Биологическое воздействие ультразвука
Попадая в живой организм, ультразвук оказывает на него биологическое воздействие, которое не ограничивается влиянием только на облученные органы или ткани. Несмотря на то, что физическое и химическое воздействие ультразвука само по себе не объясняет механизма его комплексного влияния, эти воздействия следует учитывать. Мы уже рассматривали механическое воздействие и установили, что при облучении ультдазвуком обычной интенсивности хотя и производится микромассирующее воздействие на клетки, но его эффект незначителен. Разумеется, с повышением интенсивности ультразвука механическое воздействие может привести даже к повреждению ткани. Это явление и применяют в ультразвуковой нейрохирургии, где с помощью фокусированного излучения интенсивностью примерно 1000 Вт/см2 разрушают больные нервные ткани, опухоли.
Более важным, чем механическое, является тепловое воздействие. Поскольку поглощение ультразвука в тканях человека характеризуется коэффициентом приблизительно 0,33 (т. е. 33% на 1 см), то одна треть энергии ультразвука, проходящая через сантиметровый слой, преобразуется в тепло, а две трети проникает дальше, чтобы вызвать в более глубоких слоях механический и тепловой эффект. Ясно, что в тканях, находящихся на различной глубине, повышение температуры под влиянием излучения различно и тем меньше, чем глубже. А поскольку коэффициент поглощения тканей разный, поэтому и степень нагревания тоже различна, и бывает, что в ткани, находящейся глубже и обладающей большей поглощающей способностью, в тепло превращается больше ультразвуковой энергии, чем в слоях над ней, несмотря на то, что интенсивность ультразвука в глубине уже существенно меньше. Как показывают опыты, при ультразвуковом облучении имеет место и химическое воздействие. И хотя эксперименты дают убедительный ответ еще не на все вопросы, есть полная уверенность в том, что облучение ультразвуком ускоряет процессы диффузии в клетках, способствует деполимеризации крупномолекулярных белков, ускоряет процессы биохимического окисления и т. д.
Для генерации ультразвуковых колебаний используют пьезоэлектрический эффект. Если подавать на некоторые кристаллы ВЧ напряжение, то они начинают колебаться в такт изменению напряжения. Пьезоэлектрические свойства отдельных материалов выражены весьма ярко и эти материалы совершают колебательные движения с большой амплитудой, иначе говоря, они преобразуют введенную электрическую энергию в энергию механических колебаний с большим к.п.д. Замечательными пьезоэлектрическими свойствами обладает кристалл кварца, вырезанный в соответствии с определенными кристаллографическими осями. Раньше ультразвуковые излучатели делали из кристалла кварца. Однако так как для возбуждения кварца нужно высокое напряжение, в настоящее время перешли к применению керамики из титаната бария. Для возбуждения колебаний преобразователи иэ этого материала требуют напряжения до 100 В. Недостатком таких преобразователей является то, что их свойства начинают изменяться при температуре 120...130°С. Поэтому головку из титаната бария необходимо охлаждать. Прежде для этой цели использовали воду, однако это создавало много неудобств. С помощью охлаждающих ребер можно добиться устойчивой работы излучающей головки терапевтического аппарата и при естественном воздушном охлаждении (рис. 41). ВЧ напряжение, необходимое для возбуждения пьезоэлектрической излучающей головки, обеспечивает специальный генератор. В терапии применяют кристалл с максимальной поверхностью 10 см .Современные аппараты позволяют получить интенсивность ультразвука 2 Вт/см2. При этом генератор должен иметь мощность, в несколько раз превышающую 10 Вт с учетом коэффициентов преобразования и вывода мощности. В зависимости от режима работы генератора преобразователь формирует непрерывные или импульсные волны. Импульсный режим работы позволяет использовать для терапии более интенсивный ультразвук без чрезмерного перегрева облучаемых тканей.
По расположению головки, излучающей ультразвук, различают три способа лечения. При контактном лечении колеблющуюся поверхность слегка прижимают к коже так, чтобы головка прилегала всей поверхностью. Воздушный слой между поверхностью тела и головкой перед процедурой следует заполнить какой-либо передающей жидкостью, например парафином, иначе ультразвуковые колебания отразятся на граничной поверхности преобразователь—воздух. Если из-за неровности поверхности тела ультразвуковую головку нельзя прижать всей поверхностью к телу (например, на пальцах или щиколотке) или если размещение головки причинило боль, то контактное лечение нельзя применять. В таких случаях прибегают к лечению в водяной ванне. Облучаемая часть тела опускается в воду, нагретую до температуры тела и дегазированную кипячением. Головка размещается в 2...3 см от облучаемого участка тела. В этом случае ультразвуковая энергия передается воде и через нее воздействует на облучаемые ткани. При выборе направления излучения необходимо следить за тем, чтобы под действием отражения от стенок ванны в тканях не возник ультразвук с интенсивностью, превышающей допустимые нормы.
При лечении некоторых частей тела (например, глаз, уха, зубов) следует применять различные вспомогательные средства (заполненную водой резиновую трубку, которая передает ультразвуковые колебания в нужную часть тела). В комплект аппаратов для ультразвуковой терапии входят различные сосуды: в форме воронки и цилиндра, из металла или пластмассы. С их помощью терапевтическое воздействие можно локализовать на сравнительно малой поверхности. Однако этими вспомогательными средствами пользуются неохотно, поскольку, с одной стороны, они сложны в обращении, с другой — возникающие нежелательные отражения часто не позволяют управлять интенсивностью ультразвука.
При облучении ультразвуком важно знать, какая энергия необходима для соответствующего воздействия на организм. Это важно прежде всего для обеспечения воспроизводимости результатов лечения, но еще и потому, что избыточная ультразвуковая энергия может оказать вредное действие на организм. Для точного дозирования следует учитывать несколько факторов: интенсивность излучаемого ультразвука (малая интенсивность — 0,05...0,5 Вт/см2, средняя — 0,5—2,0 Вт/см2, большая >2,0 Вт/см2), частоту ультразвуковых ко лебаний (в терапевтических аппаратах 800 кГц, для диагностических целей больше, максимально 15 МГц) и длительность процедуры (в зависимости от сложности заболевания 5...20 мин).