Rasdel4
advertisement
РАЗДЕЛ 4 ТЕРАПЕВТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКА Давно известно, что ультразвук, действуя на ткани, вызывает в них биологические изменения [31]. Интерес к изучению этой проблемы обусловлен, с одной стороны, естественным опасением, связанным с возможным риском применения ультразвуковых диагностических систем для визуализации, а с другой – возможностью вызвать изменения в тканях для достижения терапевтического эффекта. По ультразвуковой терапии существует обширная литература, хотя, к сожалению, большинство работ не отличается высоким качеством и содержит мало строгой научной информации. В этой главе обсуждение ограничено работами, имеющими прочную научную основу. Действие ультразвука на организм при контактной его передаче зависит от мощности ультразвуковых колебаний, их частоты, длительности действия, способа излучения ультразвуковой энергии (непрерывного, импульсного), чувствительности тканей, интенсивности кровоснабжения и состояния метаболизма в тканях. Распространяясь в тканях организма, ультразвуковые волны влияют на физико-химические и биологические процессы, которые происходят в этих тканях. Самыми чувствительными к действию контактного высокочастотного ультразвука являются вегетативная и периферическая нервные системы. У лиц, которые работают в условиях интенсивного ультразвука, который сопровождается шумом, рядом с изменениями функций нервной системы наблюдается снижение сосудистого тонуса, особенно в местах контакта с источниками ультразвука. Общецеребральные нарушения часто совмещаются с умеренным вегетативным полиартритом рук, порезом пальцев, кистей и предплечья. Иногда у работников наблюдаются вестибулярные расстройства, повышение температуры тела и т.п. В зависимости от интенсивности ультразвуковых волн различают три вида ультразвука и влияния его на живые ткани: 1. Ультразвук малой интенсивности (до 1,5 Вт/см2). Вызывает изменения физико-химических реакций организма, ускорения обменных процессов, слабое нагревание ткани, микромассаж и не приводит к морфологическим нарушениям внутри клеток. 2. Ультразвук средней интенсивности (1,5–3 Вт/см2). Вызывает реакцию притеснения в нервной ткани. Скорость возобновления функций зависит от интенсивности и длительности влияния ультразвука. 3. Ультразвук большой интенсивности (> 3 Вт/см2). Вызывает необратимое притеснение вплоть до полного разрушения ткани. 82 Ультразвук высокочастотного диапазона вызывает повышение проницаемости сосудов кожи, которая выражается гиперемией вплоть до кровоизлияния на поверхности кожи (петехий). Во время контактного действия ультразвука повышается сердечный ритм, заметно изменяется ЭКГ, при увеличении его интенсивности возникает аритмия, а в отдельных случаях – остановка сердца (у подопытных животных). Аналогичные реакции наблюдаются и у людей: возникают неприятные ощущения при озвучивании грудной клетки, впоследствии развиваются тахикардия и стенокардия. Высокочастотный ультразвук малой интенсивности (0,2–1 Вт/см2) вызывает сосудорасширяющий эффект, большой (> 3 Вт/см2) – сосудосуживающий. При этом изменяется тонус артерий: ультразвук малой интенсивности дает гипотензивный эффект, при увеличении его интенсивности возникает артериальная гипертензия. Изменения в почках, печени, половых органах, эндокринных железах происходят в результате влияния ультразвука на гипоталамус, который регулирует деятельность внутренних органов рефлекторным и нейрогуморальным путями. Наблюдается изменение морфологической картины крови; уменьшается количество эритроцитов и лейкоцитов. Большинство исследований, проведенных на заре изучения действия ультразвука на биологические объекты, посвящено его «разрушительному» эффекту. Разрушительное действие ультразвука имеет лишь косвенное отношение к механизму его лечебного действия, т.к. величины ультразвуковой лечебной процедуры очень далеки от повреждающих доз этого фактора. Однако анализ экспериментальных данных, полученных при изучении влияния ультразвука высокой интенсивности, представляет большой интерес и может в определенной степени характеризовать механизм его лечебного действия. Распространение ультразвука происходит путем периодического сжатия и разрежения среды. Если интенсивность волн достаточно велика, то в местах разрежения происходит разрыв жидкости с образованием полых пространств – кавитационных пузырьков, в которые немедленно проникают растворенные в жидкости газы. Эти пузырьки быстро «захлопываются», спадают под влиянием наступающего последующего сжатия, что сопровождается местным повышением температуры, развитием больших механических сил, достаточных для разрушения находящихся в жидкости биологических объектов. Этот феномен вошел в литературу под названием «явления кавитации». 83 4.1. Ультразвуковая кавитация Кавитация представляет собой процесс неустойчивого изменения размеров парогазовых пузырьков при знакопеременном давлении в жидкости. Расширение пузырьков происходит при существовании в жидкости растягивающих или отрицательных давлений, а их сжатие – при положительных давлениях, превосходящих равновесное значение. Значения растягивающих давлений, при которых возможны разрыв жидкости и образование новой фазы – парогазового пузырька для чистых жидкостей, – определяются силой межмолекулярных связей. Поскольку работа по образованию новой поверхности единичной площади определяется поверхностным натяжением а, а расстояние, на которое надо раздвинуть частицы среды для разрыва межмолекулярных связей, равно приблизительно удвоенному расстоянию между соседними молекулами r, минимальное критическое растягивающее давление Pk 2a . r (4.1) Оценка по формуле (4.1) дает значения давления порядка десятка тысяч атмосфер [32]. Учет температурных флуктуаций, нарушающих однородную структуру жидкости и, следовательно, снижающих ее прочность на разрыв, согласно Зельдовичу, дает выражение Pk P0 PÏ 16a 3 , 3kT ln A (4.2) где Р0 – равновесное давление в жидкости; Рп – давление насыщенного пара; k – постоянная Больцмана; νА – константа, варьируемая от 1014 до 1036. Столь широкое изменение константы мало влияет на кавитационную прочность, поскольку она входит в (4.2) множителем (ln νА)-1/2. Поэтому использование значения νА= 1025 дает погрешность Рk, не превышающую 20%. Использование формулы (4.2) по сравнению с (4.1) на порядок снижает значение Рk, однако в реальных жидкостях экспериментальные измерения дают значения, не превышающее нескольких сотен атмосфер. Столь значительное расхождение экспериментальных и теоретических оценок критического растягивающего давления обусловлено присутствием в жидкости так называемых зародышей кавитации в виде парогазовых микропузырьков 84 или твердых не смачиваемых частиц. Микропузырьки могут возникнуть даже после тщательнейшей очистки и дегазации жидкости в результате воздействия частиц высоких энергий [3, 6, 8]. Стабильное существование пузырьков в жидкости не является очевидным, поскольку крупные пузырьки должны всплывать, а пузырьки малого размера растворятся из-за высокого избыточного давления 2σ/R0. Стабилизация микропузырьков может быть объяснена наличием на их поверхности одноименных зарядов, отталкивание между которыми предотвращает смыкание пузырька. Образование зарядов определяется адсорбцией ионов на поверхности пузырька, обуславливающей отрицательную гидратацию, поскольку эти ионы (К+, Р , Cl , Br , I ) уменьшают локальную плотность, как бы раздвигая молекулы воды, подобно гидрофобным включениям. Согласно ионной теории, равновесие парогазового пузырька в жидкости определяется соотношением [3]: Pr P0 Pn 2 e2n2 1 , R0 8R04 n (4.3) где е – элементарный заряд; п – количество зарядов на поверхности; ε – диэлектрическая проницаемость жидкости. Используя формулу (4.3), можно получить выражение, описывающее зависимость критического давления от начального радиуса зародыша кавитации. Если под действием внешнего звукового поля с давлением Pа = Pтsin(ωt) радиус зародыша изменяется от R0 до R, то давление газа Pг (без учета диффузии через поверхность за короткое время) определяется изменением объема с учетом сжимаемости, а давление пара в пузырьке равно давлению насыщенных паров Pп . Пока Pа не достигает некоторого значения Pк, пузырек устойчив. При Pа > Pк пузырек начинает резко расти – жидкость разрывается. Значение критического радиуса Rк определяется из выражения: Rk 3R0 R0 2 2 P0 Pn R0 . (4.4) Зависимость кавитационной прочности воды от размера начального радиуса парогазовых пузырьков показан на рис. 4.1. Сопоставление с экспериментальными данными указывает на отклонение от давления Pк только в области больших R0, когда частота f звукового поля больше собственной резонансной частоты fр для пузырька с радиусом Rр, определяемой по формуле Миннерта [8]: 85 Рис. 4.1. Зависимость кавитационной прочности воды от размера начального радиуса парогазовых пузырьков fp 1 2R p 3 2 P Rp . (4.5) При этом движение пузырька имеет сложный пульсирующий характер с небольшими отклонениями размеров от начальных. Следовательно, для заданных давления и частоты звукового поля существуют минимальный Rk и максимальный Rр радиусы пузырьков, участвующих в кавитационном движении. Отсюда вытекает, что чем выше частота, тем меньших размеров должны быть зародыши кавитации и тем выше пороговое значение давления, отвечающее началу кавитации. Порогом кавитации называется интенсивность ультразвука, ниже которой не наблюдаются кавитационные явления. Порог кавитации зависит от параметров, характеризующих как ультразвук, так и саму жидкость. Для воды и водных растворов пороги кавитации возрастают с увеличением частоты ультразвука и уменьшением времени воздействия. При импульсном ультразвуковом воздействии порог зависит от длительности импульса и достигает максимума при 0,06...0,6 мкс. Порог кавитации повышается и при уменьшении объема жидкости, т.к. чем меньше объем, тем меньше в нем зародышей кавитации. Этим, очевидно, и объясняются высокие значения порогов для фокусированного ультразвука. Микронеоднородности в виде пылинок, микроорганизмов, молекул растворенного газа или ионов снижают порог кавитации в жидкой среде. При интенсивностях ультразвука, не намного превышающих порог кавитации, микропузырьки газа в жидкости пульсируют относительно равновесного радиуса и постепенно увеличиваются в 86 объеме. При расширении пузырьков-зародышей, попадающих в область пониженного давления, в пузырек испаряется жидкость и диффундирует растворенный в жидкости газ. Если температура жидкости значительно ниже точки кипения, то пузырьки растут главным образом в результате диффузии. При повышении давления в следующую половину периода колебания пузырек сжимается, направление диффузии меняется, и молекулы диффундируют из пузырька в жидкость. Количество продиффундировавшего газа пропорционально площади поверхности пузырька. Эта площадь в стадии сжатия меньше, чем в стадии расширения. Поэтому количество газа, попадающего в пузырек при расширении, несколько больше количества газа, выходящего из пузырька при его сжатии. Поэтому после каждого цикла сжатия-растяжения в пузырьке остается избыток газа. Следовательно, при пульсациях пузырек представляет собой как бы трансформатор энергии: в течение периода растяжения он накапливает энергию пропорционально максимальному объему или R 3max , и затем в короткий промежуток времени она превращается в кинетическую энергию движения. Парогазовая смесь, находящаяся в полости, адиабатно сжимается до давлений порядка тысяч атмосфер, нагреваясь до температуры около тысячи кельвин. Количество газа в полости определяет тот минимальный радиус Rmin, до которого сжимается полость. Накопление газа в пузырьке, обусловливающее рост среднего размера пузырька в поле переменного давления, называется выпрямленной или направленной диффузией. Диффузионный механизм обеспечивает сравнительно медленный рост зародышей, и при высокой частоте ультразвука они успевают совершить значительное число пульсаций, прежде чем достигнут резонансных размеров. Амплитуда пульсации пузырька с резонансными размерами (для данной частоты ультразвука) будет максимальной. Размер резонансной полости в воде для частоты ультразвука в диапазоне 500... 1000 кГц можно рассчитать по формуле Rрез=3000/f , (4.6) где Rрез – резонансный радиус пузырька, мкм; f – частота ультразвука, кГц. Для частот, превышающих 1 МГц, значения Rрез в связи с возрастающей ролью поверхностного натяжения оказываются несколько выше, чем вычисленные по приведенной формуле. Так, при частотах 1, 5 и 10 МГц в воде Rрез равен 3,6; 0,95 и 0,56 мкм 87 соответственно, в то время как, рассчитывая по формуле, получаем величины, равные 3; 0,6 и 0,3 мкм. Необходимо отметить, что на частотах, превышающих 1 МГц, резонансные эффекты проявляются слабее, чем в диапазоне более низких частот. Колебательная скорость стенки пузырька, размеры которого близки к резонансному, может намного превышать колебательную скорость частиц в ультразвуковой волне, что позволило назвать, кавитационные пузырьки усилителями скорости. Если ультразвуковое поле неоднородно, то пузырьки не только пульсируют, но и движутся поступательно. В стоячей волне, например, пузырьки движутся к пучностям давления, если их размеры меньше резонансного, и к узлам давления, если они превышают по размеру резонансные пузырьки. Нередко пузырьки в ультразвуковом поле осциллируют – колеблются около некоторого положения равновесия. Пульсирующие в течение многих периодов пузырьки называются стабильными полостями, а само явление, связанное с существованием в жидкости таких пузырьков, – стабильной кавитацией. Повышение интенсивности ультразвука приводит к нестабильной кавитации: пузырьки довольно быстро (за несколько периодов) достигают резонансного размера, стремительно расширяются, после чего резко захлопываются. При очень большой скорости захлопывания полости отходящая при повторном расширении волна давления может иметь вид ударной волны, давление в которой изменяется обратно пропорционально расстоянию от полости r. Характерная расчетная кривая, показывающая образование ударной волны, приведена на рис. 4.2. Расстояние, на котором образуется ударная волна, определяется значением максимального давления в полости и соответствует выражению Pmax r 13,61g R min 2 3 , (4.7) где Рmах составляет тысячи атмосфер. Из формулы (4.7) можно вычислить, что при Рmах > 1000 атм. ударная волна образуется на расстоянии (5÷6) Rmin. Давление ударной волны имеет непрерывный Фурье-спектр, изменяющийся на высоких частотах как f -2. Предполагается, что при захлопывании содержащаяся в пузырьке парогазовая смесь, адиабатически (не успевая обменяться теплом с 88 окружающей средой) сжимается до давления 300105 Па (300 атм.) и нагревается до температур порядка 8000... 