книги / Основы взаимодействия ультразвука с биологическими объектами

своевременном лечении катаральные маститы прекращаются после 2-5 процедур (по одной ежедневно). В конце курса лечения болезне­ творные микроорганизмы в молоке совсем исчезают.

Успешно используют ультразвук и при других формах маститов, а также при абсцессах, актиномикозах, флегмонах и отеках различной этиологии. Процесс лечения обычно составляет 5 -6 дней и не превы­ шает 2 -3 недель.

Эффективен для лечения маститов комбинированный метод, включающий лечение ультразвуком и антимикробными препаратами.

3.5.7. Ультразвук в офтальмологии

Ультразвук с интенсивностью, превышающей 1 Вт/см2, вызывает нежелательные явления в структуре глаза - помутнение стекловидно­ го тела, образование катаракты, слущивание эпителия на роговице, отек и некроз передних слоев стромы и пр. Поэтому для лечения бо­ лезней глаз используют ультразвук с интенсивностью 0,2...0,4 Вт/см2, а время воздействия обычно не превышает 5 мин. Ультразвук в таком режиме заметно активизирует обменные процессы, а также увеличи­ вает проницаемость тканей глаза для лекарственных препаратов. В связи с этим на практике, как правило, используют фонофорез.

В лечении глазных болезней была использована и способность ультразвука стимулировать обменные процессы, ускорять биосинтез соединительнотканных белков и ряда других веществ в клетке, акти­ визировать восстановительные процессы в поврежденных тканях.

Весьма эффективен ультразвук (0,88 МГц; 0,3 Вт/см2; 5 мин) при лечении тяжелых проникающих ран роговицы и склеры. Под его влиянием ускоряется рассасывание фибрина и лейкоцитарной ин­ фильтрации, уменьшается отек стромы роговицы. В результате обра­ зуется тонкий, почти бессосудистый рубец, похожий по своему строе­ нию на строму роговицы.

Вирусный кератит, в том числе у кроликов, собак, лошадей и дру­ гих животных, после лечения ультразвуком быстро проходит и не ос­ тавляет грубых рубцов на роговице.

Для воздействия ультразвуком на глаза животных и человека в на­ стоящее время используется несколько разных способов. Излучатели небольшого размера (диаметром от 0,5 до 1 см) позволяют облучать ультразвуком ограниченный участок глаза при непосредственном кон­ такте с ним. Такой метод чаще всего используют при лечении рубцов, царапин и ран кожных покровов век и кожи вокруг глаз. Для воздейст­ вия на сам глаз применяют непрямой контактный метод. В качестве прокладки, передающей акустическую энергию, используют заполнен­ ный водой мешочек из тонкой резины, принимающий форму глаза и

излучателя. Однако при этом теряется 50...60 % ультразвуковой энер­ гии и становится затруднительной точная дозировка воздействия.

Фонофорез проводят, используя специальную ванночку-векорас- ширитель, которую устанавливают на предварительно анестезирован­ ное глазное яблоко. Края ванночки заводят под веки, а в широкую часть наливают лекарственный раствор, который одновременно ис­ пользуется в качестве среды, обеспечивающей акустический контакт. При стойких хронических патологических изменениях различных структур глаза ультразвуковая терапия малоэффективна.

3.5.8. Влияние ультразвука на внутренние органы

Ультразвук в ряде случаев весьма эффективен при лечении болез­ ней внутренних органов.

При ранних воспалительных поражениях печени ультразвук (0,88 МГц; 0,3...0,6 Вт/см2; 5...10 мин) оказывает нормализующее и про­ тивовоспалительное действие. В зрелом возрасте, особенно при гипоки­ незии и гепатозе, это действие проявляется значительно слабее.

Ультразвуковое воздействие (0.2..Д4 Вт/см2) на область желчно­ го пузыря усиливает его моторную активность. При хронических хо­ лециститах после лечения ультразвуком уменьшаются боли, исчезают диспептические явления, значительно уменьшаются или даже полно­ стью восстанавливаются размеры печени.

