Ультразвук в медицине
Доцент А. П. Сперанский
Окружающий нас мир насыщен различными звуками: шелестом листьев, пеньем птиц, мелодиями музыкальных инструментов, шумами большого города. Мы настолько свыклись и приспособились к звуковому фону, что жить в абсолютной тишине — задача для нас мучительно трудная. Не случайно нашим космонавтам приходится специально тренироваться, чтобы подготовить себя к космическому безмолвию.
Звуки распространяются всюду: в воздухе, воде, могут передаваться по твердым телам. Об этом известно очень давно. Помните, Дмитрий Донской перед Куликовской битвой приложил ухо к земле и услышал топот множества коней вражеского войска.
Физическую сущность звуковых явлений изучают специалисты-акустики. На грани XX столетия казалось, что развитие акустики достигло предела, что открывать в этой области науки больше нечего. Но в последние десятилетия в связи с бурным развитием математики, биологии, электротехники и радиоэлектроники область акустики неизмеримо расширилась.
Человек проник в мир неслышимых звуков. Основы учения об ультразвуке заложили работы выдающегося русского физика П. Н. Лебедева и его учеников.
Киньте камень на гладкую поверхность воды. Там, где он упадет, образуется некоторое западение массы воды (акустики называют это явление разрежением вещества); следом за западением — возвышение (сгущение вещества). Западение и возвышение равномерно повторяются, образуя все увеличивающийся в диаметре круг, центр которого там, где упал камень. Такое движение называется колебательным. Энергия его передается последовательно соседним слоям воды — возникают «бегущие», как кажется глазу, волны.
Приблизительно то же самое с физической точки зрения представляет собой звук — волнообразные колебания воздуха, распространяющиеся во все стороны. Расстояние между двумя точками, взятыми в местах наибольшего западания и возвышения (разрежения и сгущения), составляют длину одной волны. Число возникающих в одну секунду волн — число колебаний в секунду — называется частотой колебаний. Измеряют ее в герцах. Одно колебание в секунду — один герц; тысяча колебаний в секунду — килогерц; миллион — мегагерц и т. д. Чем больше частота колебаний, тем короче длина волны.
Звуки, которые мы способны расслышать, располагаются в диапазоне колебаний от 16–20 герц до 16–20 килогерц. Звук с частотой выше 16–20 килогерц мы уже не слышим. На этой границе и начинается область ультразвука.
Специальная аппаратура помогла человеку улавливать неслышимые звуки. Оказалось, что они возникают и в шуме прибоя, и в момент соприкосновения колес с рельсами во время движения поезда. Пчелы, кузнечики, цикады, помимо тех звуков, которые мы слышим, издают и неслышимые. Летучая мышь в полете испускает короткие ультразвуковые импульсы и улавливает их отражение. Так она обретает способность ориентироваться в пространстве. Кстати, этот принцип в настоящее время врачи пытаются использовать для улучшения ориентировки ослепших людей.
Интересно, что собака не только великолепно воспринимает звуки в пределах, возможных для человека, но и «слышит» ультразвуки. Этим, в частности, пользуются дрессировщики, вызывая, а затем закрепляя у животного определенную ответную реакцию на специальные ультразвуковые свистки.
С тех пор как была открыта и изучена область неслышимых человеком колебаний воздуха, определенные участки ультразвука стали применять в различных областях промышленности, в научных исследованиях. Постепенно ультразвуком стали пользоваться в биологических экспериментах и медицине.
Ультразвуковые волны обладают энергией. Ученые обнаружили, что эффект воздействия ультразвука на ту или иную биологическую структуру зависит от количества энергии и продолжительности облучения, от того, проводится оно непрерывно или импульсно. Например, большие дозы ультразвука разрывают и уничтожают простейшие организмы, такие, как инфузории. Семена гороха, облученные малыми дозами ультразвука, прорастали быстрее необлученных, приносили более высокий урожай.