12000 К. P/P 0 5 10 1 2 4 10 3 4 3 Затухание ~ 10 1 r 5 граница пузырька 2 10 10 6 1 r/R 1 10 2 10 1 1 Рис. 4.2. Изменение формы ударной волны во времени от момента захлопывания полости (в единицах R/с0): 1 – 0,1; 2 – 1,1; 3 – 2,1; 4 – 3,7; 5 – 7,2; 6 – 16,0 для значений Ро=106 Па, Pп = 102 Па, γ=1,4 Известно, что уже при 2000 К около 0,01% молекул Н2О внутри пузырька диссоциируют на водородные Н и гидроксильные ОН свободные радикалы. Эти радикалы могут рекомбинировать с образованием электронно-возбужденных состояний молекул Н2О*: Н+ОН→Н2О* При переходе молекул Н2О* из электронно-возбужденного состояния в основное высвечивается квант света – происходит сонолюминесценция. Свободные Н и ОН радикалы могут диффундировать в раствор и вступать в реакции с растворителем или растворенными веществами, инициируя радикальные химические процессы. 89 4.1.1. Кавитационная область При работе мощного ультразвукового излучателя в технологическом объеме жидкости возникает кавитационная область, представляющая собой скопление кавитационных пузырьков. Форма кавитационной области определяется характером звукового поля в объеме среды, причем кавитация образуется как на границе раздела фаз, так и в самой жидкости, принимая иногда вид кавитационных тяжей – цепочечного типа скоплений кавитационных пузырьков. В настоящее время отсутствует удовлетворительная модель кавитационной области, поскольку распределение пузырьков по размерам и пространству объема не имеет четко выраженного статистического характера. Сложная многофакторная зависимость кавитационной области от частоты и интенсивности первичного звукового поля, распределения зародышей кавитации, газосодержания, межфазных границ, параметров среды и т.д. не позволяет аналитически описать кавитационные эффекты. Например, не ясна природа образования кавитационных тяжей, хотя сильная зависимость их формы от частоты позволяет предположить влияние интерференционной структуры ближнего поля излучателя, которая является единственным фактором, резко реагирующим на небольшие изменения частоты. Поэтому характеристика кавитационной области имеет преимущественно описательный вид, основывающийся на экспериментальных данных. Однако часть качественных результатов для кавитационной области можно получить, исходя из проведенного в предыдущем разделе анализа динамики единичной кавитационной полости. Правомерность переноса закономерностей, характерных для полости, на всю область можно оценить, исходя из учета взаимовлияния соседних полостей [33]. Поскольку пульсации пузырька создают радиально расходящийся поток жидкости, скорость этого потока у поверхности соседнего пузырька определяет степень воздействия одного пузырька на другой. Считая, что два соседних пузырька одного радиуса R колеблются синфазно на расстоянии а между их центрами, условием отсутствия взаимодействия можно считать случай, когда скорость V потока, создаваемого от движения первого пузырька у поверхности второго, пренебрежимо мала по сравнению со скоростью с движения поверхности второго пузырька: V/c << 1. 90 (4.8) Выражение для скорости потока от сферического источника имеет вид V (r) = ψ/r 2 , (4.9) где r – текущая координата; ψ – функция, определяемая из граничных условий. Так как V=с при r=R, то ψ = cR2. Подставив выражение для ψ в (4.9), получим V (r) = c(R/r)2. (4.10) Тогда, используя (4.10), условие отсутствия взаимодействия (4.8) запишем как (R/r)2 << 1 . (4.11) Считая, что знак << указывает разницу не менее чем на порядок, а Rmах – максимальное значение радиуса пузырька, получим критические значения: r кр =3Rmах и a кр = 4Rmах. (4.12) Расстояние между пузырьками в кавитационной области определяется количеством пузырьков в единичном объеме, составляющем 106–107 см-3 в области развитой кавитации, что примерно в 105 раз превосходит количество зародышей кавитации в объеме 101– 102 см-3, причем установление кавитационного режима происходит почти мгновенно с наложением звукового поля. Это возможно лишь в том случае, когда процесс возникновения кавитационных пузырьков представляется в виде цепной реакции. Известно, что при захлопывании кавитационная полость может терять устойчивость и распадаться на части. Поскольку разрушение происходит в стадии, когда давление и температура в полости максимальны, очевидно, что и в образовавшихся осколках давление и температура также повышены. В полупериод растяжения они легко расширяются и являются новыми зародышами кавитации, а затем в свою очередь тоже порождают новые зародыши кавитации. Увеличение давления ведет к увеличению количества полостей и их радиусов до тех пор, пока не изменится качественно захлопывание пузырьков. Если захлопывание происходит не в каждый период, 91 увеличение времени между захлопываниями может вести к частичной коагуляции «осколков» (например, под действием сил Бьеркнеса) и количество «осколков», а, следовательно, кавитационных пузырьков уменьшается. Степень развитости кавитации принято характеризовать индексом кавитации, предложенным Розенбергом [8]: K = ∆V/V, (4.13) где ΔV – суммарный объем кавитационных пузырьков в фазе их наибольшего расширения; V – объем жидкости, удовлетворяющий условиям: линейные размеры объема настолько малы по сравнению с длиной звуковой волны, что звуковое давление можно считать постоянным по модулю и пульсации полостей синфазными; линейные размеры объема много больше размера кавитационных полостей. Работа, совершаемая N пузырьками с одинаковым максимальным размером, может быть записана в виде [34]: 4 3 Ak Rmax P0 N PV , 3 (4.14) Индекс кавитации является мерой пространственной плотности потенциальной энергии, запасенной кавитационными пузырьками в данном объеме. Измерения индекса кавитации в локальной зоне, осуществляемые с помощью покадровой обработки результатов скоростной киносъемки зоны кавитации, показывают, что при превышении амплитудой звукового давления порогового значения он быстро достигает значений, близких к единице. При этом в фазе максимального расширения практически вся рассматриваемая зона занята кавитационными пузырьками, вытеснившими капельную жидкость. Увеличение звукового давления ведет к уменьшению количества пузырьков при возрастании их размеров, поэтому индекс кавитации почти не меняется. В стационарном режиме, соответствующем неизменным внешним условиям, локальный индекс кавитации К представляет собой только функцию координат. Рассматривая К в предельном случае как функцию точки, можно ввести понятие среднего (по объему кавитационной области) индекса кавитации <К> в виде 92 K 1 KdV . V V (4.15) Величину <К> достаточно просто определить экспериментально дилатометрическим методом, используя герметичный, полностью заполненный жидкостью объем, снабженный градуированным капилляром. При наложении звукового поля образующиеся пузырьки вытеснят в капилляр объем жидкости, равный их суммарному объему в кавитационной области. Экспериментальные данные показывают, что средний индекс кавитации даже в полях мощных фокусирующих излучателей не превосходит 0,15, хотя в локальных участках кавитационной области К может быть близок к единице. Лавинообразное развитие кавитации определяет быстрый рост К до достижения максимального значения с увеличением первичного звукового давления. Затем происходит медленное уменьшение К, поскольку, с одной стороны, уменьшается количество неустойчивых полостей и, следовательно, количество вновь образующихся при их захлопывании зародышей кавитации, а с другой стороны, происходит рост объема пузырьков в результате их многократных пульсаций и за счет коагуляции. Используя соотношения (4.12), можно получить оценочное критическое значение индекса кавитации, при превышении которого необходим учет взаимодействия пузырьков. Выразим ΔV и V в пересчете на один пузырек: 3 a 3 V 4 Rmax ; V 4 3 4 3 2 Rmax 3 . 3 2 (4.16) Тогда критическое значение K k V V 0,125 . (4.17) С учетом несинфазности колебаний пузырьков и времени их взаимодействия условие (4.17) можно смягчить, считая Kк=0,3. Полученная оценка достаточно хорошо согласуется с экспериментальными данными. На рис. 4.3 сопоставлены расчетные зависимости изменения радиуса пузырька и экспериментальные измерения по результатам скоростной киносъемки пузырька при различных значениях индекса кавитации. 93 R, см 3 3 102 2 2 10 2 1 102 0 1 2 3 4 5 t а Pа 0 t б Рис. 4.3. Характер пульсаций парогазового пузырька с начальным радиусом R0 =10÷4 см на частоте 15 кГц (а) и измерение звукового давления во времени (б): 5 1 – Рт=1.7510 Па, k>0,04; 2 – Рт=2105 Па, k~0,35; 3 – Рт=2,75105 Па, k =0,85. Сплошные линии – результаты числового расчета, точки – экспериментальные данные Совпадение максимального радиуса пузырька с расчетным значением для всех значений К показывает, что энергия, запасаемая пузырьком, в сравнительно медленном процессе расширения не зависит от присутствия соседних пузырьков. В то же время на стадии захлопывания при значении К=0,85 (кривая 3) наблюдается расхождение экспериментальных и расчетных значений радиуса почти на порядок. Это объясняется тем, что при больших скоростях захлопывания и малых промежутках между пузырьками потоки жидкости приобретают большую скорость, в результате чего падает Бернуллиевское давление вблизи пузырька и процесс захлопывания замедляется. Таким образом, при К < 0,3, что имеет место в большинстве практических случаев, можно с полным основанием 94 использовать закономерности, полученные для одиночной полости при рассмотрении кавитационной области. Кавитация в жидкости сопровождается различными явлениями: характерным шумом во всем диапазоне частот и сильным акустическим сигналом на частоте, равной половине частоты ультразвука, вызвавшего кавитацию; ускорением одних химических реакций и инициированием других; интенсивными микропотоками и ударными волнами, способными перемешивать слои жидкости и разрушать поверхности граничащих с кавитирующей жидкостью твердых тел; ультразвуковым свечением, а также различными биологическими эффектами. Вследствие концентрирования энергии в очень малых объемах ультразвук может вызывать такие явления, как разрыв химических связей макромолекул, инициирование химических реакций, эрозию поверхностей твердых тел и свечение. 4.1.2. Ультразвуковая кавитация в биологических средах В медицинской и ветеринарной практике, в биотехнологии и экспериментальной биологии используется воздействие ультразвуком самых разных параметров на среды с неодинаковыми физикохимическими свойствами. В каждом случае вопрос о возможности возникновения кавитации должен рассматриваться отдельно, т.к. пороги кавитации и ее активность зависят от параметров ультразвука и свойств среды. Кавитация в суспензии клеток При повышении интенсивности ультразвука до значений, когда в среде возникают механические усилия, сравнимые с прочностью клеточных мембран, начинается процесс разрушения клеток. Обычно появление значительных механических возмущений в жидкостях связано с возникновением в них стабильных и нестабильных газовых пузырьков, которые могут образоваться в воде и водных средах, если интенсивность ультразвука превышает порог кавитации. Так, клетки одноклеточной водоросли Scandesmus Guadricanda начинают разрушаться при усредненной по пространству 2 интенсивности, равной 0,2…0,3 Вт/см , при частоте 1 МГц, что 95 соответствует порогу кавитации в водных суспензиях с небольшой концентрацией клеток. Скорость разрушения клеток увеличивается с увеличением интенсивности ультразвука. Число разрушенных в единицу времени клеток пропорционально числу кавитационных событий. Свечение фотобактерий в суспензии или синтез интерферона лейкоцитами резко подавляется при возникновении ультразвуковой кавитации. Подавление кавитации каким-либо способом обычно защищает клетки от разрушения и даже от более тонких изменений. Скорость разрушения амебы Actanamoeba castellanii уменьшается, если облучать импульсным ультразвуком клетки, суспендированные в растворе желатина, порог кавитации в котором из-за его большой вязкости значительно выше, чем в воде. Этим же объясняется снижение скорости ультразвукового разрушения эритроцитов при увеличении их концентрации, вплоть до почти полной остановки гемолиза, если суммарный объем частиц в суспензии достигает 2%, что соответствует высоким значением эффективной вязкости среды. Самого факта появления пульсирующих газовых пузырьков в среде еще недостаточно для разрушения клеток. Эффект наблюдается, если амплитуда пульсаций пузырьков возрастает до определенной величины. Величина эта различна для разных клеток и зависит от их формы и размера, а также прочности цитоплазматической мембраны и наличия цитоскелета. Разрушение лейкоцитов в поле стабильных, пульсирующих с частотой 20 кГц пузырьков начинается при увеличении амплитуды колебаний до 8 мкм, высвобождение гемоглобина из эритроцитов – при 15...20 мкм. Очевидно, что эти эффекты обусловлены возникновением достаточно больших гидродинамических усилий вблизи колеблющегося пузырька, нарушающих целостность клеточных мембран. При высоких частотах ультразвукового воздействия на суспензию клеток механизмы разрушения также имеют механическую