Ультразвуковое воздействие (0,5...0,85 Вт/см2) на область желуд­ ка или соответствующую паравертебральную зону нормализует его моторную, эвакуаторную и секреторную функции. При гастрите, в ча­ стности у собак, ультразвук нормализует всасывательную функцию в среднем на 32 дня, а секреторную - на 37 дней раньше, чем в контроле. Эффективен ультразвук (0,2...0,6 Вт/см2) и при язвенной болезни.

Под влиянием низкочастотного ультразвука (44...65 кГц) иммун­ ная система испытывает существенные изменения. Воздействие на об­ ласть селезенки ультразвуковым инструментом с амплитудой 0,3...3 мкм в течение минуты, повышая устойчивость иммунной систе­ мы к инфекциям, обеспечивает выживание, по крайней мере, 20 % жи­ вотных в эксперименте после их заражения высоковирулентным штаммом коклюшных бактерий.

Интенсивность иммуногенеза в ответ на введение в организм анти­ гена возрастает, если предварительно - за 24...48 ч - подвергнуть жи­ вотное ультразвуковому воздействию. Интенсификация иммуногенеза, очевидно, обусловлена общей реакцией организма на внешнее неспеци­ фическое воздействие и отчетливо проявляется в повышении содержа­ ния гемолизинов и гемагтлютининов в крови, а также повышении ко­ личества антител и розеткообразующих клеток в селезенке.

Ультразвук низких интенсивностей (0,4...2,5 Вт/см2) редко приме­ няется в онкологии. С одной стороны, он стимулирует иммунную сис­ тему, что в ряде случаев приводит к рассасыванию опухолей, в том чис­ ле и тех, которые не подвергались непосредственному воздействию ультразвуком, а с другой - интенсифицирует обменные процессы, уско­ ряя разрастание опухолевых тканей. Такая двойственность обусловли­ вает определенную степень непредсказуемости, что и препятствует применению ультразвука низкой интенсивности в онкологии.

Ультразвук высоких интенсивностей (1000 Вт/см2) способен пол­ ностью разрушить опухолевую ткань. При этом ввиду фокусирования область, где интенсивность ультразвука превышает порог разрушения, может быть весьма ограничена, что позволяет воздействовать на опу­ холь или ее фрагменты, не нарушая целостности окружающих здоро­ вых тканей. Однако после разрушения новообразования весьма вели­ ка вероятность гибели организма от интоксикации продуктами распа­ да опухоли, а разрушать ее по частям нельзя, так как оставшиеся фрагменты начинают бурно разрастаться, увеличивается и вероят­ ность метастазирования.

Эффективность ультразвуковых методов в онкологии можно су­ щественно повысить, комбинируя ультразвук с другими видами воз­ действия.

Значительно усиливает ультразвук низких интенсивностей дейст­ вие противоопухолевых препаратов на клетки (см., например, разд. 3.2.5). Однако при введении в организм внутривенно, внутримы­ шечно или перорально концентрация противоопухолевых препаратов в опухолях нередко оказывается ниже, чем в здоровых тканях.

Снижать количество вводимого в организм лекарства тоже нель­ зя, так как в низких концентрациях многие противоопухолевые пре­ параты стимулируют злокачественный рост. Эти препараты вовсе не безвредны для организма и так же, как и в опухолях, подавляют или останавливают рост клеток в здоровых тканях.

При поверхностном расположении опухоли ультразвук может быть использован для фонофоретического введения противоопухоле­ вых препаратов непосредственно в пораженную ткань. При этом он не только способствует накоплению препарата в опухоли, но и облегчает его проникновение внутрь клеток, поскольку увеличивает проницае­ мость клеточных мембран. Кроме того, благодаря синергизму ультра­ звука и противоопухолевых препаратов существенно интенсифициру­ ется их действие.

