Биологическое действие ультразвука

Механические колебания, частота которых выше 20 000 гц, называются ультразвуками. Они, как и колебания звукового диапазона, распространяются в однородной среде с постоянной скоростью, равной скорости звука. Свойства отражения, преломления, дифракции, интерференции также присущи ультразвуковым волнам.

Однако очень большая частота ультразвуков придает им специфические свойства.

Так, они сильно поглощаются воздухом и другими газами, меньше — жидкостями и твердыми телами. На границе между разнородными средами ультразвуковые волны интенсивно поглощаются и энергия их переходит в тепло. Биологическое действие ультразвука связано, в основном, с его механическим, тепловым и физико-химическим действием.

Механическое и тепловое действие ультразвука. Механическое действие ультразвука на биологические объекты сводится, в основном, к следующему. Переменное звуковое давление в ультразвуковой волне может изменяться в пределах от +3 до —3 атм. Возникновение отрицательного давления приводит к возникновению внутри жидкости полостей, разрывов. Это явление, получившее название кавитации, приводит к ряду последствий: деполяризации макромолекул, специфическим химическим реакциям, ионизации, при больших интенсивностях — к деструкции (нарушение структуры), разрыву ткани (тканевая кавитация).

При образовании стоячих звуковых волн в биологических объектах наблюдается ряд явлений: тепловые повреждения в узлах волны, разделение смесей и растворов на компоненты; возникают также электрические явления: разделяются ионы с различными массами, возникают периодические поля и разность потенциалов между узлами и пучностями. Установлено также, что ультразвук способствует нормализации и усилению обмена веществ, в частности, ускоряет процессы диффузии и осмоса. Тепловое действие ультразвука может быть обусловлено тремя различными факторами.

Во-первых, периодические сжатия среды приводят к адиабатическому повышению температуры. Во- вторых, на границе двух разнородных сред тепловой эффект возникает вследствие различий в характере движения частиц— обстоятельство, играющее важную роль в ультразвуковой терапии. Наконец, акустическая энергия ультразвуковой волны при поглощении превращается в тепловую. Поглощение звука обусловлено вязкостью и теплопроводностью среды, а также внутримолекулярным поглощением.

Ультразвук в терапии. В основе биологического действия ультразвука лежит его свойство поглощаться тканями человека и животных. Энергия поглощенных ультразвуковых волн тканями организма превращается главным образом в тепло. Тепловой эффект, производимый ультразвуком, может быть весьма значительным: при ультразвуковом облучении мощностью 4 в т/см2 в течение 20 сек температура тканей организма на глубине 2—5 см повышается на 5—6°.

Биологическое действие ультразвуковых волн зависит от их интенсивности. Ультразвуковые волны малой (до 1,5 вт/см²) и средней (1,5—3 вт/с м²) интенсивности вызывают в живых тканях (живых средах) положительные биологические эффекты, стимулируют протекание нормальных физиологических процессов. Это свойство используется в биогенетике, селекции, а также в клинике при лечении хронических радикулитов, полиневритов, различных осложнений после повреждений суставов, связок, сухожилий, при лечении аллергических состояний — бронхиальной астмы, дерматозов.

Ультразвуковые волны большой интенсивности (3—10 вт/см²) оказывают вредное воздействие на отдельные органы и человеческий организм в целом. Например, при длительном воздействии на человека ультразвуковых колебаний частотой 20—30 кгц, возникающих в производственных условиях, появляются расстройства нервной систем мы, повышается утомляемость, поднимается температура. Ультразвуки очень большой интенсивности вызывают нарушение передачи нервного импульса от одной нервной клетки к другой в области их стыков (сигналов), что приводит к ряду осложнений.

Очень интенсивные ультразвуки для человека смертельны. В Испании 80 добровольцев были подвергнуты действию ультразвука турбореактивных двигателей. Результаты этого варварского эксперимента оказались плачевными: 28 человек погибли, остальные оказались полностью или частично парализованными.

Ультразвуковые колебания уверенно и прочно вошли в клинику. Дозированным пучком ультразвука можно провести нежный массаж сердца, легких и других органов и тканей. В урологических клиниках с помощью механического действия ультразвуковых волн успешно дробят камни в мочевых путях и этим спасают больных от довольно тяжелых операций.

Отоларингологи (специалисты по болезням уха, горла и носа) с помощью специально сконструированных приборов фокусируют ультразвуковые волны и воздействуют на барабанную перепонку, слизистую оболочку носа. Таким способом они научились лечить хронический насморк, болезни гайморовых полостей. Другие методы лечения оказываются при этих заболеваниях менее эффективными.

Успешно применяют ультразвуковые колебания в неврологических клиниках при лечении заболеваний периферической нервной системы, в частности хронических радикулитов, невритов, невралгии. Ультразвуки используются для лечения болезней суставов, позвоночника, дыхательных путей и других заболеваний.

Имеются данные о применении ультразвука в анестезиологии и реанимации (обезболивание и оживление).

Свойство ультразвука губительно действовать на вирусы, бактерии, грибки находит применение для стерилизации операционного материала, белья, хирургических инструментов.

Тепловой эффект, вызываемый ультразвуком, иногда бывает вредным. В этом случае вместо непрерывного облучения применяют импульсное. Так, если в секунду излучается 100 импульсов длительностью по 0,001 секунды, то ткань будет охлаждаться в течение 0,9 всего времени облучения. Это устраняет перегрев.

Ультразвуковые колебания малой мощности способствуют разрыхлению уплотненной ткани, рассасыванию различных рубцовых образований, солевых наслоений в суставах и полостях. Следует отметить, что мы указали только на некоторые случаи применения ультразвуковых колебаний в клиниках. Им принадлежит большое будущее.