Взаимодействие на ултразвук с биологични тъкани
Представлявайки механична вълна, ултразвукът, когато се разпространява в биологични тъкани, генерира локални спадове на налягането в зоната на въздействие. Механичните въздействия се проявяват като видмикромасаж, микровибрации на клетъчно и субклетъчно ниво. При висока интензивност на ултразвуковите вълни това може да доведе до разрушаване на биомакромолекулите и увреждане на клетъчните мембрани. В този случай също се получава нагряване на тъканите - появяват сетермични ефекти. Внезапните спадове на налягането могат да доведат до появата на краткотрайни празнини в средата (кавитации ). Възможна е същойонизация и дисоциация на молекули и редица други първични физико-химични ефекти.
Прифизиотерапията се използва ултразвук с честоти 0,8-3 MHz и интензитет до 1 W/cm 2 . Както вече беше отбелязано, дълбочината на проникването му в тъканта зависи от честотата на ултразвука ипри посочения интензитет не настъпват необратими увреждания в тъканите. „Микромасажът“, възникващ под действието на ултразвук, локално нагряване на тъканите с фракции и единици градус и други първични ефекти водят до промяна на пропускливостта на клетъчните мембрани, повишават интензивността на метаболизма, стимулират процесите на тъканно дишане и подобряват кръвоснабдяването на тъканите и лимфата.
Когато е изложен на пациент, ултразвуковият излъчвател трябва да бъде свързан към повърхността на тялото чрез слой от контактна субстанция (специален течен гел, вазелин или растително масло), за да се изключи силно отражение на ултразвук от въздушната междина между тялото и главата на излъчвателя. Обикновено се използва подвижна техника, когато ултразвуковата главасе движи бавно по кожата. Експозицията може да се извърши внепрекъснат режим (ултразвукът се използва непрекъснато) или вимпулсен, когато изпращането на импулсен сигнал се извършва с честота от 50 Hz и продължителност на импулса, която варира в рамките на няколко милисекунди.
Във физиотерапията широко се използва методътфонофореза на лекарствени вещества, който използва комбинирано въздействие върху живата биологична тъкан на два фактора: физичен (ултразвук) и химичен (лекарства). Лекарственото вещество се въвежда между повърхността на тялото и главата на излъчвателя. Под действието на ултразвука той прониква в епидермиса, откъдето дифундира в кръвта и лимфата и се разпространява в цялото тяло. При този терапевтичен метод ултразвукът изпълнява не само транспортна функция (прилагане на лекарство през кожата), но също така може да променифармакокинетиката. Молекулярните и клетъчните структури на живите тъкани под въздействието на ултразвук взаимодействат с лекарството по различен начин, отколкото например при подкожни и интрамускулни инжекции. Може да има засилване на действието на някои лекарства при относително малки дози или, обратно, отслабване на действието на други вещества.
Възможността за фокусиране на ултразвукови вълни върху много малка повърхност (поради малката дължина на вълната) и получаване на висока енергия (енергията е пропорционална на квадрата на честотата) прави възможно използването на ултразвук вхирургия за рязане и свързване на биологични тъкани. Използването на ултразвук за разрушаване на тъкани може да се извърши по два начина. Първият от тях е въздействие върху меките и костни тъкани чрез самофокусиран ултразвук с честоти 1-10 MHz. Вторият е налагане на ултразвукови вибрации с честоти 20-75 kHz и амплитуда 10-50 микрона върху хирургически инструмент.
ПриУлтразвуковата хирургия намалява загубата на кръв и болката, намалява силата на рязане. Възможно е да се използва ултразвук за унищожаване на кръвни съсиреци в кръвоносните съдове и почистване на съдовите стени от атероматозни маси.
Използват се ултразвукови методи за стимулиране на процеса на сливане на костите (ултразвукова остеосинтеза ). В този случай празнината между костните фрагменти се запълва с течна пластмаса (например циакрин), смесена с костен чакъл. Под действието на ултразвук мономерът бързо дифундира в сраните костни участъци и полимеризира, което осигурява свързването на костите.
След ултразвуково заваряване на меки тъкани, заваръчният шев не пречи на процесите на регенерация и белези. Ето защо ултразвуковото заваряване се използва в пластичната хирургия на кожата, мускулите, увреждания на черния дроб, бъбреците, белите дробове и други органи, както и при операции върху тях.
Тези примери илюстрират само някои от медицинските приложения на ултразвука. Напоследък областите и методите на неговото използване бързо се разширяват и усъвършенстват.
Инфразвук
Инфразвук са механични вълни с честоти под 16 Hz.
Тъй като индексът на поглъщане на акустичните вълни намалява с намаляване на честотата, инфразвукът има висока проникваща способност и се разпространява на големи разстояния. Инфразвукът възниква по време на работа на промишлени инсталации, превозни средства и често е придружен от звуков шум, което създава трудности при изолирането на самия инфразвук от съвкупността от акустични вълни.
Отбелязва се, че на ниво организъм излагането на инфразвук предизвиква комплекс от нежелани усещания. Може да има световъртеж, задух, болки в корема, чувство на страх и др.
Първични механизмиВъздействието на инфразвука върху биологични обекти не е достатъчно проучено. Предполага се, че в основата на този ефект са резонансните ефекти. Естествените честоти на човешкото тяло и отделните му части имат стойности, които съвпадат с честотния диапазон на инфразвука. Това създава условия за възникване на резонансни ефекти, евентуално предизвикващи реакция на организма към инфразвука.
Тестова задача
1. Интензитетът на звука с честота 5 kHz е 10 -9 W / m 2. Определете нивата на интензивност и сила на звука.
2. Нивото на интензитета на звука от някакъв източник е 60 dB. Какво е общото ниво на интензивност на звука от десет такива източника при едновременното им действие?
3. Силата на звука с честота 200 Hz след преминаване през стената намалява от 100 на 20 фона. С колко е намалял интензитетът на звука?
4. Ултразвукова вълна от въздуха преминава във водата перпендикулярно на повърхността на водата. Каква част от падащата ултразвукова енергия се разпространява във водата? Скоростта на разпространение на акустичните вълни във водата е 1500 m/s, плътността на въздуха е 1,29 kg/m 3 .
5. Определете коефициента на отражение на ултразвуковата вълна на границата мускул-кост. Помислете за костна плътност 2 g/cm 3 , мускули - 1,2 g/cm 3 . Вземете скоростта на разпространение на акустичните вълни в костта равна на 4 km/s, в мускула - 1,6 km/s.
6. Определете дълбочината на чуждото тяло в мускулната тъкан, ако ултразвуковото местоположение регистрира появата на отразен ултразвуков импулс след 20 µs. Скоростта на ултразвука в мускулната тъкан се приема за 1600 m/s.
7. Защо ултразвуковата диагностика на състоянието на някои органи е трудна? Какво?
8. За ултразвук с честота 3 MHz, неговият индекс на абсорбцияв мускулната тъкан е 0,7 cm -1. При каква дебелина на тъканта ултразвуковият интензитет намалява наполовина?
9. За честота 3 MHz индексът на ултразвукова абсорбция е 0,7 cm -1, а за честота 10 MHz - 7 cm -1. Каква е предпочитаната честота за ултразвук на щитовидната жлеза и каква честота за чернодробно изображение? Защо?
10. Защо е различен механизмът на фармакотерапевтично действие на едни и същи лекарства, прилагани чрез инжектиране и фонофореза?