Метод чрезкожного фонофореза противоопухолевых препаратов, очевидно, непригоден для лечения новообразований, лежащих в глу­ бине тканей. В этом случае для доставки препарата к опухоли можно

использовать липосомы (см. подразд. 3.3.4). Доставленные током кро­ ви к прогретой ультразвуком опухоли липосомы именно здесь высво­ бодят противоопухолевый препарат, который благодаря повышенной в результате ультразвукового воздействия проницаемости клеточных мембран будет депонироваться, в основном, в опухолевой ткани.

Аналогичный процесс, но значительно менее выраженный, на­ блюдается и при введении лекарственных препаратов непосредствен­ но в кровь.

Сочетание ионизирующих излучений с ультразвуком низких интен­ сивностей, а также ультразвуком, обеспечивающим гипертермию опухо­ лей, значительно повышает терапевтическую эффективность радиотера­ пии. Синергизм этих воздействий (см. подразд. 3.3.6) позволяет при тех же результатах в несколько раз снизить дозу лучевого воздействия и та­ ким образом избежать сосудистых, воспалительных и других осложне­ ний, наблюдающихся при традиционных способах радиотерапии.

Список литературы

1.Аграненко В.А., Скачипова НМ. Гемотрансфузионные реакции и осложнения. М.: Медицина, 1986.

2.Акопян В.Б. Лечит ультразвук. М.: Колос, 1983.

3.Акопян В.Б. Физические основы ультразвуковой криобиоло­ гии / / Доклады III национальной школы по криобиологии и лиофилизации. Смолян (Болгария), 1987.

4.Акопян В.Б., Коржевенко Г.Н., Шангин-Березовский ГМ. Скрытый резерв роста и развития живых систем / / Вестник с.-х. науки, 1988.

5.Акатов В.А., Париков ВЛ. Ультразвук и его применение в вете­ ринарии / / М.: Колос, 1970.

6.Александров ВЯ . Клетки, макромолекулы и температура. Л.: Наука, 1975.

7.Вишневский В.И. Стимулирующий ультразвук и криоконсерви­ рование / / Криобиология, 1989. № 4.

8.Гавашели Т.В., Акопян В.Б., Макаров С.Н. Ультразвуковая рези­ стентность эритроцитов рыбы при ртутном отравлении / / Доклады ВАСХНИЛ, 1982. № 7.

9.Гаврилов Л.Р., Цирульников Е.М. Фокусированный ультразвук в физиологии и медицине. Л.: Наука, 1980.

10.Кобахидзе З.В., Салдадзе М Л. К теоретическим основам фи­ зиотерапии. Тбилиси: Сабчота Сакартвело, 1980.

11.Криоконсервация спермы сельскохозяйственных животных. А.Д. Курбатов, Е.М. Платов, Н.В. Корбан и др. Л.: Агропромиздат, 1988.

12.Маргулис М.А. Звукохимические реакции и сонолюминесцен­ ция. М.: Химия, 1986.

13.Молчанов Г.И. Ультразвук в фармации. М.: Медицина, 1980.

14.Николаев Г.А., Лощилов В.И. Ультразвуковая технология в хи­ рургии. М.: Медицина, 1980.

15.Нудыга В.Н. Ультразвук в сельском хозяйстве. Краснодар: Краснодарское кн-е изд-во, 1975.

16.Применение ультразвука в медицине. Физические основы /

Пер. с англ.; Под ред. К. Хилла. М.: Мир, 1989.

17. Татаринов А.М., Саулгозис Ю., Янсон Х А . Изменение скорости ультразвука и рентгенооптической плотности кости при физических нагрузках / / Биомеханические исследования в травматологии и орто­ педии. М.: Медицина, 1988.

18.Улащик В.С., Чиркин А А . Ультразвуковая терапия. Минск: Бе­ ларусь, 1983.

19.Флинн Г. Физика акустической кавитации в жидкости / / Ф и­ зическая акустика / Пер. с англ.; Под ред. У. Мэзона. М.: Мир, 1967.