Прошло немного времени, и ультразвук стали применять либо с целью стимуляции роста культурных растений и мелких животных, либо как стерилизующее средство, например для дезинфекции воды. Кроме того, оказалось возможным ультразвуком стерилизовать препараты сыворотки крови и плазмозаменяющих растворов. Это обеспечивает более высокое их качество, возможность более длительного хранения.
До сих пор нет единого мнения о том, на какие структуры и системы действует ультразвук, каким путем обеспечивается его стерилизующее или стимулирующее действие. Очевидно, в малых дозах он повышает активность или количество выделяемых биологически активных веществ — ферментов, увеличивает проницаемость клеточных оболочек. Тем самым ускоряются окислительно-восстановительные процессы в живом организме, процессы биохимического обмена веществ клетки. А это, в свою очередь, усиливает их жизнедеятельность, жизнестойкость.
Большие дозы ультразвука разрушают клеточную оболочку. Содержимое клетки выходит наружу. Можно подобрать такие условия облучения, когда, несмотря на разрушение клетки, содержимое ее сохраняет свои биологические свойства. В таком состоянии из него гораздо легче выделить активно действующее начало, определенные химические соединения. Этими качествами неслышимых звуков широко пользуются в фармакологии.
Например, из разрушенных ультразвуком туберкулезных и дизентерийных палочек удалось выделить активные группы — антигены. Как известно, введение животным ослабленных антигенов создает у них стойкий иммунитет, невосприимчивость к соответствующим заболеваниям. Появляются новые методы вакцинации, когда вместо целой микробной клетки пользуются лишь извлеченными из нее активными структурами.
С помощью облучения ультразвуком удается увеличивать выход активных начал из различных лекарственных растений: мака, ландыша, красавки, спорыньи. Теперь специалисты добиваются повышения качества эмульсий, так как лекарственное вещество удается раздробить на гораздо более мелкие составные части. Так получена тонкая взвесь камфарного масла в воде, что раньше вообще было невозможно. Более того, ученые разрабатывают методы введения с помощью ультразвука некоторых лекарственных соединений больному через… неповрежденную кожу.
Ультразвук находит применение и в терапии. С его помощью лечат спондилозы, артриты и артрозы, радикулиты, некоторые кожные заболевания. Правда, таким методом можно лечить далеко не всех.
В одной из лабораторий Академии наук СССР были проведены эксперименты на животных. С помощью мощного ультразвукового излучения в течение одной секунды удалось разрушить злокачественную опухоль, привитую кроликам. Рост опухоли прекращался, она рассасывалась. Кролики выздоравливали, и у них даже развивался иммунитет к повторным прививкам опухоли подобного вида. Разумеется, сделаны только самые первые шаги в изучении этого процесса. Экспериментальные работы, проверка результатов применения ультразвука в борьбе со злокачественными опухолями еще впереди.
В другой лаборатории исследовали влияние ультразвукового облучения на обмен нуклеиновых кислот. Опыты показали, что есть некоторое сходство между действием ультразвука и рентгеновых лучей. В этих же опытах было выявлено огромное преимущество ультразвука: его применение никогда не вызывает лейкопении, то есть снижения количества лейкоцитов в крови.
В.Институте медицинского инструментария и оборудования создан удобный портативный ультразвуковой вибратор УТП-1. В этом приборе создаются волны с частотой колебаний 800 килогерц. Такой звук проникает в ткани на глубину 4–5 сантиметров, постепенно затухая.
Лечебное действие ультразвука подобно действию массажа, вернее, это — микромассаж клеток и тканей. В результате улучшается крово- и лимфообращение, активизируются процессы обмена и выделения в кровь активных веществ организма — гормонов; микромассаж смягчает боль, стимулирует нервную и эндокринную системы. Эксперименты на животных показали: влияние ультразвука проявляется также и в том, что функциональное состояние соединительной ткани улучшается, усиливаются защитные реакции организма.