Действие ультразвука в медицинской практике

Ультразвук оказывает на биологические ткани механическое, тепловое и физико-химическое воздействие. Механическое действие УЗ связано с колебательным смещением частиц среды в ультразвуковой волне и обусловлено переменным акустическим давлением. В силу создаваемого в тканях высокого градиента звукового давления - (10- 150)* 1 0 Па*см - и значительных сдвиговых напряжений в биологических тканях 1,5 * 1 08 м)упругие колебания ультразвукового диапазона могут изменять функциональные свойства различных органов и тканей, проводимость ионных каналов мембран различных клеток, вызывать микропотоки метаболитов в цитозоле и органоидах (микромассаж тканей). УЗ формирует микропотоки метаболитов в цитозоле, вызывает перемещение внутриклеточных структур и активирует клеточные органеллы и клетки, повышает их чувствительность к разнородным стимулам.

Биологическое действие ультразвука

Возникающие при поглощении механической энергии деформации микроструктур тканей также распространяются с затуханием. В связи с этим интенсивность механических колебаний при их распространении в глубь тела человека экспоненциально уменьшается. Поглощение механических колебаний низкой частоты в большей степени определяется неоднородностью механических свойств мышц и внутренних органов человека, чем различием линейных размеров составляющих ихмикроструктур. Анизотропия и нелинейность механических свойств мягких тканей определяют неодинаковую степень поглощения энергии механических колебаний. Напротив, на высоких частотах линейные размеры неоднородностей биологических тканей, составляющие, порядок 106 м, сопоставимы с длинами волн распространяющихся колебаний, что приводит к существенному затуханию распространяющихся упругих колебаний вследствие их значительного поглощения, рассеяния и отражения частицами среды. Среди них вклад поглощения наибольший.

В связи с тем, что длины волн ультразвуковых колебаний значительно меньше линейных размеров тела человека, проявляется преимущественно локальное компрессионное действие механических факторов в виде сжатия и растяжения тканей, и в теле распространяются продольные, упругие волны.

Тепловой эффект связан с поглощением и превращением в тканях, преимущественно на границах раздела, акустической энергии в тепло. Следствием теплового действия УЗ можно считать изменение скорости диффузии, активацию метаболизма. Теплообразование, происходящее вследствие поглощения УЗ, избирательно концентрируется на внутренних мембранах клетки и зависит от условий озвучивания и более выражено при использовании непрерывного режима и стабильной методики. Ускоренное ультразвуком перемещение биологических молекул в клетках увеличивает вероятность их участия в метаболических процессах. Этому же способствует разрыв слабых межмолекулярных связей, уменьшение вязкости цитозоля (тиксотропия), переход ионов и биологически активных соединений в свободное состояние. В дальнейшем за счет повышения связывания биологически активных веществ активируются механизмы неспецифической иммунологической резистентности организма.

Физико-химическое действие УЗ является чаще вторичным и заключается в изменении направленности и интенсивности клеточного дыхания. Ультразвуковые колебания малой интенсивности стимулируют окислительные процессы в организме, усиливают тканевое дыхание и биологическое окисление. Важной стороной действия УЗ является освобождение под его влиянием биологически активных веществ: увеличение в крови и тканях гистамина, простогландинов и кининов. Активация мембранных энзимов и деполимеризация иалуроновой кислоты способствуют уменьшению и рассасыванию отеков, снижению компрессии ноцицепторных нервных проводников в зоне воздействия. Биологические эффекты УЗ взаимосвязаны, и их проявления часто трудно разграничить. Физико-химические и биохимическое действие УЗ тесно связано с механическими и тепловыми эффектами.

Лечебное действие ультразвука

Происходящее под действием ультразвуковых колебаний повышение энзиматической активности лизосомальных ферментов клеток приводит к очищению воспалительного очага от клеточного детрита и патогенной микрофлоры в экссудативную стадию воспаления. Усиление метаболизма клеток стимулирует репаративную регенерацию тканей, ускоряет заживление ран и трофических язв. Образующиеся под действием ультразвуковых колебаний рубцы соединительной ткани обладают повышенной (в 2 и более раз) прочностью и эластичностью по сравнению с неозвученной тканью. Перечисленные феномены определяют нетепловое (специфическое) действие ультразвука.

