Визначення особливостей дії ультразвуку й

інфразвуку на біологічні тканини

Звук. Звуком називають механічні коливання з частотою від 16 Гц до 20000 Гц, які поширюються в пружному середовищі. Джерелом звуку завжди є тіло, яке коливається. Тіло приводить в рух навколишнє повітря, в якому поширюється хвиля.

Для того, щоб у людини виникло відчуття звуку необхідно:

- наявність джерела звуку;

- наявність пружного середовища між джерелом звуку та вухом;

- частота коливань джерела звуку повинна бути в межах 16-20000 Гц;

- потужність звукових хвиль повинна бути такою, щоб визвати відчуття звуку.

Звукова хвиля має фізичні (швидкість, амплітуда, період, частота, інтенсивність, звуковий тиск, довжина хвилі) і фізіологічні параметри (гучність, висота, тембр).

Звукові хвилі добре поширюються в пружних середовищах, відбиваються, спостерігається явище інтерференції, в наслідок якого збільшується або зменшується гучність звуку.

У медичній практиці широко використовуються наступні звукові методи дослідження:

Аускультація - вислухування звуків фонендоскопом, які виникають всередині організму при диханні, роботі серця і т. д. Фонокардіографія - запис звуків, що супроводжують роботу серця. При цьому використовується мікрофон, підсилювач і реєструючий пристрій. Такий запис називається фонокардіографією (ФКГ) і записується одночасно з електрокардіографією (ЕКГ).

Перкусія - здійснюється методом постукування по поверхні тіла й аналізу звуків, які виникають при цьому. Постукування проводиться спеціальним молоточком з гумовою головкою та спеціальною пластинкою з пружного металу, яка називається плесиметром. Також користуються зігнутим пальцем однієї руки, стукаючи по фалангах пальців другої руки.

Метод визначення гостроти слуху називається аудіометрією. Взагалі, визначають точки кривої межі чутливості при різних частотах. Втрата слуху визначається по різниці між одержаними даними й нормою, а графік називається аудіограмою.

б) Інфразвук - це звуки частотою нижче 16 Гц. Ця область звукових хвиль не сприймається людським вухом.

Звукові хвилі цього діапазону добре поширюються в просторі на великі віддалі, мають велику проникаючу властивість, майже не послаблюються, мало поглинаються й розсіюються.

Інфразвукові хвилі виникають за різних умов: обдування вітром будинків, телеграфних стовпів, металевих споруд, рух людини й тварин, при роботі рівних двигунів. Зареєструвати їх можна лише спеціальними приладами. Ми живемо у світі інфразвуків і не підозрюємо про це. Справа втому, що внутрішні органи людини мають свою власну частоту коливань у межах 3-12 Гц. Частота власних коливань тіла людини в лежачому положенні 3-4 Гц, стоячи 6-12 Гц, грудної клітини 5-8 Гц, черевної по­рожнин 3-4 Гц. При дії інфразвуку даної частоти може виникнути резонанс і викликати неприємні відчуття, привести до розриву органів.

Інфразвук невеликої потужності діє на барабанну перетинку вуха людини, викликає біль, примушує коливатися внутрішні органи людині, здається, що в неї в організмі все вібрує. Основною причиною швидкої стомлюваності є робота людей у цехах, де працюють двигуни, шахтарів.

Інфразвуковий генератор потужністю 2 кВт може зруйнувати будинок. Руйнівна сила інфразвуку проявляється тоді, коли частота інфразвукових коливань співпадає з частотою власних коливань предметів, тіл.

Наукові дослідження показали, що інфразвук присутній практично скрізь, але в різни дозах. Найбільше ми відчуваємо його в тунелях, де рухаються поїзди та автомобілі, а також під мостами, естакадами. Вимірювання інфразвуку показали, що він підсилюється в малих приміщеннях, а на вулиці відчуваємо його менше, бо він губиться серед шуму вулиці.

Встановлено, що інфразвуки частотою 2-15 Гц, інтенсивністю 105 дб сповільнюють зорову реакцію, люди стають неуважні, порушуються функції органів людини, спостерігається дія інфразвуків на слуховий, вестибулярний аналізатори, центральну нервову систему, серцево-судинну систему.

Тривала дія інфразвуків викликає великі зміни клітин міокарду та його судин. Великі зміни спостерігаються в судинах кори головного мозку: капілярні судини розширюються, виникають набряки, порушується гемодинаміки. При дії інфразвуку частотою 16 Гц й інтенсивністю 110-120 дб на гепатоцити відбуваються зміни як ядер (спостерігається їх деформація), так і в цитоплазмі (набухають мітохондрії). Цікаві зміни спостерігаються в обміні мікроелементів. Було встановлено, що при дії інфразвуку порушуються функції зовнішнього дихання, функціональний стан нервової системи, що призводить до порушення біоенергетичних процесів, зміни функціональної активності ферментативних систем, зміни мікроелементів в організмі. Біологічна дія інфразвуку пояснюється дією його на паренхіму внутрішніх органів внаслідок трансформації механічної енергії інфразвуку в теплову, в енергію біохімічних і біомембранних процесів, через метало компоненти, що входять до складу ферментів.

