2. Тепловое действие

При распространении УЗ в биологических средах происходит поглощение энергии волны и переход её в теплоту. При этом интенсивность УЗ ослабевает с расстоянием по экспоненциальному закону. Величина поглощения в жидкой среде значительно меньше, чем в мягких тканях и тем более в костной ткани. При частоте 1МГц на расстоянии 1 см уровень интенсивности УЗ энергии уменьшается в мягких тканях, мышцах и костях соответственно на 1дБ, 2,3дБ и 13дБ. С ростом частоты поглощение резко возрастает. Так на частоте 3 МГц в мышцах и костях уменьшение уровня интенсивности составляет, соответственно, 5дБ и 55дБ.

Повышение температуры среды будет определяться интенсивностью, продолжительностью воздействия, частотой ультразвука, режимом воздействия (непрерывный, импульсный), свойствами среды. Тепло, необходимое для нагревания мышечной ткани на 5-7°С при интенсивности 1 Вт/см² и частоте 1МГц, может в зависимости от условий теплообмена и свойств ткани выделятся за 0,5-5 минут. Характерно, что образование тепла происходит не равномерно по всей толщине ткани, а наиболее заметно на границах сред с различными волновыми сопротивлениями. Локальный нагрев тканей на единицы градусов, используется в УЗ физиотерапии.

В хирургии УЗ воздействие на биоткань приводит к её разрушению, что достигается фокусировкой мощных УЗ пучков, обеспечивающей получение интенсивностей более 1 кВт/см². При этом за несколько секунд в объеме ткани 1-2 мм³ температура повышается до 100°С, что и приводит к её разрушению.

3. Химическое действие

Образование ионов и радикалов

При захлопывании каверн молекулы среды движутся с большой скоростью и испытывают взаимное трение. В результате увеличения скоростей движения молекул среды, они могут возбуждаться и ионизироваться, так как возможен разрыв молекулярных связей. Это приводит также к образованию ионов и радикалов. Эти реакционноспособные вещества могут вступать во взаимодействие с молекулами, то есть оказывать химическое действие на молекулярном уровне.

Действие на клеточном уровне

На клеточном уровне ультразвуковое воздействие приводит к изменению проницаемости клеточных мембран. Изменение потока различных веществ через цитоплазматическую мембрану приводит к нарушению состава внутриклеточной среды и микроокружения клетки. Это влияет на скорость биохимических реакций с участием ферментов, чувствительных к содержанию в среде тех или иных ионов. В некоторых случаях изменение состава среды внутри клетки может привести к ускорению ферментативных реакций, что наблюдается при воздействии на клетки ультразвуком низких интенсивностей.

При повышении интенсивности ультразвука более вероятным становится эффект подавления ферментативных реакций в клетке. Это происходит, так как в результате деполяризации клеточных мембран концентрация ионов калия

во внутриклеточной среде уменьшается, а ионов натрия возрастает. Многие внутриклеточные ферменты активируются ионами калия.

Механизм действия ультразвука на клетки можно представить в виде следующих явлений:

а) нарушение микроокружения клеточных мембран в виде изменения градиентов концентрации различных веществ около мембран, изменение вязкости среды внутри и вне клетки,

б) изменение проницаемости клеточных мембран в виде ускорения обычной и облегченной диффузии, изменении эффективности активного транспорта, нарушении структуры мембран,

в) нарушение состава внутриклеточной среды в виде изменения концентрации различных веществ в клетке,

г) изменение скоростей ферментативных реакций в клетке вследствие изменения оптимальных концентраций веществ, необходимых для функционирования ферментов.

В определенном интервале интенсивностей наблюдаемые биологические эффекты ультразвука обратимы. Верхняя граница этого интервала 0,1 Вт/см², при частоте (0,8-2) МГц и длительности (1-10-3) сек. может быть принята в качестве порога. Превышение этой границы приводит к выраженным деструктивным изменениям в клетках.

ЛЕКЦИЯ 3

ПОЛУЧЕНИЕ И ПРИЁМ УЛЬТРАЗВУКА

1. Источники и приёмники ультразвука

2. Устройства для получения и приёма ультразвука

3. Факторы, определяющие интенсивность принимаемого сигнала.