Биология

Урок 1: Организм человека

Современные методы изучения организма человека

Множество наук пытается проникнуть в загадки тела человека: анатомия, физиология, биохимия, молекулярная биология и другие. Но революции на этом пути чаще совершали физики. На основе их открытий инженеры создавали аппараты, которые сейчас используются в медицине.

План урока:

Рентгенологическое исследование

Позитронно-эмиссионная томография

Магнитно-резонансная томография

Ультразвуковая диагностика

Функциональная диагностика 

Эндоскопические исследования

Клиническая лабораторная диагностика

 

Рентгенологическое исследование

8 ноября 1895 года Вильгельм Конрад Рентген открыл новое излучение – X-лучи. Позже их назвали «рентгеновские лучи». Их способность проникать через различные материалы и показывать внутреннее устройство предметов ошеломляла. 22 декабря 1895 года Рентген сделал снимок руки своей жены Берты – получилось изображение костей кисти с кольцами на пальцах.

1 vilgelm konrad rentgen
Вильгельм Конрад Рентген и рентгеновский снимок руки его жены Берты

И уже в январе 1896 года в Москве и Петербурге были сделаны первые снимки кисти человека. Рентгеновские аппараты применялись в осаждённом Порт-Артуре во время русско-японской войны (1904 – 1905).

Рентгеновское излучение – это электромагнитное излучение или поток фотонов; оно легко проходит через мягкие ткани и засвечивает плёнку. Кости содержат атомы кальция, которые «тяжелее» атомов других тканей – водорода, углерода, кислорода, азота. Поэтому они задерживают рентгеновские лучи, а на выходе получается хорошее изображение скелета, а также лёгких.

Организм можно представить как систему трубок – сосуды, пищевод, кишечник, мочеточники. Если их наполнить веществом, которое задерживает рентгеновское излучение, то они тоже станут видны. Для исследования желудка и кишечника человеку дают проглотить сульфат бария. Чтобы увидеть сосуды и мочеточники, в вену вводят контрастное вещество, которое распространяется по сосудам и выводится через почки.

 

Разновидности рентгенологического исследования

  • Рентгеноскопия – исследование в реальном времени, когда изображение проецируется на экран. Сейчас она используется во время некоторых операций, чтобы врач мог видеть свои действия.
  • Рентгенография – это и есть получение рентгеновского снимка (рентгенограммы).

2 rentgenogramma ruk
Рентгенограмма кистей рук 

  • Если сфотографировать рентгеновское изображение с флюоресцентного экрана на фотоплёнку, получится флюорограмма. Фотографирование занимает меньше времени, чем получение рентгенограммы. Чаще делают флюорографию лёгких, так как это лёгкий и быстрый способ обнаружить туберкулёз у больших групп населения. Сейчас технология фотографирования с экрана уходит в прошлое, современные флюорографы – это цифровые рентгенографические аппараты.

 

Компьютерная томография (КТ)

Настоящим прорывом стала компьютерная томография, благодаря которой врачи смогли подробно и чётко увидеть внутреннее строение живого организма.

Когда человек находится в томографе, вокруг него движется установка с рентгеновским излучением. Полученные снимки обрабатываются и получаются изображения тонких срезов различных областей тела.

В XIX веке основоположник военно-полевой хирургии Н.И. Пирогов разработал метод «ледяной анатомии», которая стала прообразом томографии. Он замораживал тела умерших людей, делал тонкие срезы, а нанятый им художник зарисовывал увиденное. Результатом колоссальной работы стал атлас «Иллюстрированная топографическая анатомия распилов, произведенных в трех измерениях через замороженное человеческое тело».

3 komputernyi tomograf
Компьютерный томограф

Усовершенствованный метод мультиспиральная компьютерная томография воссоздаёт трёхмерные изображения человеческого тела.

5 kt
Мультиспиральная КТ. Трёхмерное изображение. Стрелкой показано сильное сужение сонной артерии

Важно помнить, что рентгеновское излучение – это разновидность радиоактивного излучения. И хотя в современных аппаратах доза облучения сведена к минимуму, компьютерную томографию назначают только тогда, когда в ней действительно есть необходимость.