У медичній практиці використовують інфразвукові генератори для вібрації, вібромасажу. Малий ступінь затухання, співпадання частоти коливань із власними коливаннями біоритмів організму, можливість генерування на різних рівнях постійного тиску, інтенсивності інфразвуку дали медичним працівникам можливість використовувати його з іншими фізіотерапевтичними засобами та процедурами (тепловими, механічними, ультразвуковими). При захворюванні зорового нерву, судинної оболонки ока широко використовується інфразвуковий іонофорез - введення лікарських речовин при використанні інфразвуку.

в) Ультразвук - це пружні механічні коливання середовища з частотою від 20 кГц до 20 МГц.

У залежності від довжини хвилі й частоти ультразвукові хвилі розділяють натри області:

- низькі ультразвукові частоти – 15х10⁴ - 10⁵ Гц,

- середні- 10⁵ - 10⁷ Гц,

- високі – 10⁷ – 10⁹ Гц.

Ультразвук відрізняється від звичайних звуків тим, що має велику частоту і малу довжину хвилі, тому добре фокусується, має малий кут розходження, поширюється прямолінійно. Це дає можливість сконцентрувати енергію в потрібному напрямі і невеликому об'ємі.

Механізм дії ультразвуку на біологічні об'єкти полягає в тепловій, механічній і хімічній дії.

Механічна дія пояснюється тим, що при проходженні ультразвуку через середовище в будь-якій точці можуть виникнути стискування і розрідження, рідина може розірватися та створити мікропорожнину, запевнену парами рідини. Це явище навивають кавітацією. Якщо в кавітаційну бульбашку попадає бактерія, то вона може загинути, але руйнування частинок відбувається тоді, коли розміри більше довжини півхвилі. Кавітаційні порожнини існують не довго. Зміна тиску відбувається з високою частотою, молекули середовища рухаються з великою швидкістю, спостерігається тертя та іонізація молекул. Це сприяє утворенню великої кількості іонів і радикалів. Іони та радикали вступають у взаємодію з речовиною біологічного об'єкту - білками й нуклеїновими кислотами, що призводить до змін молекул біологічно важливих речовин у клітинах.

Таким чином, клінічна дія ультразвуку полягає в тому, що внаслідок кавітації уповільнюються реакційноздібні речовини, що взаємодіють потім з білками н нуклеїновими кислотами клітин.

Хімічна дія спостерігається через певний проміжок часу після опромінювання. Цей час потрібний, щоб у клітині утворились іони й радикали, які потім взаємодіють з речовинами клітини.

Тепловий ефект ультразвуку - залежить від інтенсивності й пояснюється періодичними коливаннями, що приводить до підвищення температури.

Ультразвук широко використовується в терапії та діагностиці.

Опромінення ультразвуком малої інтенсивності (1 Вт/см²) дає позитивний ефект, цитоплазма клітин здійснює бурний круговий рух, внаслідок чого прискорюються фізіологічні процеси. Якщо інтенсивність ультразвуку буде більша, рух цитоплазми прискорюється, з'являються кавітаційні бульбашки. Явище кавітації приводить до зміни структури клітин, що може призвести до гомогенізації тканин взагалі.

Рушійна сила ультразвуку використовується для стерилізації різних предметів і речовин (бактерицидна дія), для руйнування злоякісних пухлин, у нейрохірургії (ультразвуковий скальпель), стоматології (ультразвукова бормашина), травматології (ультразвукове вварювання кісток), офтальмології (ультразвукові окуляри). Механічна дія ультразвуку лежить в основі гомогенізації тканин з метою вилучення біологічно активних речовин. У фармацевтичній промисловості ультразвук використовують для приготування високодисперсних емульсій (емульсія камфорного масла).

З метою діагностики ультразвук використовують для визначення структури внутрішніх органів у нормі та при патології їх розмірів,

проводять фотографування пухлин, крововиливів, наявності металевих, дерев'яних, скляних предметів у тканинах.

За межею високих ультразвукових хвиль розмішується гіперзвуковий діапазон 10⁹ – 10¹³ Гц. Гіперзвук по-іншому взаємодіє з середовищем, так як частоти відповідають частотам електромагнітних хвиль дециметрового, сантиметрового та міліметрового діапазонів. Гіперзвукові частоти 10⁹ герц у повітрі відповідає довжина хвилі 3,4х10'^! см, яка становить довжину вільного пробігу молекул у повітрі при даних умовах. Тому в газах при нормальних умовах гіперзвуки практично не поширюються. У рідинах поширюються на великі відстані. Хорошими провідниками гіперзвуку є тверді тіла у вигляді монокристалів при низьких температурах.

Сучасні методи одержання та реєстрації гіперзвуку засновані на використанні п'єзоелектричного та магнітострикційного ефектів, їх одержують, наприклад, завдяки вакуумному напиленню плівок із п'єзоелектричних матеріалів на торець звукопроводу, що має форму кристалічного стержня із сапфіру, рубіну, кварцу та інших речовин.

Унікальні властивості гіперзвуку дали можливість використовувати його в області фізики твердого тіла (для дослідження стану речовин), акустоелектрониці та акустооптиці.