При увеличении интенсивности ультразвука на границе неоднородных биологических сред образуются затухающие сдвиговые (поперечные)волны и выделяется значительное количество тепла (тепловое действие ультразвука). Из-за значительного поглощения энергии ультразвуковых колебаний в тканях, содержащих молекулы с большими линейными размерами, происходит повышение их температуры на 10С. Наибольшее количество тепла выделяется не в толще однородных тканей, а на границах раздела тканей с различным акустическим импедансом - богатых коллагеном поверхностных слоях кожи, фасциях, связках, рубцах, синовиальных оболочках, суставных менисках и надкостнице, что повышает ее эластичность и расширяет диапазон физиологических напряжений.

Нагревание тканей модулирует функциональные свойства термомеханочувствительных структур сухожилий и связок, что способствует ослаблению фантомных болей и уменьшению мышечного спазма. Местное расширение сосудов микроциркуляторного русла приводит к увеличению объемного кровотока в слабоваскуляризированных тканях (в 2-3 раза), повышению степени их оксигенации и интенсивности метаболизма, что существенно ускоряет репаративную регенерацию в очаге воспаления.

Ультразвук в медицинской практике повышает физиологическую лабильность нервных центров, периферических нервных проводников, устраняет спазм гладкомышечных элементов кожи и сосудов и парабиоз возбудимых тканей. Вследствие повышения проводимости афферентных нервных проводников активируется ретикулярная формация, гипоталамо-гипофизарная и лимбическая системы и высшие центры парасимпатической нервной системы. Кроме того, ультразвук повышает физиологическую лабильность нервных центров, устраняет спазм гладкомышечных элементов кожи и сосудов и парабиоз возбудимых тканей. Происходящее при этом восстановление метаболизма катехоламинов усиливает адаптационно-трофические процессы в организме больного.

Ультразвуковые колебания повреждают клеточные оболочки микроорганизмов, чувствительность к которому максимальна у лептоспир. Таким образом, ультразвуковые волны обладают противовоспалительным, аналъгетическим, спазмолитическим, метаболическим, дефиброзирующим и бактериостатическим лечебными эффектами.

Сочетанное воздействие на организм ультразвуковых колебаний и вводимых с их помощью лекарственных веществ называется лекарственным ультрафонофорезом. За счет значительного радиационного давления ультразвука (достигающего ЮПа) молекулы лекарственных веществ приобретают большую подвижность и перемещаются в глубь тканей. Вызываемое ультразвуком повышение проницаемости кожи и гистогематических барьеров создает благоприятные условия для проникновения молекул лекарственных веществ.

Лечебное действие ультразвука

Форетируемые в ультразвуковом поле лекарственные средства отлично проникают в эпидермис и верхние слои дермы через выходные протоки сальных желез. Благодаря выраженной липофильности они достаточно просто диффундируют в интерстиций и следуют через поры эндотелия кровеносных и лимфатических сосудов. Форетическая активность частиц лекарственных средств зависит как от их внутренней структуры, так и от уровня дисперсности, определяемой линейными размерами молекул и физической природой растворителя. Она максимальна при применение 5-10% растворов и с усложнением структуры лекарственного средства значительно падает. Количество вводимых в организм человека лекарственных средств составляет 1-3% от нанесенных на поверхность кожи. Оно зависит от частоты УЗ колебаний, чем она ниже, тем выше количество вводимого лекарства. Оно возрастает с ростом интенсивности УЗ колебаний и продолжительности воздействия.

Ультразвуковые волны потенцируют лечебные эффекты сосудорасширяющих, противовоспалительных и рассасывающих средств, антибиотиков, местных анестетиков, иммунодепрессантов и антикоагулянтов, а также ослабляют их побочное воздействие на организм человека.

Итак, лекарственный ультрафонофорез сочетает в себе потенцированные эффекты лечебной ультразвуковой терапии и специфические эффекты вводимого УЗ лекарственного средства

Действие ультразвука на физический биологический объект

Анатомические особенности тела биологического объекта (БО), сложившиеся на базе наследственных и приобретенных факторов, во многом определяют реакцию живого тела на различные, в.т.ч и болезнетворные, воздействия. В то же время строение и функциональные особенности организма у различных БО могут быть похожими, что позволяет говорить о определенных видах конституции человека.

Пользуясь базовой оценкой физического развития, базирующейся на соотношении роста, окружности грудной клетки, массы тела, различают три основных вида конституции человека:

астенический (большое соотношение между ростом и массой тела человека
) нормостенический (среднее соотношение рост/масса)
гиперстенический (низкое соотношение рост/масса).

