Взаимодействие ультразвука с биологическим тканями. Терапевтическое и хирургическое применение ультразвука

Представляя собой механическую волну, ультразвук при распространении в биологических тканях порождает локальные перепады давлений в зоне воздействия. Механические эффекты проявляются в виде своеобразного микромассажа,микровибраций на клеточном и субклеточном уровне. При высоких интенсивностях ультразвуковых волн это может приводить к разрушению биомакромолекул и повреждению клеточных мембран. При этом возникает и нагрев тканей - проявляются тепловые эффекты.Резкие перепады давлений могут приводить к возникновению в среде кратковременно существующих разрывов (кавитаций). Возможна также ионизация и диссоциациямолекул и целый ряд других первичных физико-химических эффектов.

В физиотерапии используют ультразвук с частотами 0,8-3 МГц и интенсивностью до 1 Вт/см². Как уже отмечалось, от частоты ультразвука зависит глубина его проникновения в ткань, а при указанной интенсивности в тканях не возникает необратимых разрушений. Происходящие при действии ультразвука “микромассаж”, локальный нагрев тканей на доли и единицы градуса и другие первичные эффекты приводят к изменению проницаемости клеточных мембран, повышают интенсивность обмена веществ, стимулируют процессы тканевого дыхания, способствуют улучшению снабжения тканей кровью и лимфой.

При воздействии на пациента ультразвуковой излучатель должен быть связан с поверхностью тела через слой контактного вещества (специального жидкого геля, вазелинового или растительного масла), чтобы исключить высокое отражение ультразвука от воздушной прослойки между телом и головкой излучателя. Обычно используется подвижная методика воздействия, когда ультразвуковая головка медленно перемещается по коже. Воздействие может осуществлятьсяв непрерывном режиме (ультразвуком действуют непрерывно) или в импульсном, когда посылки импульсного сигнала происходят с частотой 50 Гц и длительностью импульса, варьируемой в пределах нескольких миллисекунд.

В физиотерапии широко применяется метод фонофореза лекарственных веществ, где используется сочетанное воздействие на живую биологическую ткань двух факторов: физического (ультразвук) и химического (лекарственные препараты). Лекарственное вещество вносится между поверхностью тела и головкой излучателя. Под действием ультразвука оно проникает в эпидермис, откуда диффундирует в кровь и лимфу и разносится по всему организму. В этом лечебном методе ультразвук выполняет не только транспортную функцию (введение лекарства через кожу), но может изменять и фармакокинетику. Молекулярные и клеточные структуры живой ткани под воздействием ультразвука взаимодействуют с лекарственным препаратом иначе, чем, например, при подкожных и внутримышечных инъекциях. Может происходить усиление действия некоторых лекарств при относительно малых дозах или, наоборот, ослабление действия других веществ.

Возможность фокусировки ультразвуковых волн на весьма малую поверхность (из-за малой длины волны) и получения высокой энергии (энергия пропорциональна квадрату частоты) позволяет использовать ультразвук в хирургии для рассечения и соединения биологических тканей. Применение ультразвука для разрушения тканей может осуществляться двумя способами. Первый из них - воздействие на мягкие и костные ткани собственно фокусированным ультразвуком с частотами 1-10 МГц. Второй - наложение ультразвуковых колебаний с частотами 20-75 кГц и амплитудой 10-50 мкм на хирургический инструмент.

При ультразвуковой хирургии уменьшаются кровопотери и болевые ощущения, уменьшается усилие резания. Возможно применение ультразвука для разрушения тромбов в кровеносных сосудах и очищении сосудистых стенок от атероматозных масс.

Ультразвуковые методы применяются для стимулирования процесса сращивания костей (ультразвуковой остеосинтез). При этом промежуток между костными обломками заполняют жидкой пластмассой (например, циакрином), смешанной с костной щебенкой. Под действием ультразвука происходит быстрая диффузия мономера в сращиваемые костные участки и его полимеризация, обеспечивающая соединение костей.

После ультразвуковой сварки мягких тканей сварочный шов не препятствует процессам регенерации и рубцевания. Поэтому ультразвуковую сварку применяют при пластике кожи, мышц, повреждениях печени, почек, легких и других органов, а также при операциях на них.

Приведенные примеры иллюстрируют лишь некоторые медицинские применения ультразвука. В последнее время области и методики его использования быстро расширяются и совершенствуются.

Инфразвук

Инфразвук - это механические волны с частотами менее 16 Гц .

Поскольку показатель поглощения акустических волн с уменьшением частоты уменьшается, то инфразвук обладает большой проникающей способностью и распространяется на большие расстояния. Инфразвук возникает при работе промышленных установок, транспортных средств и часто сопровождается слышимым шумом, что вызывает трудности в выделении из совокупности акустических волн собственно инфразвука.

Отмечено, что на организменном уровне воздействие инфразвуком вызывает комплекс нежелательных ощущений. Может наблюдаться головокружение, затруднение дыхания, боли в животе, чувство страха и др.

Первичные механизмы воздействия инфразвука на биологические объекты изучены недостаточно. Предполагается, что в основе этого воздействия лежат резонансные эффекты. Частоты собственных колебаний тела человека и его отдельных частей имеют значения, совпадающие с частотным диапазоном инфразвука. Это и создает условие для возникновения резонансных эффектов, возможно, обуславливающих реакцию организма на инфразвук.