیاترمی
33
مکانیزم ایجاد حرارت در دیاترمی:
لرزش یون ها: بیشترین و موثرترین
راه تبدیل انرژی الکتریکی به گرما
چرخش مولکول های دو قطبی:
تغییر شکل مولکولی: کمترین راه تبدیل
انرژی الکتریکی به گرما
دیاترمی
34
فاکتورهای موثر بر توزیع میدان در امواج کوتاه دیاترمی:
فاصله الکترود ها: 2 تا 4 cm
اندازه الکترودها: کمی بزرگتر بودن الکترودها نسبت به محل درمان
قرار دادن الکترودها نسبت به بافت ها: موازی با سطح پوست و فاصله بین الکترودها باید بیشتر از مجموع فاصله بین دو الکترود با پوست باشد.
فاکتورهای موثر بر توزیع میدان در امواج کوتاه دیاترمی:
35
میکروویو دیاترمی
36
دیاترمی ریز موج نسبت به دیاترمی موج کوتاه دارای فرکانس بالاتر و طول موج کوتاهتر است.
برای تولید فرکانس های بسیار زیاد در میکروویو( 915 مگاهرتز ) از دستگاه پر قدرتی بنام مگنترون استفاده می شود که از حرکت بسیار سریع الکترون ها استفاده می گردد.
مزیت: امواج را بهتر بر روی بدن متمرکز می کنند و در نتیجه اثرات گرمایی محلی تری را فراهم می کنند و روش موثری برای ایجاد گرما در بافت های عضلانی است.
ایراد: عمق نفوذ در نواحی با چربی زیر پوستی مینیمم است.
موارد استفاده درمانی: افزایش گردش خون در داخل بافت عضلانی و ساختارهای مفصلی نزدیک به سطح مانند مفصل مچ و زانو که چربی زیر پوستی کمی دارند.
اولتراسوند
37
امواج صوتی با فرکانس بالاتر از 20 کیلوهرتز
با عبور امواج فراصوت از بدن، ذرات در بافت ها به جلو و عقب حرکت می کنند و مجموعه ای از انبساط ها و تراکم ها متوالی در ذرات واقع در مسیر حرکت موج رخ می دهد.
اثر اولتراسوند روی بافتها:
حرارتی
غیر حرارتی: ایجاد حفره، جریان های صوتی، امواج ایستا و میکرو ماساژ
استفاده درمانی:
التیام زخم های مزمن و آسیب های حاد
تسکین درد
بهبود بافت فیبروز و کنتراکچر
تشخیص شکستگی های ناشی از استرس
کاربرد سرما در پزشکی
38
برای نگهداری درازمدت خون، اسپرم، مغز استخوان و بافت ها استفاده می شود.
زنده ماندن پس از از انجماد بیشتر به سرعت سرد کردن در چرخه انجماد بستگی دارد تا سرعت گرم نمودن در چرخه ذوب.
با اضافه کردن یک عامل نگهدارنده مانند گلیسرول یا دی متیل سولفوکساید پیش از سردسازی به زنده ماندن برخی از سلول ها کمک کرد. جدا کردن مواد اضافه شده کار سختی است.
نگهداری بافت ها در دمای نیتروژن مایع (º196-C ) بسیار بهتر از نگهداری آنها در دمای دی اکسید کربن جامد (º 79C ) است.
کاربرد سرما در پزشکی
39
ذخیره سازی خون:
روش غیر سرمایی: مخلوط کردن خون کامل با یک ضد انعقاد و ذخیره سازی آن در º4 C است.
روش سرمایی:
استفاده از محفظه هایی با دیواره های نازک
استفاده از روش شن- خون
کاربرد سرما در پزشکی
40
استفاده های درمانی از سرما:
آسیب های جدید
درد
اسپاسم عضلانی
اسپاسیتی سیته
تقویت قدرت عضلانی
التهابات مزمن و ورم مفصلی
جراحی با سرما
کاربرد سرما در پزشکی
41
روش های استفاده از سرما درمانی:
شناور کردن اندام: در دمای º16 تا º18c به طور دائم به مدت 20-15 دقیقه یا در دمای º10c به طور منقطع و متناوب به مدت 1 دقیقه
پک های سرد: به مدت 20 دقیقه
ماساژ یخ: آهسته و طولانی به مدت 15-10 دقیقه برای تسکین درد یا به مدت خیلی کوتاه (4ثانیه ای) و ضربه ای جهت تسهیل نورولوژیکی
ترکیب سرما و فشار: آب سرد در کیسه ای به شکل آستین چرخیده و فشار داخل کیسه که دور اندام را گرفته، به طور متناوب کم و زیاد می شود.
اسپری های تبخیر شونده: از پاشیدن مایعی روی پوست که به سرعت تبخیر می شود مانند فلور و متان به طور متناوب به مدت 5 ثانیه و 2-5 بار در فاصله 45cm استفاده می شود.