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 диссоциация молекул 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.

Контрольное задание

1. Интенсивность звука частотой 5 кГц равна 10^-9 Вт/м². Определить уровни интенсивности и громкости этого звука.

2. Уровень интенсивности звука от некоторого источника равен 60 дБ. Чему равен суммарный уровень интенсивности звука от десяти таких источников при их одновременном действии?

3. Уровень громкости звука частотой 200 Гц после его прохождения через стену понизился от 100 до 20 фон. Во сколько раз уменьшилась интенсивность звука?

4. Ультразвуковая волна из воздуха проходит в воду перпендикулярно поверхности воды. Какая доля от падающей ультразвуковой энергии распространяется в воде? Скорость распространения акустических волн в воде 1500 м/с, плотность воздуха 1,29 кг/м³.

5. Определите коэффициент отражения ультразвуковой волны на границе раздела мышца - кость. Считайте плотность кости 2 г/см³, мышцы - 1,2 г/см³. Примите скорость распространения акустических волн в кости равной 4 км/с, в мышце - 1,6 км/с.

6. Определите глубину нахождения инородного тела в мышечной ткани, если при ультразвуковой локации зафиксировано появление отраженного ультразвукового импульса через 20 мкс. Скорость ультразвука в мышечной ткани принять 1600 м/с.

7. Почему затруднена ультразвуковая диагностика состояния некоторых органов? Каких?

8. Для ультразвука частотой 3 МГц показатель его поглощения в мышечной ткани равен 0,7 см -1. При какой толщине ткани интенсивность ультразвука уменьшается вдвое?

9. Для частоты 3 МГц показатель поглощения ультразвука равен 0,7 см^-1, а для частоты 10 МГц - 7 см^-1. Какую частоту предпочтительно использовать для ультразвукового исследования щитовидной железы, а какую - для исследования печени? Почему?

10. Почему отличается механизм фармакотерапевтического действия одних и тех же лекарственных веществ, вводимых с помощью инъекций и фонофореза?

 

ЧАСТЬ III

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: