Повна версія

Головна arrow Медицина arrow УЛЬТРАЗВУК В МЕДИЦИНІ, ВЕТЕРИНАРІЇ, БІОЛОГІЇ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

КАВІТАЦІЯ В ТКАНИНАХ ПІД ДІЄЮ НИЗЬКОЧАСТОТНОГО УЛЬТРАЗВУКУ

У ряді випадків для отримання необхідного біологічного ефекту використовують безперервний ультразвук досить великої потужності, з частотою 20 ... 44 кГц. Джерелом такого ультразвуку є, наприклад, хірургічні інструменти, ріжучакромка яких вібрує з ультразвуковою частотою, що істотно полегшує різання тканин; вібруючі інструменти для стоматології та ін. Амплітуди коливання ультразвукових хірургічних інструментів в робочому режимі досягають дуже великих значень, при яких імовірність виникнення кавітації в тканинах досить велика. Підтвердженням цьому може служити слабкий характерний шум при висічення м'яких тканин, аерозоль (туман), що утворюється при руйнуванні папілом ультразвуковим зондом, ультразвукове світіння.

КАВІТАЦІЯ В ТКАНИНАХ ПІД ДІЄЮ ВИСОКОЧАСТОТНОГО УЛЬТРАЗВУКУ

Питання про кавітації в біологічних тканинах під дією ультразвуку з частотою 1 МГц і інтенсивністю 0,05 ... 2 Вт / см 2 є предметом багаторічної дискусії. Складність ідентифікації кавітації в тканини обумовлена її відносною непрозорістю, що перешкоджає безпосередньому спостереженню і утрудняє застосування оптичних методів.

Факт протікання кавітаційних процесів в даному середовищі може бути надійно встановлений при одночасному появі, по крайней мере, трьох ефектів, які супроводжують кавітацію: характерного шуму, ультразвукових хімічних реакцій або світіння, мікропотоків.

Непрямим підтвердженням можливого виникнення кавітації в тканинах можуть служити «дірки», виявлені на гістологічних препаратах тканин печінки та інших органів, опромінених ультразвуком з частотою 1 МГц і інтенсивністю 0,05 ... 2 Вт / см 2 .

Пороги кавітації для фокусированного ультразвуку в тканинах не більше ніж в 1,5-2 рази вище, ніж в відстояною водопровідній воді. Якщо це співвідношення зберігається і для плоскої біжучої хвилі, то кавітацію в тканинах можна очікувати при інтенсивності, що перевищує 0,6 Вт / см 2 , так як теоретичний поріг кавітації у воді близько 0,3 Вт / см 2 .

Основними ознаками акустичної кавітації у воді і водних середовищах, насичених повітрям, крім характерного шуму можна вважати ультразвукове світіння і синтез Н2О2, H2NO2, H2NO3, а також вільних радикалів і інших хімічно активних частинок. Ці явища спостерігаються в воді і розбавлених водних розчинах при інтенсивності 0,3 Вт / см 2 ( SA ), а в плазмі крові при 0,8 Вт / см 2 .

Очевидно, що під дією ультразвуку хімічно активні частинки можуть виникнути безпосередньо в клітці. Це мало позначиться на картині ультразвукового пошкодження, але може призвести до найнесподіваніших наслідків - порушення обмінних процесів в клітці, зміни її спадкового апарату і т. П.

Мабуть, тільки при ультразвуковому впливі джерело світіння - кавітуючими бульбашка - може перебувати поблизу або всередині самої клітини. Вплив цього випромінювання, особливо його ультрафіолетової складової, може зумовити, в залежності від інтенсивності і умов опромінення, стимуляцію і підвищення життєздатності клітин, що знаходяться в пригніченому фізіологічному стані, гальмування поділу клітин і їх віддалену загибель, збільшення проникності клітинних мембран, конформаційні зміни в молекулі ДНК , інактивацію деяких ферментів і інші ефекти.

Вимірювання інтенсивності ультразвукового світіння в оптично щільних тварин тканинах досить важке, а ідентифікація утворюються в ультразвуковому полі частинок хімічними або біохімічними методами практично неможлива, що обумовлено їх малою концентрацією і високу хімічну активність.

Використання в якості моделі щодо прозорої тканини бульби картоплі дозволяє виміряти в ній інтенсивність ультразвукового світіння і визначити пороги кавітації, що супроводжується утворенням хімічно активних частинок і, очевидно, іншими, властивими кавітації, ефектами.