природу. Пороговая интенсивность ультразвука, вызывающего гибель клеток, зависит как от частоты ультразвука, так и от типа клеток. Например, порог разрушающего действия ультразвука для клеток одной из популяций элодеи равен 75 мВт/см2 и находится в области 0,65 МГц, а для двух других популяций элодеи гибельная для клеток минимальная интенсивность равна 180 мВт/см2 (5 МГц). Ультразвуковая дезинтеграция клеток получила широкое применение в биотехнологии, в биохимических и вирусологических исследованиях для выделения отдельных веществ или фрагментов 96 клеток, а также в лабораторной диагностике для определения механической резистентности клеточных мембран. Кавитация в тканях под действием низкочастотного ультразвука В ряде случаев для получения требуемого биологического эффекта используют непрерывный ультразвук довольно большой мощности, с частотой 20...44 кГц. Источником такого ультразвука являются, например, хирургические инструменты, режущая кромка которых вибрирует с ультразвуковой частотой, что существенно облегчает резание тканей; вибрирующие инструменты для стоматологии и пр. Амплитуды колебания ультразвуковых хирургических инструментов в рабочем режиме достигают весьма больших значений, при которых вероятность возникновения кавитации в тканях весьма велика. Подтверждением этому может служить слабый характерный шум при иссечении мягких тканей, аэрозоль (туман), образующийся при разрушении папиллом ультразвуковым зондом, ультразвуковое свечение. Кавитация в тканях под действием высокочастотного ультразвука Вопрос о кавитации в биологических тканях под действием ультразвука с частотой 1 МГц и интенсивностью 0,05...2 Вт/см2 является предметом многолетней дискуссии. Сложность идентификации кавитации в ткани обусловлена ее относительной непрозрачностью, препятствующей непосредственному наблюдению и затрудняющей применение оптических методов. Факт протекания кавитационных процессов в данной среде может быть надежно установлен при одновременном появлении, по крайней мере, трех эффектов, сопровождающих кавитацию: характерного шума, ультразвуковых химических реакций или свечения, микропотоков. Косвенным подтверждением возможного возникновения кавитации в тканях могут служить «дыры», обнаруженные на гистологических препаратах тканей печени и других органов, облученных ультразвуком с частотой 1 МГц и интенсивностью 0,05...2Вт/см2. Пороги кавитации для фокусированного ультразвука в тканях не более чем в 1,5–2 раза выше, чем в отстоявшейся водопроводной воде. Если это соотношение сохраняется и для плоской бегущей волны, то кавитацию в тканях можно ожидать при интенсивности, превышающей 97 0,6 Вт/см2, так как теоретический порог кавитации в воде около 0,3Вт/см2. Основными признаками акустической кавитации в воде и водных средах, насыщенных воздухом, помимо характерного шума можно считать ультразвуковое свечение и синтез Н2О2 , H2NO2, H2NO3, а также свободных радикалов и других химически активных частиц. Эти явления наблюдаются в воде и разбавленных водных растворах при интенсивности 0,3 Вт/см2 (SA), а в плазме крови при 0,8 Вт/см2. Очевидно, что под действием ультразвука химически активные частицы могут образоваться непосредственно в клетке. Это мало отразится на картине ультразвукового повреждения, но может привести к самым неожиданным последствиям – нарушению обменных процессов в клетке, изменению ее наследственного аппарата и т.п. Пожалуй, только при ультразвуковом воздействии источник свечения – кавитирующий пузырек – может находиться вблизи или внутри самой клетки. Влияние этого излучения, особенно его ультрафиолетовой составляющей, может обусловить, в зависимости от интенсивности и условий облучения, стимуляцию и повышение жизнеспособности клеток, находящихся в угнетенном физиологическом состоянии, торможение деления клеток и их отдаленную гибель, увеличение проницаемости клеточных мембран, конформационные изменения в молекуле ДНК, инактивацию некоторых ферментов и другие эффекты. Измерение интенсивности ультразвукового свечения в оптически плотных тканях животных затруднительно, а идентификация образующихся в ультразвуковом поле частиц химическими или биохимическими методами практически невозможна, что обусловлено их малой концентрацией и высокой химической активностью. Использование в качестве модели относительно прозрачной ткани клубня картофеля позволяет измерить в ней интенсивность ультразвукового свечения и определить пороги кавитации, сопровождающейся образованием химически активных частиц и, очевидно, другими, свойственными кавитации, эффектами. Для определения порога кавитации клубень картофеля нарезают на пластинки толщиной 0,05...0,25 см. Пластинки «притирают» к поверхности излучателя ультразвука, слегка смоченного водой для обеспечения акустического контакта. Свечение ткани регистрируют с помощью фотоумножителя (рис. 4.4). Химически активные частицы в тканях при ультразвуковой кавитации определяют по свечению пластинок, предварительно вымоченных в течение нескольких часов в растворе люминола. Реакция 98 люминола с пероксидом водорода или ОН-радикалами, как известно, сопровождается характерным голубовато-зеленым свечением. Рис. 4.4. Регистрация свечения ткани 1 – фотоэлектронный умножитель; 2 – исследуемая ткань; 3 – источник ультразвука При облучении ткани клубня картофеля непрерывным ультразвуком с частотой 880 кГц свечение возникает при интенсивностях 0,3...0,4 Вт/см2 (SA) и усиливается с увеличением интенсивности ультразвука. Характер зависимости свечения ткани картофеля от интенсивности ультразвука сходен с аналогичной зависимостью для воды и водных растворов. Очевидно, что в обоих случаях ультразвуковое свечение обусловлено кавитацией. Дополнительным свидетельством этому служит шум в ткани картофеля, регистрируемый с помощью гидрофона на частоте первой субгармоники (табл. 4.1), а также интенсивное свечение, возникающее при ультразвуковом облучении образцов, пропитанных люминолом. Таблица 4.1 Пороги ультразвуковых эффектов Порог (SA) Объект Эффект Вт/см2 Пузырьки газа 0,10 Вода Синтез Н2О2, H2NO2, H2NO3 0,12 Ультразвуковое свечение 0,12 Акустический сигнал на частоте f/2 0,10 Ультразвуковое свечение 0,30–0,40 Ткань Ультразвуковое свечение ткани, клубня пропитанной люминолом 0,30–0,40 картофеля (синтез Н2О2) Акустический сигнал на частоте f/2 0,20–0,30 99 Оно обусловлено взаимодействием люминола с Н2О2 и ОНрадикалами, которые образуются при ультразвуковой кавитации. Минимальное значение интенсивности ультразвука, вызывающее это свечение, также равно 0,3...0,4 Вт/см2. Сравнение приведенных данных с зависимостью порога возникновения ультразвукового свечения от вязкости растворов глицерина (рис. 4.5) показывает, что пороги кавитации в ткани и в растворах с вязкостью 0,25 Пз одного порядка. Рис. 4.5. Зависимость порога кавитации от вязкости (в растворах глицерина) Вязкость цитоплазмы достигает (предположительно) 1 Пз. Однако снижению порога кавитации в тканях и обусловленное внутриклеточными микротечениями обратимое уменьшение вязкости клеточного содержимого, как указывалось выше, может способствовать их гетерогенность, а также обусловленное внутриклеточными микротечениями обратимое уменьшение вязкости клеточного содержимого. Зависимость ультразвукового свечения ткани от ее толщины имеет периодический характер (рис. 4.6), что обусловлено возникновением стоячих волн при высотах, кратных половине длины волны. Исходя из этих данных и зная частоту ультразвуковых колебаний, можно оценить скорость ультразвука в ткани клубня картофеля. Она оказалась равной 1,6103 м/с, что, по крайней мере, в пределах точности измерения не противоречит справочным данным. Порог кавитации в жидкости заметно повышается при уменьшении облучаемого ультразвуком объема. Аналогичная зависимость очевидно существует и в биологических тканях, где порог кавитации при фокусировании ультразвука возрастает до значений, 100 превышающих 10 Вт/см2. Столь высокие интенсивности ультразвука вызывают необратимое разрушение ткани в фокальной области. Рис. 4.6. Зависимость интенсивности ультразвукового свечения ткани от ее толщины Кавитация в тканях под действием «диагностического» ультразвука В последнее время ультразвуковые методы все более широко применяются в медицине и ветеринарии. При этом соображения безопасности стимулируют постоянное снижение интенсивности диагностического ультразвука при разработке новых методов, а для увеличения информативности и разрешающей способности ультразвуковых методов требуется применение коротковолнового (высокочастотного) ультразвука. Однако с повышением частоты увеличивается поглощение ультразвука тканями, и для визуализации внутренних органов необходим достаточно интенсивный ультразвук, обеспечивающий уверенный прием отраженного от глубоколежащих тканей сигнала. Поиски компромисса привели к использованию в диагностике либо непрерывного ультразвука относительно низкой частоты (1...2 МГц) и невысокой интенсивности (меньше 0,05 Вт/см 2), либо импульсного высокочастотного (до 10 МГц), мощного (до 500Вт/см2) ультразвука с короткой длительностью импульсов (2...5 мкс) и невысокой частотой их чередования (1 кГц). Несмотря на высокую интенсивность в импульсе, усредненная по времени и пространству интенсивность в этом случае не превышает тысячных долей Вт/см2. Вероятность возникновения кавитации в таких условиях пренебрежимо мала. 101 4.2. Ультразвуковое свечение Ультразвуковое свечение – это слабое свечение воды и некоторых других жидкостей, помещенных в ультразвуковое поле. В разное время было выдвинуто более десяти гипотез, в той или иной мере объяснявших экспериментальные данные [35]. Первая группа гипотез основана на предположении о нагревании содержимого захлопывающегося пузырька до высоких температур. Другая группа гипотез – на представлении о возможности разделения зарядов на стенках пульсирующей полости, что приводит к электрическому пробою, который, как и высокие температуры, может инициировать свечение и химические реакции. Наряду с ионами и радикалами, долго существующими в среде, где нет веществ, способных с ними реагировать, в кавитационной полости образуются возбужденные молекулы, в том числе Н2О*, которые уже спустя 10-9...10-8 с спонтанно возвращаются в исходное состояние, либо выделяя избыточную энергию в виде кванта электромагнитного излучения, либо рассеивая ее в виде теплоты. В воде, насыщенной воздухом, под действием ультразвука с частотой 880 кГц кавитация начинается при средней интенсивности (SATA) 0,12 Вт/см2 (максимальная интенсивность 0,3...0,5 Вт/см2). При боковом освещении в воде, облучаемой ультразвуком, можно видеть облако пузырьков разных размеров, часть которых уносится из кавитационной зоны акустическими потоками. Практически одновременно с образованием пузырьков возникает ультразвуковое свечение, начинаются химические реакции, и регистрируется шум в широком диапазоне частот, а также ярко выраженная субгармоническая составляющая на частоте 440 кГц. Увеличение частоты ультразвука приводит к повышению порога кавитации. Зависимости интенсивности ультразвукового свечения, скорости химических реакций и электропроводности воды от интенсивности ультразвука имеют одинаковый характер, что доказывает их связь с кавитацией и отражает природу процессов, протекающих в пузырьках. Зависимость ультразвукового свечения от свойств растворенных в жидкости веществ позволяет использовать его в диагностических целях, например, в тех случаях, когда патологические процессы связаны с выбросом в плазму крови соединений, влияющих на ее свечение, возникающее при кавитации. 102 4.3. Влияние ультразвука на воду и водные растворы Если кубик льда подвергнуть действию ультразвука, лед внутри мутнеет и останется мутным, как бы запомнив результат ультразвукового воздействия. Жидкая вода «помнит» любое, в том числе и ультразвуковое, воздействие лишь короткое время 10-9...10-12 с. Поэтому неправомерно объяснять ультразвуковые эффекты «структурной памятью» воды. Нетрудно подсчитать, что в этом случае ближайшие молекулы воды соседствуют на поверхности пульсирующего пузырька в течение примерно 10-9 с. Следовательно, при кавитации поверхность пузырька не успеет сформироваться, и в этом случае поверхностное натяжение будет отличаться от поверхностного натяжения покоящейся воды. Очевидно, что если в разных участках поверхности пузырька натяжение окажется различным, то пульсирующий пузырек потеряет сферическую форму и станет источником энергичных микропотоков, способных обусловить ряд биоэффектов. 4.4. Действие ультразвука на организм. Физиологические основы ультразвуковой терапии Биологическое действие ультразвука на кожу человека исследовано многими авторами [36, 37]. От характера и степени контакта излучателя с кожей зависит возможность ультразвуковых колебаний воздействовать на ту или иную ткань. Самый тонкий слой воздуха порядка 0,001 мм может полностью отразить ультразвуковые волны. Отсюда возникает необходимость освобождать облучаемый участок от волосяного покрова и следить за тем, чтобы контактная среда (вазелин, глицерин) постоянно связывала излучающую поверхность ультразвукового преобразователя (аппликатора) и кожу. Чувствительность кожи к ультразвуку различна в разных участках тела. Кожа лица, например, чувствительнее кожи живота, а последняя, чувствительнее кожи конечностей. Эффект повышенного теплового и механического воздействия ультразвука особенно характерен для тканей, имеющих много пограничных поверхностей, например, эндост, надкостница, надхрящница. Высокий коэффициент поглощения ультразвука в тканях с большими молекулами обусловливает заметное нагревание коллагеносодержащих тканей, на которые чаще всего и воздействуют ультразвуком при физиотератевтических процедурах. 