Виды физического действия ультразвука и их характеристика.
Ультразвук оказывает следующие воздействия:
Тепловое - выделение тепловой энергии при прохождении ультразвука, то есть механическая энергия переходит в тепловую энергию. Тепловое действие обусловлено следующими причинами:
а) Периодическое сжатие участков среды.
б) Трение частиц среды. Оно наиболее выражено на границе раздела сред.
в) Поглощение ультразвука в среде.
Физико-химическое.
Под действием ультразвука ускоряются окислительно-восстановительные реакции и происходят те, которые в обычных условиях не происходят.
Способность расщеплять макромолекулы. При распространении ультразвука в веществе возникают деформации связанные с поочередным растяжением и сгущением частиц. Так как ультразвук преимущественно продольная волна, в зависимости от интенсивности ультразвука эти деформации вызывают либо незначительное структурное изменение, либо разрушение структуры. Это используется при измельчении (дистергировании) среды. При распространении ультразвука в жидкости в областях растяжения возникают растягивающие силы. Они могут привести к разрыву сплошной жидкости и образованию пузырьков. Они заполнены парами жидкости. Это явление называется кавитацией. Кавитационные пузырьки образуются при достижении растягивающего напряжения (порога кавитации). Для чистой воды порог кавитации = 1,5 * 10 Па. Кавитационное явление недолгое. Пузырьки быстро захлопываются, их содержимое нагревается, при этом выделяются газы, содержащие атомарные или ионизированные компоненты. В результате вещество в кавитационной области подвергается интенсивному воздействию, происходит разрывание вещества, диссоциация и ионизация молекул. Кавитация происходит при интенсивности ультразвука равной или более чем 8000 Вт\м . Ультразвук вызывает и другие эффекты, например акустические потоки, с их помощью происходит перемещение жидкости.
Биофизическое действие ультразвука. Особенности его распространения в тканях.
Применение в биологии и медицине.
Комплексное действие ультразвука на биологические объекты основано на тепловых, механических, физико-химических факторах. Эффективность их зависит от частоты и интенсивности ультразвука. Длина волны зависит от вида ткани; скорость от вида ткани и температуры. Ткани человека имеют различное акустическое сопротивление и поглощают ультразвук по-разному. В медицине применяется ультразвук различной интенсивности:
Малой интенсивности - до 1,5 Вт\см.
Средней интенсивности 1,5 - 3 Вт\см.
Высокой интенсивности 3 - 10 Вт\см.
Сверх высокой интенсивности более 10 Вт\см.
Волны малой и средней интенсивности оказывают положительный биологический эффект: увеличение роста клеток и обменных процессов в них. Волны высокой и сверх высокой интенсивности оказывают отрицательный биологический эффект на здоровые ткани: задержка роста и развития клеток и тканей, их гибель.
Механизм действия на клетки.
Колебания частиц вещества в тканях под действием ультразвука приводят к благоприятным структурным перестройкам вследствие микро-воздействия на клеточном и субклеточном уровнях. Под действием ультразвука происходит микро-массаж тканей и структур внутри клетки, возникают потоки, которые могут изменить взаимное расположение клеточных органелл, перемещению цитоплазмы, изменению ее вязкости.
Действие на мембраны.
Универсальной реакцией на ультразвук является изменение проницаемости мембран. Акустические потоки могут отрывать от клеточных мембран биологические макромолекулы, изменять поверхностный заряд мембраны. Всё это изменяет жизнедеятельность клетки.
Разрушение микроорганизмов.
Ультразвук оказывает бактерицидное действие. Для разрушения имеющихся в жидкости бактерий и вирусов используют ультразвук интенсивностью больше чем порог кавитации.
Химическое действие.
Химическое действие проявляется в частности в следующей реакции:
НОН = Н+ + ОН ˉ
Тепловое действие.
При облучении ультразвуком происходит нагревание тканей. Теплота выделяется на границе раздела тканей с различным акустическим сопротивлением. Тепло также выделяется в объёме одной ткани, так как в её структуре много неоднородностей. Много тепла выделяется на границе мягкая ткань - кость. Ткани со сложной структурой более чувствительны к ультразвуку, чем однородные. Локальный нагрев тканей на дополнительный градус увеличивает жизнедеятельность биологических объектов и интенсивность процессов обмена.