 

Позитронно-эмиссионная томография

Метод позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) появился в результате достижений ядерной физики и квантовой механики. Это один из методов ядерной медицины, которая использует радиоактивные атомы для диагностики и лечения в основном онкологических заболеваний.

Перед исследованием человеку в вену вводят вещество с радиоактивным изотопом. Радиоактивный изотоп в ПЭТ – это разновидность атома, который быстро распадается с образованием позитрона. Позитрон – это такая же элементарная частица, что и электрон. Но если электрон несёт отрицательный заряд, то позитрон – положительный. Другими словами, позитрон и электрон – это античастицы; они сталкиваются друг с другом и превращаются в два гамма-кванта. Гамма-квант – это элементарная частица фотон с большой энергией. Томограф улавливает гамма-кванты и строит изображение.

Радиоактивный изотоп присоединяют к молекуле, которая постоянно используется для работы клеток. Например, для питания клеток, особенно клеток мозга (нейронов), нужна глюкоза. Молекулу глюкозы соединяют с изотопом фтор-18, получается 18F-дезоксиглюкоза.

18F-дезоксиглюкоза поступает в опухоль или нейроны, которые активно работают и нуждаются в дополнительном питании. Там фтор-18 распадается, образуется электронно-позитронная пара, которая превращается в два гамма-кванта. Томограф улавливает гамма-кванты и создаёт изображение. То есть врач видит, в каком отделе мозга находится опухоль или активно работающие нейроны.

С помощью ПЭТ изучают работу мозга, обнаруживают болезнь Альцгеймера, опухоли, а также отслеживают реакцию опухоли на лечение.

6 pozitronno emissionnaya tomogramma
Позитронно-эмиссионная томограмма головного мозга

Злокачественная опухоль мозга на МРТ (справа под буквами A, B) и ПЭТ (под буквой C). Опухоль на ПЭТ-изображении выглядит как яркое красное пятно, потому что её клетки активно питаются и накапливают вещество с радиоактивным изотопом.

7 pet izobrazhenie

ПЭТ-изображение мозга здорового человека и больного болезнью Альцгеймера. Изображение больного мозга не такое яркое и красочное. То есть нейроны хуже работают и хуже накапливают молекулу с изотопом.

8 pet mozg

Сейчас существует позитронно-эмиссионная томография, совмещённая с компьютерной томографией.

Изображение, полученное при совмещении ПЭТ и КТ

9 pet i kt

 

Магнитно-резонансная томография

В организме человека очень много атомов водорода, особенно в жидкостях и жировой ткани. Эту особенность использует метод магнитно-резонансной томографии (МРТ). Ядра атомов водорода в магнитном поле томографа поглощают волну в радиодиапазоне, а затем сами испускают электромагнитный сигнал. Этот сигнал улавливается и обрабатывается в изображение.

Благодаря этому МРТ имеет несколько преимуществ:

  • Нет лучевой нагрузки, так как не используются рентгеновские лучи
  • Получаются изображения разных частей тела в разных проекциях
  • Можно увидеть мягкие ткани, мозг, а также сосуды без контрастного вещества

Особая заслуга нового метода в том, что магнитно-резонансная томография подробно показывает анатомию головного мозга.

10 mrt
МРТ-изображение мозга человека


11 mrt sosudovМРТ-изображение мозга и его сосудов

 

Ультразвуковая диагностика

Ультразвук – это звуковые волны с частотой свыше 20 000 Гц. В медицине чаще используются волны с частотой 2 – 10 МГц.

Когда ультразвуковая волна доходит до тканей, одна её часть распространяется дальше, а другая отражается, как эхо. Чем плотнее ткань, тем сильнее отражается ультразвук. Аппарат воспринимает отражённую волну и строит изображение.

12 plod v matke
Плод в матке

Один из методов ультразвуковой диагностики основан на эффекте, который обнаружил австрийский физик Кристиан Допплер.

Кровь и её клетки (большинство составляют эритроциты) постоянно движутся по сосудам. Если направить на эритроцит ультразвук одной частоты, он отразится от эритроцита, как и от любой другой поверхности. Частота отражённой волны будет уже ниже. Разница между частотами зависит от скорости движения эритроцитов, а значит, от скорости движения крови.

Благодаря ультразвуку и эффекту Допплера врачи могут исследовать движение крови в сосудах и выявлять замедление или ускорение кровотока.