103 Увеличение растяжимости колдагеносодержащих тканей Основной фактор, который часто препятствует восстановлению мягкой ткани после ее повреждения, – это контрактура, возникающая в результате повреждения и ограничивающая нормальное движение. Слабое прогревание ткани может повысить ее эластичность. Леман с соавт. [38] сообщили, например, что при дополнительном прогревании во время растягивающих упражнений улучшается гибкость коллагеносодержащих структур. Герстен [39] показал, что ультразвуковой нагрев приводит к увеличению растяжимости сухожилий. Рубцовая ткань также может стать более эластичной под воздействием ультразвука. Повышение подвижности суставов Амплитуда движений суставов в случае контрактуры может быть увеличена путем их нагрева [40]. Для нагрева сустава, окруженного значительным слоем мягких тканей, ультразвуковой способ наиболее предпочтителен, поскольку ультразвук лучше других форм диатермической энергии проникает в мышечную ткань [41]. Болеутоляющее действие Многие пациенты отмечают ослабление болей при тепловом воздействии на пораженные области. Обезболивающий эффект может быть как кратковременным, так и продолжительным. При некоторых заболеваниях применение ультразвука для уменьшения болей дает наилучшие результаты. Например, Рубин и Куитерт [42] обнаружили, что ультразвук ослабляет фантомные боли после ампутации конечностей, а также боли, вызванные образованием рубцов и невром. Механизмы болеутоляющего действия пока неясны; возможно, в них вносят вклад и нетепловые эффекты. Изменения кровотока При локальном нагреве ткани часто отмечаются сосудистые реакции, проявляющиеся даже на некотором расстоянии от места воздействия. Тер Хаар и Хоупвелл [43] показали, что кровоток в мышечной ткани увеличивается в 2–3 раза при ультразвуковом прогревании до температуры 40–45°С. О подобных явлениях сообщали так же Пауль и 104 Имиг [44]. В их работе изменение кровотока связывается с местным расширением сосудов. Отмечается также, что при нагреве ультразвуком или электромагнитным излучением наблюдаются сходные эффекты. Однако Абрамсон с соавт. [45] показали, что при импульсном облучении (когда тепловые эффекты невелики) также изменяется кровоток. Эти изменения сохраняются около получаса после окончания процедуры. Местное расширение сосудов увеличивает поступление кислорода в ткань и, следовательно, улучшает условия, в которых находятся клетки. Возможно, именно этим объясняется терапевтический эффект, а также нередко наблюдаемое усиление воспалительной реакции. Исследование микрососудистой динамики в кремастерной мышце крысы показало, что при достаточно большой интенсивности (в данном случае > 5 Вт/см2) в некоторых сосудах может наблюдаться уменьшение просвета и объемного кровотока. Возможно, это связано не с тепловыми эффектами, а с кавитацией или другими механическими явлениями. Уменьшение мышечного спазма Прогревание может уменьшить мышечный спазм. По-видимому, это обусловлено седативным (успокаивающим) действием повышения температуры на периферические нервные окончания [46]. Ультразвук также может быть использован для этой цели. Степень физиологической реакции на прогревание зависит от большого числа факторов, включающих достигаемую температуру, время прогревания, размер прогреваемой области и скорость увеличения температуры. Ультразвук позволяет быстро нагреть строго определенную область. К анатомическим структурам, которые избирательно нагреваются ультразвуком, относятся богатые коллагеном поверхностные слои кости, надкостница, суставные мениски, соединительные ткани, внутримышечные рубцы, мышечные волокна, оболочки сухожилий и главные нервные стволы. В ряде случаев ультразвук может быть более эффективной формой диатермии, чем коротковолновые излучения, парафиновые аппликации и инфракрасное излучение. Нетепловые эффекты Если принимать во внимание только физиологические эффекты, то нетепловые эффекты можно разделить на два класса: периодические и непериодические. 105 Периодические эффекты возникают из самой колебательной природы звукового поля и могут рассматриваться в качестве своего рода микромассажа [47], способствующего, например, рассасыванию спаек, образующихся в мягких тканях при их повреждениях. По-видимому, главным непериодическим эффектом, приводящим к лечебному действию ультразвука, являются акустические течения (см. главу 1). Они могут быть вызваны устойчивыми осциллирующими полостями или радиационными силами как внутри, так и вне клеток. Акустические течения могут влиять на среду около мембран, изменяя градиенты концентраций, воздействуя тем самым на диффузию ионов и молекул через мембраны. Возникновением течений могут объясняться увеличение теплопередачи, ускорение различных процессов и срыв клеточных оболочек, которые происходят в биологических тканях в результате воздействия ультразвука. Чепмен с соавт. [48] показали, что ультразвук in vitro может уменьшать содержание калия в некоторых клетках, хотя, возможно, это происходило из-за влияния кавитационных пузырьков. Увеличение силы сокращения матки мышей при воздействии ультразвука может объясняться изменением содержания кальция в клетках гладких мышц. Однако чрезвычайно трудно строго выделить различные нетепловые эффекты, которые могут возникать в тканях, отделить их действие от влияния простого прогрева ткани из-за поглощения звука. Вероятно, легче всего можно выделить воздействие кавитации, поскольку существует возможность повышением внешнего давления препятствовать ее развитию. Некоторые из нетепловых эффектов ультразвука могут нанести вред, если не принять защитных мер. В облучаемом объеме, содержащем отражающие поверхности, возможно образование стоячей волны (см. главу 1), и эритроциты в кровеносных сосудах, попадающих в этот объем, могут собираться в сгустки. Продолжительное воздействие ультразвука в этих условиях может привести к значительному ухудшению снабжения кислородом тканей, питаемых данными сосудами. Множество эффектов может наблюдаться при возникновении кавитационных пузырьков в тканях. Например, вокруг стабильно пульсирующих пузырьков могут возникать микропотоки. Механодинамическое действие ультразвука Доминирующее значение в биологическом действии ультразвуковых колебаний имеет выраженное акустическое давление. 106 Чем больше частота колебаний и меньше длина волны, тем ближе друг к другу расположены узлы давления и, следовательно, тем сильнее должно быть выражено механическое действие ультразвука. Многие исследователи [47,49] наблюдали проявление механического действия ультразвука на внутриклеточные структуры при сохранении внешней целостности клеток (в частности, в форменных элементах костного мозга). Даже при действии ультразвука невысокой интенсивности отмечалось прекращение амебовидного движения лейкоцитов. При дальнейшем постепенном повышении интенсивности ультразвука скорость вращения гранул в клетке увеличивалась, некоторые из них оказывались за пределами клетки. Однако такое движение гранул и отдельных клеток сразу прекращались после окончания действия ультразвука, и вновь отмечалось при возобновлении. Физико-химическое действие ультразвука Влияние ультразвуковых волн на молекулы среды вызывает появление продуктов, потенциально опасных для «биологически ценных молекул» (нуклеиновые кислоты, ферменты, гормоны и прочие). Непрерывный ультразвук интенсивностью 0.3–0.5 Вт/см2 инициирует образование следов азотной кислоты в воде. В случае повышения интенсивности возникают малые количества азотной кислоты. Не исключено воздействие азотной кислоты на генетический код клетки посредством ее реакций с основаниями нуклеиновых кислот. Установлено, что ультразвуковые повреждения мембран клеток, и в первую очередь плазматические мембраны, приводит к потере ионов калия и накоплению в ней ионов натрия и кальция. Сюда же следует отнести, что ультразвук интенсивностью 1,5Вт/см2 при частоте 1 МГц способен угнетать образование потенциалов в гладкой мышце, такое действие ультразвуком снимается двукратным увеличением содержания ионов кальция в озвучиваемой среде. Следовательно, мембранные механизмы переноса ионов кальция могут явиться местом приложения ультраакустической энергии. Важным проявлением озвучивания можно считать освобождение под его влиянием биологически активных веществ, а так же увеличение активности ионов, гормонов, и других соединений вследствие перехода их в свободное состояние. 107 Тепловое действие ультразвука Большую роль в возникновении биологических эффектов при воздействии ультразвуковых колебаний играет так же температура, которая образуется в результате поглощения исследуемыми объектами энергии ультразвука и превращение последней в тепло. Особенно сильное местное нагревание возникает на границе раздела сред, отличающихся по плотности и скорости распространения ультразвуковых волн. Многие зарубежные авторы [43-45] считают, что биологическое действие ультразвука заключается почти исключительно в его тепловом эффекте. Эти выводы основываются в основном на морфологических изменениях, в частности на том, что действие ультразвука большой интенсивности оказывает разрушающее действие на живые ткани именно вследствие большого количества образующегося тепла. Таким образом, рассмотренные выше данные литературы свидетельствуют о том, что ультразвуковые колебания высокой интенсивности оказывают на биологические объекты выраженное повреждающее действие. В основе повреждающего влияния ультразвуковых колебаний высокой интенсивности лежат явления кавитации, сущность которой в данном случае сводится к появлению в тканевых срезах разрывов, к быстрому образованию и исчезновению пузырьков, и как следствие, к механическому разрушению клеточных и неклеточных структур. Определяющую роль здесь играет так же развитие физикохимических процессов, связанных с деполимеризацией некоторых биологически важных веществ – нуклеиновых кислот, полисахаридов и умеренное теплообразование. Колебательная энергия ультразвука невысокой интенсивности оказывает не резко выраженное механическое действие в виде так называемого микромассажа ткани, улучшает кровообращение, стимулирует окислительновосстановительные процессы и обмен веществ, повышает теплообразование. Все это обуславливает активацию биологических свойств озвученных тканей и при некоторых патологических процессах способствует их ликвидации (некоторые заболевания опорнодвигательного аппарата, нервной системы, глаз, лор-органов). С точки зрения характера действия ультразвука на биологические объекты (повреждающий эффект или же стимуляция биологических свойств тканей) определенное значение, кроме интенсивности, имеет так же режим озвучивания, способ аппликации, количество и продолжительность процедур, а также многообразные проявления 108 реактивности организма, наличие или отсутствие аллергических реакций, иммунологических нарушений. Существенным является и тот факт, что различные ткани, даже в пределах одного и того же организма, обладают различной чувствительностью к действию энергии ультразвуковых колебаний. Все эти факторы должны учитываться при выборе дозировки ультразвукового воздействия с целью достижения оптимального терапевтического эффекта. 4.5. Физиотерапия Ультразвук широко используется в физиотерапевтической практике. Первоначально он считался одним из способов теплового воздействия, конкурируя с грелками, микроволновым и радиочастотным излучением. Основной областью использования ультразвуковой терапии было лечение повреждений мягких тканей, хотя ультразвук применялся и для лечения суставов и костей. Выяснение механизмов воздействия ультразвука стимулировало попытки физиотерапевтов изменить режимы воздействия так, чтобы лучше использовать предполагаемые достоинства нетепловых механизмов. При этом использовались малые интенсивности ультразвука и импульсные режимы работы. Из-за недостатка научно обоснованных, контролируемых клинических экспериментов при подборе режимов ультразвукового воздействия главенствовал эмпирический подход, и практически каждая клиника использовала для этого свой «рецепт». Однако по мере того как физиотерапевты овладевали знаниями в области ультразвука, режимы лечения становились более обоснованными. До сих пор неизвестно, какие интенсивности ультразвука наиболее эффективны в терапии, например, какая из интенсивностей: SATP или SATA играет более важную роль (см. главу 1). Интуитивно представляется, что тепловые эффекты зависят от общей энергии, т.е. от интенсивности SATA, в то время как для нетепловых эффектов более важна пиковая интенсивность, т.