20.Фридман Ф.Е., Гундорова РА., Кодзов М.Б. Ультразвук в оф­ тальмологии. М.: Медицина, 1989.

21.Цыбров Г.Е., Ершов ЮА., Шетенева Т.В. и др. Электрические явления при ультразвуковой аэрозольной обработке биологических тканей / / Сообщения АН ГССР. 1989. № 1.

22.Эльпинер И.К. Биофизика ультразвука. М.: Наука, 1973.

УЛЬТРАЗВУК В ХИРУРГИИ

Поиск и разработка методов снижения травматичности, кровопотери и болевых ощущений при хирургических операциях, методов, позволяющих уско­ рить заживление послеоперационныхран и рассасывание рубцов, а также ме­ тодов, облегчающих труд хирурга-оператора, - важные задачи современной хирургии, решению которых способствует применение ультразвука.

Можно выделить две основные областииспользованияультразвука в опера­ тивнойхирургии. Это инструментальная ультразвуковая хирургия и локальные разрушения в глубине тканей с помощью фокусированного ультразвука.

4.1. ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ УЛЬТРАЗВУКОВАЯ

ХИРУРГИЯ

За последние годы в практику стали широко внедряться физиче­ ские методы хирургического воздействия с применением электрокоагуляционной, лазерной, криогенной и ультразвуковой техники.

4.1.1. Принцип действия ультразвуковых инструментов

Рабочая часть ультразвукового хирургического ножа имеет тради­ ционную форму лезвия скальпеля, соединенного волноводом с магнитострикционным или пьезокерамическим преобразователем. Рабочая часть может иметь и другую форму в соответствии с требованиями выполняемой операции. Амплитуда колебаний режущей кромки в за­ висимости от поставленной задачи может быть изменена от 1 до 350 мкм, а частота выбирается в диапазоне от 20 до 100 кГц. Как из­ вестно, трение покоя больше, чем трение скольжения, поэтому трение между двумя поверхностями уменьшается, если одна из них соверша­ ет колебательные движения. Именно поэтому работа с ультразвуко­ выми инструментами требует от хирурга меньших усилий.

Характер разрушения тканей под действием ультразвукового хи­ рургического инструмента зависит от строения его рабочей части, ам­ плитуды и направления колебаний. Зависит он и от вязкоупругих свойств и однородности ткани.

При рассечении мягких тканей ультразвуковым ножом, лезвие ко­ торого совершает продольные ультразвуковые колебания, взаимодей­ ствует с тканью лишь кромка лезвия, обеспечивая процесс микрореза­ ния, существенно усиливающего режущие свойства инструмента. Кроме того, у кромки лезвия колеблющегося инструмента выделяется теплота, локально повышающая температуру ткани и обусловливаю­ щая гемостатический эффект в результате термокоагуляции крови.

Так, применение ультразвукового скальпеля, амплитуда колеба­ ний кромки которого лежит в интервале 15...20 мкм при частоте 44 кГц, в 6-8 раз уменьшает кровотечение из мелких и средних сосу­ дов, в 4 -6 раз снижает усилие резания, а также существенно облегчает строго послойное разделение кожи, подкожной жировой клетчатки и рубцовоизмененного хряща. Очевидно, что если на инструмент нало­ жены лишь продольные колебания, то его воздействие на стенки ране­ вого канала минимально.

Для разрушения некоторых патологических образований исполь­ зуют специальные волноводы - дезинтеграторы, рабочий конец кото­ рых помимо продольных совершает и поперечные колебания. Такие инструменты оказывают существенное влияние на окружающие тка­ ни и по мере введения инструмента разрушают их.

Ультразвуковые инструменты обладают явными преимуществами перед электроили криохирургическими, так как не прилипают к ткани и поверхности раневого канала и не испытывают дополнительных травм. Ультразвуковой скальпель не уступает в ряде случаев и лазерно­ му хирургическому инструменту, так как, ощущая сопротивление ткани при операции, хирург лучше контролирует процесс ее рассечения.