13 ultrazvuk
Ультразвуковое исследование сосудов

 

Функциональная диагностика

Методы функциональной диагностики показывают, насколько нарушено функционирование, то есть работа систем организма.

 

Электроэнцефалография и электрокардиография (ЭЭГ и ЭКГ)

Клетки электрически активны, то есть они генерируют отрицательные и положительные заряды во время своей работы. Особенно это касается клеток нервной ткани – нейронов. Во время электроэнцефалографии (ЭЭГ) к коже головы прикрепляются электроды, которые регистрируют электрическую активность мозга.

В науке с помощью ЭЭГ изучают, как мозг решает разные задачи, ведь во время своей работы он меняет электрическую активность. ЭЭГ также обнаруживает аномальную работу больного головного мозга, например, при эпилепсии.

В 1929 году немецкий психиатр и физиолог Ганс Бергер опубликовал первую ЭЭГ своего сына. Со следующего года этот метод вошёл в науку и практику.

14 elektroencefaloramma

С развитием компьютерных технологий ЭЭГ пережила второе рождение. Теперь учёные и врачи не просто расшифровывают линии на электроэнцефалограмме, они получают карту активности разных областей головного мозга.

15 ekg
Компьютерная обработка ЭЭГ

Сердце тоже обладает электрической ритмичной активностью, которую регистрируют с поверхности тела. Метод электрокардиографии разработал голландский физиолог Вильям Эйнтховен на рубеже XIX и XX веков. Благодаря ЭКГ врачи диагностируют нарушения ритма, инфаркт (омертвение тканей) и другие болезни сердца.

16 raznovidnost ekg

Разновидность ЭКГ – холтеровское мониторирование. К телу прикрепляют электроды лёгкого аппарата, который человек может носить с собой. Таким образом, в течение суток можно отслеживать работу сердца и её изменения под влиянием различных событий.

 

Оценка функции внешнего дыхания (спирометрия)

Спирограф (спирометр) измеряет характеристики дыхания в покое и при усиленном дыхании.

Человек выдыхает воздух в мундштук спирометра с разной силой и частотой. Спирометр записывает объёмы и скорость выдыхаемого воздуха. Врач анализирует результаты и может определить, какой отдел дыхательной системы поражён: сужены бронхи или не работает часть лёгкого.

17 ingalyacia

 

Эндоскопические исследования

Эндоскопическое исследование – это видеосъёмка организма изнутри. Видеокамеру вводят специальным инструментом эндоскопом в бронхи, пищевод, желудок, двенадцатиперстную кишку, прямую и толстую кишки, мочевой пузырь.

Инструментами для эндоскопии можно взять кусочек исследуемого органа для дальнейшей диагностики. Полученный фрагмент отправляют в патологоанатомическое отделение, где из него делают тонкие срезы – препараты. Их под микроскопом рассматривает врач-патологоанатом и ставит свой диагноз.

Эндоскопические методы исследования приносят неприятные ощущения, поэтому такие процедуры проводят под местной анестезией, т.е. местным обезболиванием (орошают полость рта и глотку анестетиком) или наркозом.

18 endoskop
Эндоскопическое исследование пищевода, желудка и двенадцатиперстной кишки 

19 golospvye svyazki
Голосовые связки (складки)

 

Клиническая лабораторная диагностика

Особый пласт диагностики в медицине – это исследование жидкостей и выделений организма (спинномозговой жидкости, крови, мочи, кала) с помощью химических и физических методов.

Эта специальность складывалась веками. Химики и физики изучали кровь и другие жидкости человеческого тела, а микроскоп стал окном в мир клеток. В 1842 году при больнице города Вюрцбурга И. Шерер открыл «клиническую химическую лабораторию», в 1843 году была опубликована его книга «Химические и микроскопические исследования при патологии».

Врач клинической лабораторной диагностики работает на уровне клеток и молекул. Опираясь на методы цитологии, биохимии, молекулярной биологии, он как бы видит тончайшие процессы жизни организма.