е. SATP. 4.6. Лечебное применение ультразвука Ультразвуковая терапия – это применение с лечебной целью механических колебаний высокой частоты (oт 20 до 3000 кГц). Механические колебания таких частот вызывают в тканях сложные физико-химические процессы. В результате сменяющих друг друга положительного и отрицательного давлений, ведущих к сжатию и 109 растяжению тканей, происходит внутритканевое перемещение частиц, которое сопровождается трением и изменением их электрического состояния. В результате активирования биохимических процессов, в частности обмена веществ, по всей толще мягких тканей в области воздействия расширяются кровеносные сосуды, в них усиливается кровоток, возбуждаются нервные структуры, активируются репаративные процессы. При правильных дозировках ультразвук оказывает болеутоляющее, рассасывающее, спазмолитическое и выраженное противовоспалительное действие, которое обусловлено тепловым эффектом, а также значительным ускорением скорости кровои лимфотока. Ультразвук оказывает выраженное влияние на систему соединительной ткани, в результате чего при хронических воспалительных процессах предотвращается образование спаек и рубцов, размягчается грубоволокнистая ткань, повышается её эластичность. Эти качества лежат в основе лечебного применения ультразвука при спаечных и рубцовых процессах, контрактурах, анкилозах. Целесообразно применять малые интенсивности 0,05–0,7 Вт/см2 с преобладанием импульсных воздействий и коротких экспозиций (ультразвук действует как катализатор физико-химических, энзиматических и трофических процессов, лежащих в основе активации саногенеза). Воздействие осуществляют через маслянистую либо через водную среду. Благодаря меньшей суммарной мощности ультразвука в импульсном режиме на организм оказывается наиболее мягкое, щадящее воздействие, с наименьшим эффектом теплообразования. Кроме интенсивности, процедуры дозируются также по времени. Продолжительность воздействия на каждое поле составляет 3–5 минут, общая продолжительность процедуры от 6 до 10–15 минут. Фонофорез – сочетание ультразвука с введением лекарственных косметических средств в ткани. В результате сочетания действия фонофореза и различных терапевтических эффектов ультразвуковое лечебные воздействие усиливается. С их помощью проводится лифтинг, лечение купероза, угревой сыпи, лечение рубцов, растяжек, пигментации, коррекция мимических морщин, целлюлита. Он необходим для рассасывания послеоперационных уплотнений, восстановления чувствительности и кровоснабжения в травмированных тканях. При проведении ультразвуковой терапии может быть использована стабильная (фиксированное положение излучателя) и лабильная (перемещение излучателя в зоне воздействия) методики. В 110 непрерывном режиме генерируется поток ультразвуковых волн на протяжении всего времени воздействия. Импульсный режим предусматривает применение импульсов ультразвука с частотой 50 Гц и длительностью 2, 4 и 10 мс. Поглощение ультразвука патологическими тканями зависит от их акустических свойств и частоты ультразвуковых колебаний. Интенсивность ультразвука частотой 800–900 кГц уменьшается примерно вдвое в мягких тканях на глубине 4–5 см, а при частоте около 3000 кГц – на глубине 1,5–2 см. Жировая ткань поглощает ультразвук примерно в 4 раза, мышечная – в 10 раз, а костная – в 75 раз сильнее, чем кровь (см. таблицу 5.2). Наиболее сильное поглощение ультразвука наблюдается на границе тканей, обладающих разными акустическими свойствами (кожа – подкожная клетчатка, фасция – мышца, надкостница – кость). Поглощение ультразвука заметно меняется при изменении состояния ткани в связи с развитием в ней патологического процесса (отек, инфильтрация, фиброз и др.). Первичный эффект действия ультразвука проявляется влиянием на тканевые и внутриклеточные процессы; изменение процессов диффузии и осмоса, проницаемости клеточных мембран, интенсивности протекания ферментативных процессов, окисления, кислотнощелочного равновесия, электрической активности клетки. Под влиянием ультразвука повышается проницаемость стенок сосудов, поэтому воздействие ультразвука на ткани, находящиеся в состоянии воспаления с выраженными экссудативными явлениями, может вызвать ухудшение течения патологического процесса. Это следует учитывать при ультразвуковой терапии острых воспалительных заболеваний. В то же время, отмечено рассасывающее действие ультразвука на продуктивное воспаление, что позволяет применять его при разрешающихся подострых и хронических воспалительных процессах. Установлено выраженное спазмолитическое действие ультразвука, на чем основано его применение в лечебных целях при бронхоспазмах, дискинезиях кишечника, спазмах мочевого пузыря, почечной колике и др. Одним из специфических свойств ультразвука является «разволокняющее» действие, которое способствует менее грубому рубцеванию и приводит, в известной мере, к рассасыванию (размягчению) уже сформировавшейся рубцовой ткани, вследствие расщепления пучков коллагеновых волокон на отдельные фибриллы, их отделения от аморфного цементирующего вещества соединительной ткани. На этом основано применение ультразвука при заболеваниях и повреждениях опорно-двигательного аппарата, нервов, а также 111 рубцовых и спаечных процессах после оперативных вмешательств и воспалительных заболеваний. Относительно небольшие дозы ультразвука оказывают стимулирующее влияние на процессы регенерации в различных тканях; большие дозы угнетают эти процессы. Действие ультразвука на организм больного характеризуется также и эффектом, который связывают с торможением и блокированием проведения болевого импульса в нервных клетках специальных ганглиев и по нервным волокнам. Этот эффект лег в основу применения ультразвуковой терапии при лечении заболеваний и патологических состояний, сопровождающихся выраженным болевым синдромом (невралгии, остеохондроз, миозит и др.). Совокупность ответных реакций организма пациента на действие ультразвука включает как местные тканевые изменения (активацию ферментативных и трофических процессов, микроциркуляции, стимуляцию регенерации и др.), так и сложные нейрогуморальные реакции. Происходит стимуляция адаптивных и защитных механизмов, повышение неспецифической резистентности организма, активация механизмов восстановления и компенсации. Для обеспечения акустического контакта с ультразвуковой головкой аппарата кожу в области воздействия перед процедурой смазывают контактным веществом (вазелиновым, растительным маслом, лекарственной смесью). Воздействие на кисти, стопы, лучезапястные, локтевые, голеностопные суставы проводят, погрузив их в ванночку с водой (t =32–36°С). Обычно применяют лабильную методику воздействия, при которой ультразвуковую головку медленно перемещают по коже; при проведении процедуры в воде соответствующие движения излучателем проводят на расстоянии 1–2 см от поверхности кожи. Ультразвуковое воздействие осуществляют на соответствующие участки поверхности тела (так называемые поля), площадь каждого из них составляет 150–250 см2. При первых процедурах воздействуют на 1–2 поля, при хорошей переносимости начиная с 3–4-й процедуры количество полей можно увеличить до 3–4. Продолжительность воздействия на 1 поле от 2–3 мин до 5–10 мин, а длительность всей процедуры не более 12–15 мин. Процедуры проводят ежедневно или через день, на курс назначают от 6 до 12 процедур. Противопоказаниями для проведения ультразвуковой терапии являются болезни крови, острые воспалительные процессы, психические заболевания, тяжелые формы неврозов, выраженный церебральный атеросклероз, диэнцефальные кризы, ИБС с наличием 112 стенокардии, инфаркт миокарда, гипертоническая болезнь выше II стадии, вегетативная дистония с наличием артериальной гипотензии, выраженные проявления сердечнососудистой и легочно-сердечной недостаточности, тиреотоксикоз, тромбофлебит, склонность к кровотечениям, новообразования. Ультразвуковая терапия постоянно пополняется новыми методами. Показана возможность увеличения радиочувствительности опухолевой ткани в результате предварительной обработки ультразвуком необходимой интенсивности. Перспективно применение фокусированного ультразвука, позволяющего локально разрушать патологически измененные структуры, лежащие в глубине здоровых тканей, раздражать кожные и глубинные воспринимающие нервные структуры и др. 4.7. Оборудование и методики Серийно выпускается большое разнообразие ультразвуковых медицинских приборов. Как правило, они имеют малый вес и достаточно портативны. Многие из приборов используют ультразвук средней по пространству интенсивности до 3 Вт/см2 и работают в частотном диапазоне 0,75–5 МГц. Используются либо непрерывный, либо импульсный режимы. Импульсные режимы выбираются главным образом в том случае, когда хотят использовать нетепловые эффекты. Более точно режимы подбираются эмпирически. Выбор несущей частоты определяется глубиной расположения объекта воздействия: более высокие частоты используются для воздействия на поверхностные области. Серийные генераторы обычно имеют две или три фиксированные рабочие частоты, часто с взаимозаменяемыми преобразователями, и дают возможность плавно или дискретно менять интенсивность. Большинство приборов обладают возможностью работать в одноили двухимпульсных режимах. Наиболее часто используемые режимы – 2 мс:2 мс (сигнал:пауза) или 2 мс:8 мс. Импульсные режимы обычно характеризуются либо отношением длительности сигнала к длительности паузы, либо коэффициентом заполнения – отношением длительности сигнала к периоду следования импульсов, выраженным в процентах. В любом случае для полного описания импульсного режима необходимо приводить длительность импульса. Все приборы обычно снабжены таймером, чтобы задавать длительность процедуры. Опубликованные обследования ультразвуковых терапевтических генераторов, используемых в клиниках, показывают, что их заводская 113 калибровка крайне неточна [46]. Существует несколько простых способов убедиться, излучает ли прибор или нет. Некоторые физиотерапевты покрывают поверхность преобразователя слоем контактного вещества и поворачивают ручку интенсивности до тех пор, пока на поверхности не появится рябь. Можно опустить преобразователь в воду излучающей поверхностью к поверхности воды. Тогда при увеличении интенсивности на поверхности воды возникает рябь, которая чаще всего выглядит как фонтанчик. Терапевтические излучатели обычно сделаны в виде дисков из высокодобротной пьезокерамики цирконат-титаната-свинца. Они помещаются в водонепроницаемую оболочку из алюминия или нержавеющей стали, прикрепленную к концу легкой ручки. Обратная сторона диска граничит с воздухом. Пространственная картина поля типичного серийного терапевтического преобразователя показана на рис. 4.7. Рис. 4.7. Распределение акустического поля, создаваемого стандартным терапевтическим излучателем на частоте 1,1 МГц Существует несколько способов введения ультразвуковой энергии в обрабатываемую область. Наиболее распространенный способ – контактный, когда преобразователь прикладывается непосредственно к коже. В этом случае передача акустической энергии осуществляется через тонкий слой контактного вещества, акустический импеданс которого близок к импедансу кожи. 114 При лечении частей тела неудобных конфигураций, например колен или локтей, облучение можно проводить при погружении тела в ванну с водой. Также могут использоваться акустически прозрачные мешки с водой. Мешок может принимать форму облучаемой части тела, а акустический контакт с кожей осуществляется через слой контактного вещества. Обычно в качестве контактных веществ используются легко стерилизуемые жидкости с подходящим акустическим импедансом, такие как минеральное или парафиновое масла. Используются и тиксотропные вещества (типа гелей). Их удобно использовать, поскольку в обычном состоянии они достаточно вязки, но под действием ультразвука разжижаются. Судя по опубликованным данным сравнительного изучения различных контактных жидкостей, количество энергии, передаваемое через различные жидкости, практически одно и то же, если слой достаточно тонок, и зависит скорее от давления преобразователя на контактное вещество, чем от его состава. При любой возможности необходимо избегать режима стационарного излучателя, поскольку возможно образование стоячих волн и «горячих точек», которые могут привести к локальным повреждениям. Ультразвук в физиотерапии применяется главным образом при лечении повреждений мягких тканей, для ускорения заживления ран, для рассасывания отеков, для размягчения рубцов и во многих других случаях. Он применяется также при костных патологиях и нарушениях кровообращения. Повреждения мягких тканей Одно из наиболее распространенных применений ультразвука в физиотерапии – это ускорение регенерации тканей и заживления ран. Восстановление ткани лучше всего описать с помощью трех перекрывающихся фаз. В течение воспалительной фазы фагоцитарная активность макрофагов и полиморфонуклеарных лейкоцитов ведет к удалению клеточных фрагментов и патогенных частиц. Переработка этого материала происходит главным образом при помощи лизосомальных ферментов макрофагов. Известно, что ультразвук терапевтических интенсивностей может вызывать изменения в лизосомальных мембранах, ускоряя тем самым прохождение этой фазы. Вторая фаза в залечивании ран – пролиферация или фаза разрастания. Клетки мигрируют в область поражения и начинают делиться. Образуется гранулированная ткань и фибробласты начинают 115 синтезировать коллаген. Интенсивность заживления начинает увеличиваться, и специальные клетки, миофибробласты, заставляют рану стягиваться. Показано, что ультразвук значительно ускоряет синтез коллагена фибробластами как in vitro, так и in vivo. Эксперименты показали, что если первичные диплоидные фибробласты человека облучить ультразвуком частотой 3 МГц и интенсивностью 0,5 Вт/см2 in vitro, то количество синтезированного белка увеличится. Исследование облученных клеток в электронном микроскопе показало, что по сравнению с контрольными клетками в них содержится больше свободных рибосом, больше растяжение грубого эндоплазматического ретикулума, больше цитоплазменная вакуолизация, больше автофаговых вакуолей и больше повреждений лизосомальных мембран и митохондрий. В последующих работах исследователей доказано, что кавитация может стимулировать синтез коллагена. В работе [50] приведены экспериментальные свидетельства того, что ультразвук стимулирует грануляцию ткани. Третья фаза – восстановление. Эластичность нормальной соединительной ткани обусловлена упорядоченной структурой коллагеновой сетки, позволяющей ткани напрягаться и расслабляться без особых деформаций. В рубцовой ткани волокна часто располагаются нерегулярно и запутанно, что не позволяет ей растягиваться без разрывов. Это ведет к уменьшению растяжимости и эластичности рубца по сравнению с нормальной окружающей тканью. Есть доказательства, что рубцовая ткань, формировавшаяся при воздействии ультразвука, прочнее и эластичнее по сравнению с «нормальной» рубцовой тканью. Это показывает, что ультразвук влияет на расположение новообразующего коллагена и помогает процессу восстановления. К сожалению, несмотря на широкое использование ультразвука в терапии, было проведено всего несколько широкомасштабных клинических наблюдений. Одно из них было посвящено лечению хронических варикозных язв на ногах. Язвы облучались ультразвуком частотой 3 МГц интенсивностью 1 Вт/см2 (SATP) в импульсном режиме 2 мс:8 мс. После 12 сеансов лечения (3 раза в неделю на протяжении 4 недель) средняя площадь язв составляла 66,4 ± 8,8% от их первоначальной площади, в то время как площадь контрольных язв уменьшилась всего до 91,6 ± 8,9%. Измеренное увеличение температуры в облучаемых зонах не превышало 1°С. Такое увеличение температуры, вызванное другими способами, совершенно недостаточно для наблюдаемой стимуляции заживления, что доказывает нетепловой характер механизма воздействия. В работе [50] было показано, что 116 ультразвук может способствовать приживлению пересаженных лоскутов кожи на краях трофических язв. С некоторым успехом ультразвук используется также для размягчения и увеличения эластичности рубцов и контрактур. Считается, что ультразвук может быть полезен при рассасывании отеков, вызванных повреждениями мягких тканей. Костные повреждения Восстановление повреждений мягких и костных тканей имеет много общего. Оба процесса включают в себя воспалительную, пролиферационную и восстановительную фазы. Хотя и это подобие, и тот факт, что в процессах участвуют однотипные клетки, подталкивали к тому, чтобы исследовать возможность применения ультразвука для лечения костных повреждений, публикаций на эту тему очень мало. При экспериментальном исследовании переломов малой берцовой кости у крыс было обнаружено, что ультразвуковое облучение во время воспалительной и ранней пролиферационной фаз ускоряет и улучшает выздоровление. Костная мозоль содержала больше костной ткани и меньше хрящей. Однако облучение в поздней пролиферационной фазе приводило к негативным явлениям – усиливался рост хрящей, и задерживалось образование костной массы. Обнаружено также, что облучение ультразвуком интенсивностью 0,5 Вт/см2 (SATP) длительностью 5 мин. в импульсном режиме 2 мс:8 мс более эффективно на частоте 1,5 МГц, чем на частоте 3 МГц. Это позволяет предположить нетепловой механизм воздействия, хотя природа его точно не установлена. 