При оценке конституции БО наряду с телосложением учитывают свойства высшей нервной деятельности, состояние всех составляющих нервной системы, внутренней секреции и т. д. Так, со времен известного древнего грека Гиппократа имеется характеристика людей по темпераменту:

холерик
сангвиник
флегматик
меланхолик

Достижения генетики, иммунологии и биологии снизил интерес к особенностям конституции человека, однако практическая потребность в свойствах различных ее типов сохраняется и по сей день. Для практических целей в физиотерапии УЗ аппаратом следует знать расположение различных областей тела человека

Кроме схемы расположения различных областей тела человека, в физиотерапии УЗ аппаратом используется также схема распределения нервных волокон задних корешков спинного мозга в кожном покрове тела человека. Чтобы ознакомиться с этой схемой, необходимо обратиться к строению позвоночника и спинного мозга. В состоянии нашего здоровья позвоночник играет далеко не последнюю роль, и его «самочувствие» неизбежно сказывается практически на всех других органах тела.

Расположение отделов позвоночного столба

Верхним концом позвоночный столб соединяется с черепом, и первый позвонок шейного отдела называется атлантом. Нумерация позвонков в каждом отделе ведется сверху вниз, и последний, седьмой позвонок шейного отдела, носит название выступающего, так как он имеет самый длинный остистый отросток. Ниже расположен грудной отдел позвоночника, в нем 12 позвонков. Грудные позвонки вместе с ребрами образуют грудную клетку. Еще ниже располагается поясничный отдел с 5 позвонками, который гораздо чаще, чем бы этого хотелось, дает о себе знать при больших нагрузках, переохлаждениях, нарушениях обмена веществ и т. д. А еще ниже расположен крестцовый отдел с 5 позвонками, практически сросшимися в одну кость - крестец. И далее книзу находится копчиковый отдел: это чаще всего одна кость из 3-4 позвонков. Полуподвижное соединение позвонков между собой дает возможность позвоночнику упруго изгибаться при движениях туловища. Наибольшая подвижность имеется в шейном и поясничном отделах, а наименьшая в грудном. Внутри позвоночника проходит спинной мозг, позвоночник служит ему защитой. Спинной мозг имеет два заметных утолщения: шейное и пояснично-крестцовое. Образование утолщений объясняется тем, что от шейного и пояснично-крестцового отделов спинного мозга осуществляется иннервация, соответственно, верхних и нижних конечностей. В этих отделах в спинном мозге имеется большее, по сравнению с другими отделами, количество нервных клеток и волокон. На всем протяжении спинного мозга с каждой его стороны отходит 31 пара нервных корешков: передний корешок двигательный, а задний чувствительный. Передний и задний корешки у внутреннего края межпозвонкового отверстия сближаются, сливаются друг с другом и образуют спинно-мозговой нерв. Таким образом, из корешков образуется 31 пара спинно-мозговых нервов, выходящих из межпозвонковых отверстий.

Отрезок спинного мозга, соответствующий двум парам корешков (два передних и два задних) называют сегментом. Соответственно 31 паре спинно-мозговых нервов у спинного мозга выделяют 31 сегмент. Различают 8 шейных, 12 грудных, 5 поясничных, 5 крестцовых и 1 копчиковый сегменты спинного мозга. Каждому сегменту соответствует определенный участок тела, получающий иннервацию от данного сегмента. Обозначаются сегменты начальными буквами, указывающими на область спинного мозга, и цифрами, соответствующими порядковому номеру сегмента (нумерация сверху вниз): шейные сегменты С1- С8; грудные Т1-Т12; поясничные L1-L5, крестцовые S1-S5 и копчиковый. Шейных сегментов восемь при семи шейных позвонках, так как первый сегмент начинается выше первого позвонка (атланта), а восьмой ниже седьмого шейного позвонка (выступающего).

Большую роль для нормальной работы внутренних органов и систем человека играет вегетативная (автономная) нервная система человека. Это часть нервной системы, осуществляющая иннервацию сердца, кровеносных и лимфатических сосудов, внутренностей и других органов, имеющих в своем составе гладкомышечные клетки и железистый эпителий.

Вегетативная (автономная) нервная система координирует работу всех внутренних органов, регулирует обменные, трофические процессы (т. е. регулирующие рост и развитие всех органов и тканей тела человека), поддерживает постоянство внутренней среды организма. Функция вегетативной (автономной) нервной системы, строго говоря, не автономна, хотя и неподконтрольна нашему сознанию: она находится в подчинении спинного мозга, мозжечка и т. д.