1. Механическое действие.

Действие УЗ на вещество связано в первую очередь с деформациями, которые происходят в результате поочередного сгущения и разряжения частиц среды, вызываемого ультразвуковыми волнами. При вынужденном колебательном движении частицы создают переменное давление в среде. В жидких средах при действии ультразвука амплитуда переменного давления изменяется в зависимости от плотности среды, скорости распространения УЗ-волн и частоты колебания частиц среды. В момент растяжения (пониженное давление) жидкость может разорваться и в ней могут образоваться микрополости (каверны), заполненные парами жидкости. Это явление образования микрополостей называется кавитацией.

Растяжение, которое могут выдержать жидкости зависит от примесей в них (наличие газов и газовых пузырьков). При образовании каверн плотность жидкости понижается, а скорость колебательного движения частиц увеличивается. Таким образом УЗ-волны оказывает механическое действие, в основе которого лежит действие переменного давления, создающего кавитацию.

2. Тепловое действие.

Кавитационные микрополости, образующиеся в среде при прохождении ультразвука, существуют короткое время. Пониженное давление в каждой точке среды существует лишь на протяжении полупериода колебаний, затем сменяется повышенным давлением, что приводит к быстрому захлопыванию микрополостей. В результате увеличения колебательного движения частиц среды, а также захлопывания каверн, в небольших объемах выделяется большая тепловая энергия, что приводит к повышению температуры среды. Следовательно, ультразвук оказывает тепловое действие. Тепловой эффект ультразвука зависит от его интенсивности и длительности.

3. Химическое действие.

При захлопывании каверн молекулы среды движутся с большой скоростью и испытывают взаимное трение, вследствие чего молекулы могут возбуждаться и ионизироваться, так как возможен разрыв молекулярных связей. Это в свою очередь приводит к образованию ионов и радикалов. Например, в биологическом объекте молекула воды расщепляется на водород и гидроксильную группу, образуются радикалы водорода и гидроксильной группы. Ионы и радикалы вступают во взаимодействие с белками, липидами и нуклеиновыми кислотами, что может привести к пространственной перестройкой внутриклеточных молекулярных компонентов. Таким образом, при кавитации образуются реакционноспособные вещества, которые вступают во взаимодействие с молекулами, следовательно УЗ оказывает химическое действие. Проявляется химическое действие не сразу после облучения, а по истечению некоторого времени.

Биологические эффекты, вызываемые ультразвуковыми волнами

В зависимости от интенсивности, частоты, длительности УЗ вызывает разные биологические эффекты. При низкой интенсивности и длительности облучения УЗ вызывает чаще положительный эффект, при большой интенсивности и длительности - отрицательный. Физические процессы,обусловленные УЗ, вызывают в биологических объектах следующие эффекты:

1. При облучении малой интенсивности происходит микровибрация на клеточном и субклеточном уровне. При интенсивности не более 1 Вт/см² усиливается движение цитозоли, активизируются транспортные процессы в цитоплазматических и клеточной мембранах, что приводит к увеличению роницаемости клеточной мембраны, улучшаются процессы тканевого обмена, таким образом вызывается положительный эффект.

2. При средней интенсивности (менее 10 Вт/см²) переменное ультразвуковое давление может привести к разрушению биомакромолекул и их перестройке и повреждению.

3. При интенсивностях более 10 Вт/см² и длительном облучении происходят необратимые морфологические и функциональные изменения - наблюдается отрицательный биологический эффект. Необратимое повреждение начинается чаще всего в ядрах клеток и выражается в патологических деформациях, скручиваниях, разрывах, что приводит к разрушение клеток и гомогенизации ткани.

4. При длительном действии УЗ с частотой 30 кГц в производственных условиях наблюдается утомляемость, сонливость, головокружение, расстройство нервной системы. Это объясняется способностью УЗ вызывать двухфазные изменения возбудимости: сначала повышение в области воздействия ультразвука, а затем понижение.

Методы диагностики и методы лечения.

Ультразвуковая диагностика.

Скорость распространения, отражение и поглощения УЗ-волн различны в разных тканях, используя этот факт органы делают видимыми. Исследование структуры внутри живых организмов,основанное на явлении отражения и характера распространения УЗ в средах, носят общее название -эхо-методы:

1. эхоэнцефалография (опухоли и отеки мозга);

2. эхокардиография (измерение размеров сердца в динамике), доплеровская эхокардиография (определение работы сердечных клапанов);

3. ультразвуковая визуализация мягкой ткани (ультрасонограммы желудка, грудной железы, сердца, костей, мышц, печени). Этот метод диагностики представляет особый интерес, так как почти все компоненты мягких тканей имеют одинаковую плотность для рентгеновских лучей и неотличимы друг от друга.

4. УЗ-локация в офтальмологии для определения глазных сред.

5. УЗ-сканирование -исследование развития плода.

Ультразвук используют также для определения скорости кровотока (ультразвуковая расходометрия), для введения лекарственных веществ (фонофорез), так как при действии УЗ повышается проницаемость кожи и слизистых оболочек.

Ультразвуковая терапия.

Высокочастотный УЗ (более 800 кГц) распространяется в средах почти прямолинейно, что позволяет оказывать тепловое (при больших дозах и непрерывной подаче), механическое и химическое действие (при малых дозах импульсными сигналами) на ограниченные участки. УЗ проникает на глубину от 1 до 5-6 см, что позволяет его использовать для лечения различных органов: в большей степени УЗ поглощается мышцами, от костей отражается 40-60% падающей энергии. Для уменьшения отражения УЗ на границе раздела воздух-ткань при терапии используют различные пасты из вазелина и ланолина, водное желе или просто воду.

УЗ малой интенсивности (1,5 Вт/см²) - способствует активизации внутриклеточных процессов в тканях (биосинтез белка, образование биологически активных веществ, усиление активности ферментов и т.д.). Терапевтические дозы оказывают болеутоляющее действие, сосудорасширяющее, рассасывающее, стимулирующее восстановление поврежденных органов и тканей. Малыми дозами осуществляют массаж сердца, легких, мышечных тканей как гладких так и скелетных.

УЗ больших интенсивностей (3-10 Вт/см²) используют для:

1. дробления камней в мочевых путях;

2. в качестве УЗ-скальпеля в хирургии (улучшает свертываемость крови, оказывает обезболивающий эффект, убивает микроорганизмы и их споры (стерилизация ран);

3. ультразвуковая "сварка" костей при переломах - остесинтез.

"Сварка" прочно связывает фрагменты при этом не нарушает естественных процессов регенерации кости, "сварку" используют для заполнения костных дефектов, для "наваривания" суставных концов и другое.