4.8. Отечественная терапевтическая аппаратура Ультразвуковая терапия широко используется практически во всех странах мира. В настоящее время ультразвуковые терапевтические аппараты выпускаются разных конструкций с различными функциональными свойствами. Аппараты, отвечающие возросшим требованиям ультразвуковой терапии, отличаются друг от друга следующими характеристиками: частотой генерируемых ультразвуковых колебаний; типом и числом излучателей; режимом работы (непрерывный и импульсный); способом регулировки, контроля и стабилизации выходной 117 ультразвуковой мощности или интенсивности; типом используемого пьезопреобразователя; выходной ультразвуковой мощностью или интенсивностью ультразвуковых колебаний; габаритом и массой. Кроме сказанного, аппараты отличаются друг от друга числом принадлежностей, необходимых для проведения процедур, наличием встроенных процедурных часов и другими конструктивными особенностями, улучшающими условия эксплуатации. Ещё в СССР, начиная с 1961 года, были созданы ультразвуковые терапевтические аппараты УТП-1, УТС-1, УТС-1М, УТП-3М, «Ультразвук Т-5». Основным их недостатком (кроме аппарата «Ультразвук Т-5)» являлось то, что для обеспечения ультразвуковых колебаний необходимой интенсивности требовалось подводить к кварцевому пьезопреобразователю излучателя высокое напряжение (1– 2кВ). При таком напряжении сложно обеспечивать электробезопасность аппарата, снижается его надежность, он становится неудобен в эксплуатации. Аппараты имели значительные габариты и большую массу. Процедурные часы, встроенные в аппараты, были ненадежны в работе и являлись причиной отказов. В аппаратах для ультразвуковой терапии УЗТ-101, УЗТ-102, УЗТ103, УЗТ-104 и УЗТ-31, разработанных НИИ медицинского приборостроения (г. Москва) в последние годы, недостатки предыдущих моделей устранены. В излучателях применены керамические пьезопреобразователи из титаната бария, работающие при напряжении не более 100 В. Аппараты обеспечивают получение интенсивностей ультразвуковых колебаний, необходимых для лечения многих заболеваний. Сенсорный переключатель интенсивности дает возможность без дополнительных измерений установить заданную врачом интенсивность ультразвуковых колебаний. Процедурные часы автоматически выключают аппарат по истечении заданного времени и сигнализируют об окончании процедуры. Они просты и удобны в управлении, надежны в работе, удачно сочетаются с художественным оформлением лицевой панели. Электронный блок характеризуется высокой стабильностью выходной мощности, надежен в работе, полностью выполнен на интегральных схемах и полупроводниковых приборах. Аппараты имеют малый габарит и небольшую массу. Художественное оформление соответствует требованиям технической эстетики. 118 Конструктивно аппараты максимально унифицированы, что значительно упрощает и удешевляет их изготовление и ремонт. Электронные блоки аппаратов имеют корпуса одинаковой конструкции, одного габарита. Ряд деталей излучателей, например, одинаковые ручки и разъемы, применены почти во всех типах излучателей, что дает высокий коэффициент унификации. Каждый аппарат содержит электронный блок, к которому может быть подсоединено не менее двух излучателей. Ультразвуковые аппараты серии УЗТ имеют разнообразные по форме и площади излучатели ИУТ (излучатель ультразвуковой терапевтический), применяемые в зависимости от назначения. Из моделей этой серии аппарат УЗТ-101 применяют для лечения заболеваний периферической нервной системы, опорно-двигательного аппарата и внутренних органов в условиях физиотерапевтических кабинетов. УЗТ-102 предназначен для лечения стоматологических заболеваний; УЗТ-103 – для лечения урологических заболеваний (хронический пиелонефрит, цистит, цистальгия, хронический простатит, мочекаменная болезнь); УЗТ-104 – для лечения глазных заболеваний, УЗТ-31 – гинекологических заболеваний. 4.9. Области применения терапевтического ультразвука В гинекологии применяют внеполостные и полостные (влагалищные) методики. При внеполостных методиках ультразвуковые воздействия осуществляют в паховой, надлобной и гипогастральной областях. Влагалищную терапию проводят с помощью специального влагалищного излучателя. При этом используют в основном малые и средние дозы ультразвука; большая интенсивность ультразвука (1Вт/см2) показана при выраженном спаечном процессе [51]. В дерматологии ультразвуковую терапию используют при различных нейродермитах, трофических изменениях кожи, рубцовоспаечных процессах. Воздействие ультразвуком с частотой 2,64 МГц осуществляют в зоне очага поражения и соответствующих ему рефлексогенных паравертебральных областях. Для лечения заболеваний кожи применяют, как правило, ультразвук малой интенсивности, за исключением рубцово-спаечных процессов, при которых используют ультразвук интенсивностью до 1 Вт/см2 [52]. В стоматологии ультразвуковую терапию проводят при артрите и артрозе височно-нижнечелюстного сустава, гайморите, контрактуре жевательных мышц, пародонтозе, пародонтите, а также для обработки 119 простых и гнойных ран. Курс лечения состоит из 10–12 процедур, которые проводят ежедневно или через день. Повторные курсы лечения можно проводить детям через 3–4 месяца, взрослым через 2–3 месяца. 4.9.1. Применение терапевтического ультразвука в онкологии Первоначально ультразвук был применен в США для лечения рака предстательной железы. Благодаря ранней диагностике, рак предстательной железы вышел в США на первое место среди злокачественных опухолей других локализаций. Это привело к резкому увеличению числа пациентов, нуждающихся в лечении. Радикальная простатэктомия – стандартная тактика лечения при локализованных опухолях простаты с ожидаемой продолжительностью жизни около 10 лет. Хирургический метод позволяет добиваться хорошей 5- и 10-летней выживаемости. Однако, даже после внедрения в широкую практику нервосберегающей техники частота осложнений после радикальной простатэктомии все же остается высокой Для лечения больных с ожидаемой продолжительностью жизни менее 10 лет, а также для тех, кто отказался от операции из-за возможных осложнений, предложен ряд альтернативных методов. Хорошие результаты получены при использовании 3-мерного конформного облучения, брахитерапии, криоаблации предстательной железы. Однако в случае недостаточной эффективности повторное применение данных методик невозможно, а выполнение радикальной простатэктомии приводит к развитию большого числа осложнений. Высокоинтенсивный сфокусированный ультразвук способен вызывать коагуляционный некроз тканей. Сфокусированные УЗ волны, испускаемые трансдуктором, абсорбируются на площади мишени, оказывая механическое и термическое воздействия, не повреждая тканей вне зоны излучения. Исследования показали, что в большинстве случаев такая терапия позволяет избавиться от безрецидивной «выживаемости». Данный малоинвазивный метод можно расценивать как реальную альтернативу у пациентов с высоким операционно-анестезиологическим риском, а также у больных, отказавшихся от операции. В настоящее время этот метод терапии используется также и в России [53]. Преимуществом ультразвукового метода нагрева опухолей является возможность четкой локализации нагреваемой области. К настоящему времени за рубежом создано большое количество разнообразных аппаратов для ультразвуковой гипертермии, в том числе наружных с несколькими источниками излучения и использованием 120 фокусировки акустического потока, а также внутриполостных в виде зондов или трубок. Некоторые из них специально приспособлены для одновременного нагревания опухоли и ее облучения. Акустическая аппаратура для гипертермии опухолей может быть совмещена с ультразвуковой техникой для визуализации глубоких тканей организма, в частности, опухолей. При этом гипертермическая процедура может выполняться с помощью одной и той же акустической системы в два этапа: обнаружения опухоли в контрольно-диагностическом режиме и ее нагрева в режиме активного воздействия. Механизмы противоопухолевых эффектов ультразвука могут быть связаны не только с его чисто тепловым воздействием за счет поглощения ультразвуковой энергии в тканях, но и с механическим действием (в частности, кавитацией), повышением проницаемости клеточных мембран и т.д. Совместное использование ультразвука с химиотерапией приводит к существенному усилению противоопухолевого действия этих агентов. Лечение сфокусированным ультразвуком под контролем магнитно-резонансного томографa – это неинвазивная амбулаторная процедура, при которой опухоль уничтожается сфокусированным пучком ультразвуковых волн, а соседние ткани не повреждаются. Эта процедура проводится под контролем магнитно-резонансного томографa. С его помощью врач может «заглянуть» внутрь организма, чтобы обеспечить точную направленность волн и постоянное наблюдение за процессом лечения. Энергия сфокусированного ультразвука направляется на небольшой участок миомы и повышает его температуру до уровня, достаточного для термического разрушения (гибели) клеток без повреждения других тканей. Ультразвуковые импульсы повторяются до тех пор, пока не будет обработана вся опухоль. Ультразвуковая терапия постоянно пополняется новыми методами. Так, например, в Пенсильванском университете (Филадельфия, США) была впервые опробована на мышах новая ультразвуковая методика лечения рака. Новый метод значительно бережнее воздействует только на злокачественную ткань [54]. Развитие раковой опухоли напрямую зависит от прорастания внутрь нее кровеносных сосудов, которые снабжают ее питательными веществами. Для этого раковые клетки могут специально выделять факторы роста, способствующие развитию капилляров. Однако эти микроскопические сосуды оказываются менее прочными, чем сосуды в нормальных тканях. Именно этим и решили воспользоваться 121 исследователи из Медицинской школы при Пенсильванском университете. Для разрушения сосудов, питающих опухоль, они использовали ультразвук. Опухоль непрерывно в течение 3 минут облучали ультразвуком интенсивностью 2,3 Вт/см2. Это больше, чем применяется при получении ультразвуковых изображений по технологии УЗИ, но намного меньше, чем требуется для разрушения тканей. Сравнимая мощность используется при ультразвуковой физиотерапии. Однако в раковой опухоли такое облучение способно разрушать кровеносные сосуды. Проведенные на мышах эксперименты показали, что 3 минут облучения оказалось достаточно, чтобы практически полностью прекратить кровоснабжение опухоли. В последнее время в онкологии всё активнее исследуются косвенные способы воздействия на опухоль, когда вместо прямого разрушения злокачественных образований применяются средства, препятствующие их росту. Один из таких методов – использование препаратов, подавляющих рост кровеносных сосудов. Если применение таких препаратов совместить с новым ультразвуковым методом избирательного разрушения сосудов внутри опухоли, может получиться весьма эффективный способ противораковой терапии. 4.9.2. Применение терапевтического ультразвука в оториноларингологии Ценные лечебные свойства ультразвука невысокой интенсивности, особенно такие, как болеутоляющее, десенсибилизирующее и противовоспалительное, послужили основанием для использования ультразвука при заболеваниях уха, горла и носа. Развитию ультразвуковой терапии в оториноларингологии способствовали клинико-экспериментальные исследования сотрудников Киевского научно-исследовательского института оториноларингологии. Ими показано, что дозы ультразвука до 1 Вт/см2 оказывают стимулирующее влияние на биологические свойства небных миндалин и повышают их резистентность к патогенным воздействиям. Об этом свидетельствует «омоложение» клеточного состава соединительной ткани, эмиграция лейкоцитов с высокой фагоцитарной потенцией, изменение проницаемости стенок кровеносных сосудов в миндалинах. Ультразвук стимулирующее действует на процессы биологического окисления клеточных элементов паренхимы и стромы миндалин, эндотелия кровеносных сосудов, а также клеток эпителия. 