В современной лаборатории автоматические анализаторы гораздо точнее человека выполняют механическую работу, например, подсчитывают количество клеток крови. Врач контролирует работу анализаторов, выполняет сложные исследования, например, смотрит под микроскопом мазки крови с подозрением на опухоль костного мозга – лейкоз, исследует спинномозговую жидкость. Зная тонкости биохимии здорового и больного организма и работы лаборатории, врач клинической лабораторной диагностики консультирует лечащего врача (терапевта, хирурга) в ситуациях, когда сложно поставить диагноз.

20 kliniko diagnosticheskaya laboratoria
Современная клинико-диагностическая лаборатория

В современной клинической лаборатории существуют более узкие направления – микробиология и лабораторная генетика.

Микробиологи определяют, какие вирусы или бактерии вызвали заболевание, например, кишечную инфекцию. В лаборатории подбирают антибиотик, к которому чувствительны бактерии именно у этого человека.

21 chashki petri
Чашка Петри с культурами бактерий

Лабораторная генетика помогает разобраться с причинами заболеваний костного мозга, например, лейкозов. Существует множество хромосомных аномалий и генетических мутаций, а значит, много болезней системы кроветворения. Методы лабораторной генетики обнаруживают поломки в хромосомах и генах. На основе этих исследований лечащий врач ставит правильный диагноз и подбирает лечение.

 22 issledovanie hromosom
Исследование хромосом

 

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

Вопрос: 1
• Какой из этот методов опасен в плане облучения
11. Компьютерная томография
22. Магнитно-резонансная томография
33. Ультразвуковое исследование
44. Эндоскопическое исследование
55. Электроэнцефалография
Ответить
1
Вопрос: 2
• Какое из этих исследований НЕ использует рентгеновское излучение
11. Ультразвуковое исследование сосудов
22. Компьютерная томография
33. Флюорография
44. Рентгенография лёгких
55. Рентгеноскопия
Ответить
1
Вопрос: 3
• Какой метод диагностики основывается на химии и изобретении микроскопа
11. Клиническая лабораторная диагностика
22. Компьютерная томография
33. Эндоскопическое исследование
44. Электрокардиография
55. Магнитно-резонансная томография
Ответить
1
Вопрос: 4
• Какой метод диагностики регистрирует электрическую активность органа
12. Позитронно-эмиссионная томография
23. Магнитно-резонансная томография
31. Электрокардиография
44. Ультразвуковое исследование
55. Эндоскопическое исследование
Ответить
3
Вопрос: 5
Кто до появления томографов создал атлас послойного изображения человеческого тела
12. С.П. Боткин
23. В.К. Рентген
34. К. Допплер
41. Н.И. Пирогов
55. И. Шерер
Ответить
4
Допущено ошибок:
Оценка:
Подробнее
Ваши ответы:
1 вопрос:

• Какой из этот методов опасен в плане облучения
1) 1. Компьютерная томография 2) 2. Магнитно-резонансная томография 3) 3. Ультразвуковое исследование 4) 4. Эндоскопическое исследование 5) 5. Электроэнцефалография
2 вопрос:

• Какое из этих исследований НЕ использует рентгеновское излучение
1) 1. Ультразвуковое исследование сосудов 2) 2. Компьютерная томография 3) 3. Флюорография 4) 4. Рентгенография лёгких 5) 5. Рентгеноскопия
3 вопрос:

• Какой метод диагностики основывается на химии и изобретении микроскопа
1) 1. Клиническая лабораторная диагностика 2) 2. Компьютерная томография 3) 3. Эндоскопическое исследование 4) 4. Электрокардиография 5) 5. Магнитно-резонансная томография
4 вопрос:

• Какой метод диагностики регистрирует электрическую активность органа
1) 2. Позитронно-эмиссионная томография 2) 3. Магнитно-резонансная томография 3) 1. Электрокардиография 4) 4. Ультразвуковое исследование 5) 5. Эндоскопическое исследование
5 вопрос:

Кто до появления томографов создал атлас послойного изображения человеческого тела
1) 2. С.П. Боткин 2) 3. В.К. Рентген 3) 4. К. Допплер 4) 1. Н.И. Пирогов 5) 5. И. Шерер
Посмотреть ответы
Правильные ответы:
1 вопрос: 1. Компьютерная томография
2 вопрос: 1. Ультразвуковое исследование сосудов
3 вопрос: 1. Клиническая лабораторная диагностика
4 вопрос: 1. Электрокардиография
5 вопрос: 1. Н.И. Пирогов