Для визначення порогу кавітації бульба картоплі нарізають на пластинки товщиною 0,05 ... 0,25 см. Пластинки «притирают» до поверхні випромінювача ультразвуку, злегка змоченого водою для забезпечення акустичного контакту. Світіння тканини реєструють за допомогою фотоумножителя (рис. 1.6). Хімічно активні частинки в тканинах при ультразвукової кавітації визначають за світінням пластинок, попередньо вимочені протягом декількох годин в розчині люминола. Реакція люминола з пероксидом водню або ОН-радикалами, як відомо, супроводжується характерним блакитно-зеленим світлом.

При опроміненні тканини бульби картоплі безперервним ультразвуком з частотою 880 кГц світіння виникає при інтенсивності 0,3 ... 0,4 Вт / см 2 ( SA ) і посилюється зі збільшенням інтенсивності ультразвуку.

Характер залежності світіння тканини картоплі від інтенсивності ультразвуку схожий з аналогічною залежністю для води і водних розчинів. Очевидно, що в обох випадках ультразвукове світіння обумовлене кавитацией.

Реєстрація світіння тканини

Мал. 1.6. Реєстрація світіння тканини:

Додатковим свідченням цього є шум в тканини картоплі, реєстрований за допомогою гідрофону на частоті першої субгармонік (табл. 1.4), а також інтенсивне світіння, що виникає при ультразвуковому опроміненні зразків, просочених люмінолом. Вона зумовлена взаємодією люминола з Н2О2 і ОН радикалами, які утворюються при ультразвукової кавітації. Мінімальне значення інтенсивності ультразвуку, що викликає це світіння, також одно 0,3 ... 0,4 Вт / см 2 .

  • 1 - фотоелектронний помножувач;
  • 2 - досліджувана тканина; 3 - джерело

ультразвуку

Порівняння наведених даних із залежністю порога виникнення ультразвукового світіння від в'язкості розчинів гліцерину (рис. 1.7) показує, що пороги кавітації в тканини і в розчинах з в'язкістю 0,25 П одного порядку.

Таблиця 1.4

Пороги ультразвукових ефектів

об'єкт

ефект

Поріг ( SA) Вт / см *

вода

бульбашки газу

0,10

Синтез Н 2 0 2 , H 2 N0 2 , H 2 N0 3

0,12

ультразвукове світіння

0,12

Тканина

бульби

картоплі

Акустичний сигнал на частоті // 2

0,10

ультразвукове світіння

0,30-0,40

Ультразвукове світіння тканини, просоченої люмінолом (синтез Н 2 0 2 )

0,30-0,40

Акустичний сигнал на частоті // 2

0,20-0,30

В'язкість цитоплазми досягає (імовірно) 1 З. Однак зниження порога кавітації в тканинах, як вказувалося ність, а також обумовлене внутрішньоклітинними мікротеченіямі оборотне зменшення в'язкості клітинного вмісту, вище, може сприяти їх гетерогенність, а також обумовлене внутрішньоклітинними мікротеченіямі оборотне зменшення в'язкості клітинного вмісту.

Залежність ультразвукового світіння тканини від її товщини має періодичний характер (рис. 1.8), що обумовлено виникненням стоячих хвиль при висотах, кратних половині довжини хвилі.

Виходячи з цих даних і знаючи частоту ультразвукових коливань, можна оцінити швидкість ультразвуку в тканини бульби картоплі. Вона виявилася рівною 1,6 • 10 3 м / с, що, по крайней мере в межах точності вимірювання, який суперечить довідковими даними.

Залежність порога кавітації від в'язкості (в розчинах гліцерину)

Мал. 1.7. Залежність порога кавітації від в'язкості (в розчинах гліцерину)

Залежність інтенсивності ультразвукового світіння тканини від її товщини

Мал. 1.8. Залежність інтенсивності ультразвукового світіння тканини від її товщини

Поріг кавітації в рідині помітно підвищується при зменшенні опромінюється ультразвуком обсягу. Аналогічна залежність, очевидно, існує і в біологічних тканинах, де поріг кавітації при фокусуванні ультразвуку зростає до значень, що перевищують 10 Вт / см 2 (див. § 4.2). Настільки високі інтенсивності ультразвуку викликають необоротне руйнування тканини в фокальній області.

 
<<   ЗМІСТ   >>