122 Это может играть существенную роль в терапевтическом эффекте ультразвукового лечения хронического тонзиллита. Под влиянием УЗколебаний происходят фрагментация лакунарного детрита и очищение лакун, а также улучшение кровообращения в миндалинах. По данным Е.В. Украинского [55] ультразвуковое воздействие интенсивностью 0,4–1,0 Вт/см2 способствует улучшению кровообращения, ликвидации воспаления и повышению обменных процессов в слизистой оболочке носа и околоносовых пазух. Это явилось поводом для клинической апробации ультразвука при лечении ринитов, гайморитов и других заболеваний. Известны два варианта УЗ-терапии: воздействие прямое, когда ультразвуком влияют непосредственно на слизистую носа или миндалин; озвучивание проекции того или иного органа на кожу. Распространены стабильная или лабильная методики озвучивания. Экспозиция – до 5 мин на поле (зону). Процедуры проводятся ежедневно или через день. На курс лечения отводится 10–15 процедур. Интенсивность воздействия в области ЛОР-органов – 0,2–0,4 Вт/см2. Наряду с обычной ультразвуковой терапией в оториноларингологии все шире применяется фонофорез лекарств (гидрокортизон, интерферон и др.). Тонзиллит Ультразвуковая терапия рекомендуется для больных с компенсированной и субкомпенсированной формами хронического тонзиллита, эффективность лечения при этом составляет 75–85%. При отборе пациентов для лечения следует обращать внимание на состояние полости рта, носоглотки и носа. Такие очаги инфекции, как кариес зубов, гингивиты, синуситы и др., подлежат санации до лечения миндалин ультразвуком. Воздействие ультразвуком можно проводить экстраорально (через мягкие ткани шеи в области проекции миндалин) или интраорально (непосредственно на миндалины). При обоих видах ультразвукового воздействия используется непрерывный режим, интенсивностью 0,2–0,4 Вт/см2, при продолжительности воздействия 3– 5 мин на каждую миндалину. Процедура осуществляется ежедневно, 10–15 озвучиваний на курс лечения. Повторный курс лечения назначается лишь при появлении обострений через 2–4 месяца. Экстраоральное воздействие проводится в сидячем положении больного, голова его повернута в сторону, противоположную 123 озвучиваемой миндалины. Ультразвуковой излучатель плотно прикладывается к боковой поверхности шеи, непосредственно у угла нижней челюсти (проекция небных миндалин). Не следует допускать, чтобы рабочая поверхность излучателя прикасалась к углу нижней челюсти. Лечение хорошо переносится больными. У отдельных пациентов в начале лечения может возникать быстро проходящее чувство неловкости и «полноты» при глотании. Клинический эффект ультразвуковой терапии сохраняется довольно долго и проявляется в уменьшении величины миндалин и степени их разрыхленности, очищении лакун от патологического содержимого, уменьшении в объеме регионарных лимфатических узлов, а также в улучшении общего состояния организма (исчезновение головных болей, дискомфорта, неприятных ощущений в области глотки, улучшение аппетита и сна, нормализация температуры и анализов крови). Наилучший лечебный эффект наблюдается у больных (особенно у детей), начавших лечение в ранние сроки, с небольшой длительностью заболевания. Одним из механизмов действия ультразвука при хронических тонзиллитах является диффузный микромассаж, вызывающий фрагментацию лакунарного детрита и выталкивание его из лакун, уничтожение застойного полнокровия и сокращение пучков мышечных волокон трабекул, что способствует уменьшению массы миндалин. Терапевтическое действие ультразвука связанно также с восстановлением нормального тонуса и функций вегетативной нервной системы, стимуляцией иммунологических процессов в небных миндалинах. Лечение хронического тонзиллита должно быть комплексным. УЗ-терапия комбинируется с микроволновой или УВЧ-терапией области миндалин. Ультразвук целесообразно также чередовать с ингаляциями аэрозоля пенициллина с экмолином, фурацилином или ментолом, которые проводятся после физиотерапевтической процедуры. Вазомоторные риниты Ультразвуковая терапия показана больным вазомоторным ринитом как нейровегетативной, так и аллергической формами заболеваний. Терапевтический эффект более выражен при первой из них. Аллергическую форму целесообразно лечить ультразвуком в сочетании со специфической десенсибилизацией. 124 Наиболее проста и распространена при лечении больных ринитами методика, разработанная В.П. Николаевской [55]. Положение больного – лежа. На поверхность ультразвукового излучателя наносится тонкий слой вазелинового масла, которым также смазывается подвергающаяся воздействию кожа области спинки и скатов носа. Осуществляется лабильная методика. Излучатель медленно перемещается по озвучиваемой поверхности круговыми и линейными движениями. Интенсивность озвучивания 0,2-0,4 Вт/см2, продолжительность – 5 минут, курс лечения – 10–12 процедур. При вазомоторных ринитах применяется и фонофорез гидрокортизона. От вышеописанной методика воздействия отличается тем, что кожа озвучиваемой поверхности смазывается смесью эмульсии гидрокортизона с вазелиновым маслом, а в носовую полость вводятся тампоны, смоченные этой же смесью. Под влиянием ультразвуковой терапии слизистая оболочка носа нормализуется, восстанавливается носовое дыхание, прекращаются выделения из носа и чихание. При рецидиве заболевания курс лечения следует повторить (не ранее чем через 4–6 недель). Широко распространена для больных с вазомоторным ринитом эндоназальная методика, проводимая с помощью ультразвуковых аппаратов ЛОР-2 и ЛОР-3. При этой методике УЗ-терапии большое внимание нужно уделять состоянию верхних дыхательных путей пациентов. Методика эндоназальной УЗ-терапии включает: подготовку больного к этому виду лечения; подготовку аппаратуры; осуществление курса УЗ-терапии. Пациент усаживается в кресло, на голову ему надевается специальный держатель – «оголовье», к которому прикрепляется ультразвуковой излучатель. Пипеткой на рабочую поверхность ультразвуковой головки наносится вазелиновое масло. Далее смазываются передние концы нижних носовых раковин вазелиновым маслом, и излучающая поверхность ультразвуковой головки подводится к переднему концу правой и левой нижних носовых раковин. Во время процедуры необходимо следить за плотным прилеганием генерирующей поверхности вибратора к слизистой оболочке носовых раковин. Особенно внимательным нужно быть при лечении больных с повышенной чувствительностью слизистой оболочки, поскольку во время процедуры у них могут возникать пароксизмы чихания, слезотечение, легкие болевые ощущения. Продолжительность 125 процедуры 5–10 минут, интенсивность 0,2–0,4 Вт/см2. Курс включает 5–7 процедур. В основе лечебного действия ультразвука при ринитах лежит его благоприятное влияние на состояние барьерных и секреторных свойств слизистой оболочки носа и рефлекторные сосудистые реакции [56]. Хронические гаймориты Ультразвук эффективен при хронических гиперпластических и гнойных гайморитах. Применяются наружная и эндоназальная методики лечения. Для наружного озвучивания можно использовать аппараты ЛОР1А и «Ультразвук Т-5». Ультразвуковая головка прикладывается к мягким тканям щеки. В качестве контактной среды необходимо вазелиновое масло. Методика – стабильная, режим – непрерывный, интенсивность 0,2–0,6 Вт/см2, экспозиция – 8–10 минут. Эндоназальное лечение ультразвуком осуществляется с помощью аппаратов ЛОР-1А и ЛОР-3. Методика и техника проведения данной процедуры аналогична описанной при вазомоторном рините. У некоторых больных после первых 3–4 озвучиваний отмечается чувство жжения, заложенности в носу. Все эти явления быстро проходят. В результате лечения у пациентов уменьшается или исчезает набухлость слизистой оболочки носа, нормализуется носовое дыхание, пропадает чувство заложенности носа, уменьшается количество гнойного отделяемого, улучшается общее состояние. Одновременно исчезают или уменьшаются и рентгенологические признаки гайморита. Неврит слухового нерва Наряду с использованием витаминов, препаратов йода и тканевой терапией больным невритом слухового нерва показан ультразвук. Воздействие ультразвуком проводится на область сосцевидного отростка в импульсном режиме по лабильной методике при интенсивности 0,2 Вт/см2, ежедневно или через день, 12–16 процедур. Наиболее эффективен у пациентов, заболевание которых связано с хроническим отитом, спаечным процессом, отосклерозом. Ультразвук таким больным можно комбинировать с эндоауральной гальванизацией (или йод-электрофорезом), вакуумной терапией области сосцевидного отростка, эндоауральной дарсонвализацией. 126 Гнойные отиты и их последствия При гнойных отитах и их последствиях страдает функция слуховой трубы. Без восстановления ее функции слухоулучшающие операции оказываются зачастую малоэффективными. Учитывая биологическое действие на ткани человека и благотворное влияние ультразвука небольшой интенсивности на слуховую функцию, В.И.Бессонов применил ультразвук для санации слуховой трубы у больных хроническими гнойными отитами и их последствиями перед тимпанопластикой. Он совместно с инженерами Киевского НИИ радиоэлектроники разработал специальные излучатели для озвучивания области глоточного устья слуховой трубы, по форме напоминающие ушные катетеры. Диаметр излучающей части равен 3–4 мм, резонансная частота излучателей 1780–1950 кГц. Применялась интенсивность 0,3Вт/см2, режим воздействия – непрерывный, длительность процедуры 3–5 минут, всего 8–10 процедур. Наличие в барабанной полости активного воспаления резко ухудшало действенность УЗ-терапии. В подобных случаях целесообразно сначала провести противовоспалительное лечение, а затем курс ультразвуковой терапии. Доброкачественные образования гортани Современные консервативные методы лечения доброкачественных образований гортани (узелки, полипы, гранулемы и др.) длительны и малоэффективны. Новые возможности открывает эндоларингеальная ультразвуковая терапия. Для осуществления процедуры сконструирован специальный излучатель, повторяющий форму кордеса и обеспечивающий удобное введение его в гортань. Методика проведения процедуры состоит в следующем. После анестезии гортани 3% раствором дикаина и нанесения на рабочую поверхность излучателя вазелинового масла (или гидрокортизоновой мази) последний вводится в гортань и плотно прижимается к патологической ткани. Процедура делается при визуальном контроле (непрямой ларингоскопии). Интенсивность ультразвуковых колебаний 0,2–0,4 Вт/см2, экспозиция – 5 минут. Процедуры проводятся через один–два дня. Курс лечения обычно состоит из 8–10 процедур. Данный вид терапии переносится больными очень хорошо. 127 4.9.3. Ультразвуковые аппараты для лечения лор-органов Аппарат УЗТ «Стриж» Аппарат для ультразвуковой терапии «Стриж» предназначен для лечения ультразвуковыми колебаниями оториноларингологических заболеваний. Аппарат рекомендуется применять в лечебных и реабилитационных учреждениях. Краткие технические характеристики: рабочие частоты аппарата – 880 и 2640 кГц; эффективная интенсивность УЗ-колебаний на ступенях регулятора: 0,1; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 Вт/см2; время установления рабочего режима – 30 сек.; время процедуры устанавливается от 1 до 15 мин.; режимы работы: непрерывный и импульсный. Частота следования импульсов – 50 Гц [57]. Аппарат ФЭФ-ОТО ультразвуковой терапии для ЛОР-заболеваний Аппарат фоноэлектрофореза уха ФЭФ-ОТО предназначен для лечения органов слуха сочетанным воздействием лекарственного препарата, ультразвукового излучения и постоянного электрического тока. Аппарат позволяет вводить медикаментозные средства непосредственно в больной очаг. Технические характеристики: Рабочая частота ультразвуковых колебаний – 880 кГц; Эффективная интенсивность излучения по трем ступеням: 0,2; 0,4; 0,6 Вт/см2; Величина тока электрофореза – от 0 до 3 мA; Диаметр головки излучателя – не более 6,0 мм; Масса – не более 3 кг; Питание от сети переменного тока – 220 В/ 50 Гц. С помощью аппарата ФЭФ-ОТО производится диагностика и лечение негнойной патологии уха, нейросенсорной тугоухости, смешанной и кохлеарной формы отосклероза, первичного кохлеарного неврита различной этиологии, кохлеовестибулярного периферического синдрома, болезни Меньера. В результате достигается положительная динамика слуховых и вестибулярных симптомов, понижение порогов звуковосприятия и 128 улучшение разборчивости речи при сокращении сроков лечения. Противопоказаний не имеется [57]. Аппарат «УЗОЛ-01» (КАВИТАР) Аппарат аэрозольной терапии сочетанного воздействия струйным мелкодисперсным орошением и ультразвуковой кавитацией «УЗОЛ-01» (КАВИТАР) применим в различных областях медицины: оториноларингологии, гнойной хирургии, стоматологии, дерматологии, гинекологии. Многолетний опыт работы Челябинской государственной медицинской академии и практикующих врачей с этим аппаратом позволил разработать методики лечения хронических заболеваний верхних дыхательных путей: тонзиллитов, аденоидитов, фарингитов и других заболеваний. Установлено, что в результате лечебного воздействия озвученной струи лекарственных препаратов на очаг, эффективно снимаются симптомы воспаления и уменьшается объём лимфоидной ткани. Достигается стойкий лечебный эффект, сокращаются рецидивы заболеваний и сроки амбулаторного лечения больных, уменьшается количество больных, которым показано оперативное лечение. Аппарат состоит из ультразвукового вибратора с рукояткой пистолетного типа и закрепленным на ней бачком для лечебного раствора. В корпусе прибора размещён ультразвуковой воздушный микрокомпрессор и блок питания с электроподогревателем, автоматически поддерживающим температуру раствора в пределах 38– 40°С [58]. Аппарат ультразвуковой низкочастотный «Тонзиллор-М» Аппарат увльтразвуковой «Тонзиллор-М» предназначен для консервативного и хирургического лечения заболеваний ЛОР-органов путём воздействия энергией низкочастотных ультразвуковых колебаний на поражённые процессом биоткани как через лекарственные препараты, так и контактно. Возможно его применение и в других областях медицины для санации инфицированных ран. Аппарат может быть применен как в амбулаторных, так и в стационарных условиях. Набор инструментов-волноводов, входящих в стандартную комплектацию и заказываемых дополнительно, позволяет производить целый ряд хирургических оториноларингологических операций. 