В зависимости от поставленной задачи ультразвуковые инстру­ менты могут иметь самые разные размеры и форму.

Следует отметить, что при использовании ультразвукового хирур­ гического инструмента наряду с гемостатическим эффектом наблюда­ ются также анальгетический и бактерицидный и/или бактериостати­ ческий эффекты.

Бактерицидный эффект позволяет использовать простую и ори­ гинальную методику самостерилизации хирургического инструмента. Рабочую часть инструмента опускают в раствор дезинфектанта и включают генератор. Ультразвуковые колебания вызывают интенсив­ ные микротечения жидкости вблизи инструмента, очищающие его по­ верхность. Кроме того, увеличивая проницаемость мембран клеток болезнетворных бактерий по отношению к дезинфицирующему веще­ ству, ультразвук повышает эффективность его действия, что позволя­ ет в 10-100 раз снизить концентрацию этого вещества в растворе. Ес­ ли, например, лезвие ультразвукового скальпеля погрузить в бульон со стандартной культурой гемолитического плазмокоагулирующего стафилококка, после этого включенный инструмент подвергнуть

единение получается прочным. Метод склеивания мягких и костных тканей в ультразвуковом поле получил название ультразвуковой свар­ ки. Использование этого метода значительно снижает вероятность по­ слеоперационных осложнений. Пионерами разработки метода были ученые МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Увеличение проницаемости клеточных мембран в тканях, подверг­ шихся действию ультразвука, не только способствует ускоренному вве­ дению лекарственных веществ в ткани, но и их депонированию.

Как известно, увеличение проницаемости цитоплазматической оболочки - одно из начальных звеньев цепочки реакций, возникаю­ щих в клетках, тканях, органах и организме в целом (см. подразд. 3.2.7). Очевидно, что отдельными звеньями этой цепочки являются измене­ ния активности ряда ферментов, обнаруженные в тканях, окружаю­ щих операционное поле. К таким ферментам относятся кислая фос­ фатаза гистиоцитов, щелочная фосфатаза и цитохромоксидаза лей­ коцитов, цитохром-С макрофагов, НАД-Н и ТОП фибробластов, щелочная фосфатаза и АТФ-аза эндотелия капилляров, ацетилхолинэстераза нервных волокон и окончаний. Происходят также измене­ ния в структуре и свойствах клеточных органелл, расширение крове­ носных сосудов, увеличение кровоснабжения и, как следствие, уско­ рение репаративных и регенеративных процессов, а также обезболивание, повышение сопротивляемости организма болезне­ творным микробам, заживление ран без грубых рубцов, нормализа­ ция функций организма в целом.

При повышении амплитуды колебаний ультразвукового хирур­ гического инструмента возрастает и амплитуда поверхностных сдвиговых колебаний, и соответственно увеличиваются потери энергии на границах сред, отличающихся по своим сдвиговым ха­ рактеристикам. Чем больше различия в этих характеристиках, тем больше потери акустической энергии, и тем больше теплоты выде­ лится на границе сред.

Например, при практически равных объемно-упругих свойст­ вах модули сдвига здоровых и патологических тканей могут быть больше или меньше в несколько раз. Это позволяет, используя спе­ циальные инструменты дезинтеграторы, производить селективную дезинтеграцию папиллом, ангиом, гемангиом и других новообразо­ ваний до состояния аэрозоля, не нарушая целостности здоровых тканей.

Селективность ультразвукового разрушения наглядно проявляет­ ся на модели, состоящей из двух соприкасающихся слоев, например желатинового или агарового геля. Чем больше отличаются эти слои по содержанию воды, тем больше различие в их сдвиговых характери­ стиках. Результаты экспериментов на двухслойных гелях качественно совпадают с результатами разрушения новообразований, граничащих