Біофізична дія УЗ
При дії ультразвуку на біологічні об’єкти в опромінюваних органах і тканинах на відстанях, рівних половині довжини хвилі, можуть виникати різниці тисків від одиниць до десятків атмосфер. Настільки інтенсивні дії приводять до різноманітних біологічних ефектів, фізична природа яких визначається спільною дією механічних, теплових і физикохимических явищ, супутніх поширенню ультразвуку в середовищі.
Загальний вплив ультразвуку на тканини і організм в цілому
Біологічна дія ультразвуку, тобто зміни, викликані в життєдіяльності та структурах біологічних об’єктів при впливі на них ультразвуку, визначається, головним чином, його інтенсивністю і тривалістю опромінення і може здійснювати як позитивний, так і негативний вплив на життєдіяльність організмів. Так, що виникають при порівняно невеликих інтенсивностях УЗ (до 1,5 Вт / см2) механічні коливання часток виробляють своєрідний мікромасаж тканин, що сприяє кращому обміну речовин і кращому постачанню тканин кров’ю і лімфою. Локальний нагрів тканин на долі і одиниці градусів, як правило, сприяє життєдіяльності біологічних об’єктів, підвищуючи інтенсивність процесів обміну речовин. Ультразвукові хвилі малої і середньої інтенсивності викликають в живих тканинах позитивні біологічні ефекти, що стимулюють протікання нормальних фізіологічних процесів.
Успішне застосування УЗ зазначених інтенсивностей знаходить застосування в неврології при реабілітації таких захворювань, як хронічний радикуліт, поліартрит, неврит, невралгія. Ультразвук використовується при лікуванні хвороб хребта, суглобів (руйнування сольових нашарувань в суглобах і порожнинах); при лікуванні різних ускладнень після пошкодження суглобів, зв’язок, сухожиль і т. д.
УЗ великої інтенсивності (3-10 Вт / см2) надає шкідливий вплив на окремі органи і людський організм у цілому. Висока інтенсивність ультразвуку може призвести до виникнення
В біологічних середовищах акустичної кавітації, що супроводжується механічним руйнуванням клітин і тканин. Тривалі інтенсивні впливу ультразвуком можуть привести до перегріву біологічних структур і до їх руйнування (денатурація білків і ін.). Вплив інтенсивного ультразвуку може мати і віддалені наслідки. Наприклад, при тривалих впливах УЗ частотою 20-30 кГц, що виникають у деяких виробничих умовах, у людини з’являються розлади нервової системи, підвищується стомлюваність, істотно піднімається температура, виникають порушення органу слуху.
Дуже інтенсивний УЗ для людини смертельний. Так, в Іспанії 80 добровольців були піддані дії УЗ турбулентних двигунів. Результати цього варварського експерименту виявилися плачевними: 28 людей загинули, решта виявилися повністю або частково паралізовані.
Тепловий ефект, вироблений УЗ великої інтенсивності, може бути досить значним: при ультразвуковому опроміненні потужністю 4 Вт / см2 протягом 20 с температура тканин організму на глибині 2-5 см підвищується на 5-6 ° С.
З метою запобігання професійних захворювань у осіб, які працюють на ультразвукових установках, коли можливий контакт з джерелами ультразвукових коливань, для захисту рук обов’язково необхідно застосування 2 пар рукавичок: зовнішніх гумових і внутрішніх – бавовняних.
Дія ультразвуку на клітинному рівні
В основі біологічної дії УЗ можуть лежати також вторинні физико-хімічні ефекти. Так, при утворенні акустичних потоків може відбуватися перемішування внутріклітинних структур. Кавітація приводить до розриву молекулярних зв’язків в біополімерах та інших життєво важливих з’єднаннях і до розвитку окислювально-відновних реакцій. Ультразвук підвищує проникність біологічних мембран, внаслідок чого відбувається прискорення процесів обміну речовин через дифузії. Зміна потоку різних речовин через цитоплазматичну мембрану призводить до зміни складу внутрішньоклітинного середовища і мікрооточення клітини. Це впливає на швидкість біохімічних реакцій за участю ферментів, чутливих до вмісту в середовищі тих чи
Інших іонів. У деяких випадках зміна складу середовища всередині клітини може призвести до прискорення ферментативних реакцій, що спостерігається при впливі на клітини ультразвуком низьких інтенсивностей.
Багато внутрішньоклітинні ферменти активуються іонами калію. Тому при підвищенні інтенсивності ультразвуку більш імовірним стає ефект придушення ферментативних реакцій в клітині, так як в результаті деполяризації клітинних мембран концентрація іонів калію у внутрішньоклітинної середовищі зменшується.
Дія ультразвуку на клітини може супроводжується наступними явищами:
– порушенням мікрооточення клітинних мембран у вигляді зміни градієнтів концентрації різних речовин близько мембран, зміною в’язкості середовища всередині і поза клітиною; – зміною проникності клітинних мембран у вигляді прискорення звичайної і полегшеної дифузії, зміною ефективності активного транспорту, порушенням структури мембран; – порушенням складу внутрішньоклітинного середовища у вигляді зміни концентрації різних речовин в клітині, зміною в’язкості; – зміною швидкостей ферментативних реакцій у клітині внаслідок зміни оптимальних концентрацій речовин, необхідних для функціонування ферментів.
Зміна проникності клітинних мембран є універсальною реакцією на УЗ-вплив, незалежно від того, який з факторів УЗ, діючих на клітку, домінує в тому чи іншому випадку.
При досить великої інтенсивності УЗ відбувається руйнування мембран. Проте різні клітини володіють різною резистентністю: одні клітини руйнуються при інтенсивності 0,1 Вт / см2, інші – при 25 Вт / см2.
У певному інтервалі інтенсивностей спостережувані біологічні ефекти ультразвуку оборотні. Верхня межа цього інтервалу 0,1 Вт / см2 при частоті 0,8-2 МГц прийнята в якості порога. Перевищення цієї межі призводить до виражених деструктивних змін в клітинах.
Руйнування мікроорганізмів
Опромінення ультразвуком з інтенсивністю, що перевищує поріг кавітації, використовують для руйнування наявних в рідині бактерій і вірусів.
(2 votes, average: 2.50 out of 5)