129 Показаниями для применения аппарата «Тонзиллор-М» являются: хронический тонзиллит, отиты (острый, гнойный, хронический), ринит, фолликулит, фарингит, гайморит, операции на носовой перегородке, лор-остеопластические операции на среднем ухе и околоносовых пазухах, пластические операции, создание лекарственного депо в очаге поражения, послеоперационное ведение ран [58]. Аппараты ультразвуковые «Лора-Дон-3» и «Лора-Дон-2» Ультразвуковой аппарат «Лора-Дон-3» предназначен для ультразвуковой дезинтеграции (разрушения) патологически измененных тканей ЛОР-органов при лечении вазомоторных гипертрофических ринитов, хронических тонзиллитов и других патологических состояний тканей с помощью ультразвуковых инструментов-волноводов в условиях ЛОР-кабинетов поликлиник и дневных стационаров. Ультразвуковой аппарат «Лора-Дон-2» предназначен для проведения контактного резания и дезинтеграции биологических тканей. Аппарат рекомендуется для применения при операциях в оториноларингологии. Он также может применяться в травматологии и нейрохирургии. Ультразвуковой скальпель и распатор значительно упростили и ускорили операции в области околоносовых пазух, уха, гортани, трахеи, в том числе пластические операции в области гортани и трахеи. С использованием ультразвукового скальпеля разработана одномоментная, бескровная, чрескожная трахеотомия, проводимая за одну минуту [58]. 4.9.4. Применение терапевтического ультразвука в офтальмологии Для использования ультразвука с целью диагностики и лечения внутриглазных заболеваний необходимо сначала точно определить параметры частоты и мощности ультразвука, при многократной аппликации которых на глаз, в последнем не возникало бы патологических изменений. В 1938 г. впервые были описаны две формы катаракты, возникающие при звуковом облучении изолированного хрусталика. Первая форма представляет собой мелкие помутнения на периферии эмбрионального ядра хрусталика в форме пузырьков, исчезающих немедленно после прекращения облучения. 130 Вторая форма – необратимые помутнения белого цвета в подкапсулярных слоях хрусталика. В результате многих экспериментов было установлено, что облучение ультразвуком мощностью 1,5 Вт/см2 и более, вызывает экзофтальм, снижает чувствительность и прозрачность роговицы, обнаруживается десквамация эпителия, лизис кератоцитов, усиление аргирофилии и очаговая гемогенизация коллагеновых волокон стромы с набуханием межпластинчатого аморфного вещества. Строма роговицы была пропитана белками плазмы. Выявлялось ослабление метахромазии в участках отека роговицы и клеточной пролиферации. Гликоген и рибонуклеопротеины накапливались в цитоплазме активизирующихся кератоцитов. Отмечалось усиление аргирофелии нервов роговицы среднего и крупного калибра, местами они были неравномерно утолщены. При клиническом, морфологическом и нейрогистологическом исследовании глаз, облучавшихся многократно с интервалом в 2 дня ультразвуком мощностью 0,3 Вт/см2, не удалось выявить каких-либо непосредственных или отдаленных патологических изменений. Приведенные дозы облучения не влияют также на характер электроретинограммы, в связи с чем, они без опасности повреждающего действия могут быть использованы при ультразвуковой диагностике и терапии глазных заболеваний. Акустические параметры сред и тканей глаза При эхографическом исследовании глаза амплитуда сигналов от его тканевых структур пропорциональна различию в акустических сопротивлениях соприкасающихся тканей. Поглощение ультразвука в средах и тканях глаза основано на оценке времени, затраченного зондирующим импульсом на распространение от излучателя до соответствующих структур при условии, что точное значение скорости распространения ультразвука в средах и тканях глаза является величиной известной. В таблице 4.2. приведены акустические параметры сред и тканей глаза [59]. 131 Таблица 4.2 Параметр Роговица Камерная влага Хрусталик Стекловидное тело Оболочки глаза Глаз в целом Акустические параметры сред и тканей глаза Коэффициент с Коэффициент отражения ρс , при поглощения, ультразвука на 37оС, г/см2с дБ/см, границах тканевых м/с при f = 5,27 МГц структур, % роговица/ 1639 1,72 3,6 камерная влага=0,3 камерная 1538 1,54 1,4 влага/хрусталик=0,3 хрусталик/стекло1647 1,73 3,9 видное тело=0,3 стекловидное тело / 1534 1,54 1,4 глазное дно=0,4 1650 1,75 6,0 – 1572 – – – Основные показатели к применению ультразвука в офтальмологии с лечебной целью 1. Для ускорения обмена веществ и процессов рассасывания при стойкой инфильтрации роговицы различной этиологии; при замедленном рассасывании экссудата, хрусталиковых масс и крови из передней камеры; при экссудате, интенсивном помутнении и кровоизлиянии в стекловидном теле. 2. Для ускорения и облегчения проникновения лекарственных веществ в ткани глаза при гнойных и специфических воспалительных процессах в глазу (в комбинации с соответствующими антибиотиками, миотиками, мидриатиками и другими медикаментами для усиления их лекарственного воздействия). 3. Для расширения сосудов и улучшения кровоснабжения тканей при дистрофических процессах в сосудистой, сетчатой оболочках и в зрительном нерве, протекающих на фоне гипертрофии и пониженной оксигенации. 4. Как фактора, препятствующего грубому рубцеванию – при заживлении ран роговой оболочки, при формирующихся бельмах роговицы после воспалительных процессов, ожога и оптических 132 операций; при тенденции к образованию шварт в переднем отрезке глаза и в стекловидном теле; при множественных халязионах; при деформирующем рубцевании век после пластических операций, травмы, ожога или воспалительного процесса. Терапевтические ультразвуковые процедуры противопоказаны при злокачественных новообразованиях глаза и его придатков, при наклонности к повторным внутриглазным кровотечениям, при высокой близорукости и отслойки сетчатки. При ультразвуковой терапии глазных болезней представляется целесообразным избирать различный способ облучения в зависимости от конкретной задачи, которая стоит в каждом отдельном случае (рис. 4.8). Если ультразвуковая процедура назначается для устранения рубцовых деформаций кожи век, то излучатель следует приводить в непосредственное соприкосновение со смазанной вазелиновым маслом кожей облучаемого участка. При этом процедура проводится в непрерывном или импульсном режиме при интенсивности от 0,3 до 0.5Вт/см2, излучателем проводят одновременно и массаж облучаемого участка. Рис. 4.8. Схема основных методик ультразвуковой терапии глазных заболеваний 133 На рис. 4.8 приведены основные методики ультразвуковой терапии глазных заболеваний [59]: А – облучение закрытого глаза через веко и контактный слой вазелинового масла; Б – облучение закрытого глаза через веки и слой дегазированной воды в резиновом тонкостенном мешочке; В – облучение открытого глаза при непосредственном контакте излучателя с влажной конъюнктивой глазного яблока или роговицей; Г – облучение открытого глаза через слой дегазированной воды и тонкую резиновую мембрану в форме «пальца»; Д – облучение открытого глаза через слой дегазированного физиологического или лекарственного раствора (фонофорез); Е – фонофорез с одновременным электрофорезом. При лечении рубцовых изменений кожи век и лица в области глазной щели курс УЗ-терапии назначают на 2–3-й день после снятия швов или при наличии уже сформировавшихся рубцов. Процедуру выполняют при прямом контакте преобразователя с кожей, покрытой тонким слоем 0,5% гидрокортизоновой мази. Курс лечения состоит из 10–15 процедур, проводимых ежедневно или через день. Режим работы аппарата непрерывный, интенсивность УЗ-волн – 0,4–0,5 Вт/см2, длительность процедуры 5–6 мин. Повторный курс лечения назначают через 1–1,5 месяца. В результате лечения наблюдаются размягчение, истончение и частичное рассасывание рубцовой ткани, предупреждается развитие келоидного рубца и избыточной васкуляризации. Наиболее интенсивно истончение рубцовых тканей происходит под влиянием фонофореза ферментов (лекозим, лидаза). Больным энисклеритами и склеритами УЗ-терапию проводят при акустическом контакте через 1% раствор гидрокортизона или 0,001% раствор дексаметазона. Лечение направлено на уменьшение воспалительных явлений и снятие болевого синдрома. Боли в глазу уменьшаются после первых процедур. Одновременно снижается выраженность воспалительных явлений, рассасываются энисклеральные узлы. К концу курса лечения, состоящего из 10–15 сеансов, исчезает очаговая энисклеральпая инъекция и конъюнктивальная гиперемия. При заболеваниях роговой оболочки лечение ультразвуком проводят через раствор лекарственного средства, которое выбирают в зависимости от нозологической формы заболевания. При лечении глубоких кератитов без нарушения целости эпителия используют 1% раствор гидрокортизона или 0,001% раствор дексаметазона. При лечении язв роговицы и кератитов бактериальной этиологии осуществляют фонофорез антибиотиков, а при вирусных кератитах – фонофорез 0,01% раствора интерферона. При помутнениях роговой 134 оболочки после кератита путем фонофореза применяют дексаметазон, фибринолизин, химотрипсин. Повторные курсы лечения проводят в зависимости от выраженности клинических проявлений заболевания, но не чаще одного раза в 2–3 месяца. С успехом используют УЗ-терапию при лечении больных с ожогами роговицы II и III степени. Курс УЗ-облучений начинают не ранее 2–4-й недели после ожога. Лечебный эффект проявляется уменьшением светобоязни, слезотечения и болей. В дальнейшем рассасываются инфильтраты, уменьшается васкуляризация роговицы, улучшается трофика тканей, повышается чувствительность роговицы, частично пли полностью рассасываются помутнения, повышается острота зрения. При рубцовых деформациях роговицы после травм, операций по поводу проникающих ранений и ожогов наблюдаются истончение рубцовой ткани и просветление роговицы, особенно при начале лечения в период еще не закончившегося рубцевания. Таким образом, методический уровень проведения УЗ-терапии и фонофореза обеспечивает успешное применение ультразвука при лечении многих глазных заболеваний. Дальнейшее совершенствование метода может быть связано с улучшением преобразователей, направленным на устранение отрицательного влияния хрусталика, рассеивающего и поглощающего ультразвук. Для этого необходимы преобразователи, обеспечивающие фокусировку ультразвука в разных отделах глазного яблока и глазницы в зависимости от клинической формы заболевания. Кроме того, перспективным представляется сочетание в одной процедуре УЗ-воздействия на глаз с электрофорезом для обеспечения ещё большего проникновения лекарственных препаратов из ванночки в глубокие отделы глазного яблока, т.к. ультразвук увеличивает проницаемость клеточных и тканевых мембран, а электрофорез усиливает перемещение лекарственных препаратов в межклеточной и межтканевой средах. Ультразвуковая гипертермия Среди многочисленных эффектов биологического действия ультразвука ведущим является выделение теплоты в результате поглощения тканями акустической энергии. Фокусированный ультразвук с частотой 4,5–10 МГц, вызывающий регулируемую и локальную (диаметр фокального пятна 3–6 см) гипертермию, открывает уникальные возможности в лечении некоторых глазных заболеваний. В экспериментально-клинической офтальмологии применяют высокоинтенсивные фокусированные УЗ-волны (1–1,5 Вт/см2) с 135 относительно короткой экспозицией (1–5 с) и низкоинтенсивные фокусированные УЗ-волны (1–5 Вт/см2) с экспозицией 15–60 мин. (последние вызывают нагрев тканей в зоне взаимодействия до 42–44°С). В первом случае при соответствующей локализации фокального пятна в тканях глаза происходят изменения, аналогичные возникающим при лазер-коагуляции. Следует отметить, что взаимодействие ультразвука с тканями глаза не осложняется эффектами, связанными с помутнением или непрозрачностью сред и тканей глаза, что характерно для лазерного излучения. Для УЗ-гипертермии в офтальмологии используют фокусирующие преобразователи, которые можно комбинировать с коаксиально расположенными диагностическими УЗ-зондами, что позволяет эхографически выявить, локализовать патологический очаг в глазу и топографически точно определить положение фокального пятна в этом очаге [60]. Среди заболеваний, при лечении которых может быть использован фокусированный ультразвук, следует отметить глаукому, катаракту, витреоретинальные мембраны, отслойку сетчатки. Принципиальные возможности лечения этих заболеваний гипертермическим воздействием фокусированного ультразвука доказаны в эксперименте, а эффективность УЗ-гипертермии при глаукоме – в клинике. Лечение глаукомы осуществляется под местной анестезией в амбулаторных условиях путем коагуляции склеры в 2–3мм от лимба. Процедура занимает 10–15 мин. Снижение внутриглазного давления достигается за счет истончения склеры на участке локализации фокального пятна без повреждения конъюнктивы, увеличения увеосклерального оттока, снижения продукции камерной влаги. Определенный интерес представляют первые исследования, посвященные применению фокусированного ультразвука для коррекции аномалии рефракции путем изменения радиуса кривизны роговицы [60, 61]. Одним из перспективных направлений является термотерапия внутриглазных опухолей низкоинтенсивным фокусированным ультразвуком. Рациональность сочетания локальной гипертермии с ионизирующим излучением обусловлена аддитивным и синергическим воздействием на клетки опухоли, находящиеся в различных стадиях репродуктивного цикла. Таким образом, экспериментальные данные и первые клинические результаты показывают перспективность применения фокусированного ультразвука и локальной УЗ-гипертермии при лечении глаукомы, внутриглазных опухолей, аномалий рефракции. 136