книги / Основы взаимодействия ультразвука с биологическими объектами

Применение ультразвука, как, впрочем, и других лечебных воздейст­ вий, требует дозировки. При слишком низких интенсивностях и корот­ ком времени воздействия ультразвук может оказаться неэффективным, а интенсивное и длительное воздействие может обусловить весьма суще­ ственные и не обязательно желательные изменения в организме.

3.5.1. Общая неспецифическая стимуляция методом ультразвуковой аутогемотерапии

При некоторых вяло протекающих инфекционных и других забо­ леваниях весьма полезной оказывается проводимая с лечебной целью аутогемотерапия - внутримышечное или внутривенное введение больному (человеку или животному) его собственной крови. Такая процедура приводит, как правило, к улучшению обменных процессов и повышению защитных сил организма.

Эффективность аутогемотерапии можно повысить, если перед вливанием кровь облучить ультрафиолетом, осторожно взболтать или подвергнуть действию ультразвука низких интенсивностей. При этом отмечается значительное улучшение общего состояния организма, по­ вышение его жизнеспособности и сопротивляемости неблагоприят­ ным изменениям внешней среды.

Механизм аутогемотерапии достаточно ясен. При введении собствен­ ной крови в мышцу она оказывается не там, где ей следует быть, а после возвращения в собственное кровеносное русло после какого-либо воздей­ ствия - не такой, какой она должна быть в норме. В обоих случаях орга­ низм реагирует на эти ситуации как на незнакомый сигнал о возможных дальнейших изменениях в окружающей среде или в самом организме и, не обладая стандартной программой реагирования на этот сигнал, активизи­ рует защитные системы, готовясь (на всякий случай) к худшему.

Основываясь на этом механизме, можно значительно упро­ стить операцию аутогемотерапии, воздействуя ультразвуком на кровь через покровные ткани непосредственно в кровеносном рус­ ле организма.

Сравнительный анализ изменений в крови кроликов и некото­ рых животных после обычной аутогемотерапии и после воздейст­ вия ультразвуком (0,88 МГц; 0,3...0,6 Вт/см2; 3...5 мин) - ультразву­ ковой аутогемотерапии - свидетельствует о качественно одинако­ вой реакции со стороны организма на оба воздействия. Как обычная, так и ультразвуковая аутогемотерапия приводят к измене­ ниям кислотной, осмотической и ультразвуковой гемолитической стойкости мембран эритроцитов (рис. 3.18), хорошо кореллирующей с общей резистентностью организма и зависящей от содержа­ ния холестерина в сыворотке крови (рис. 3.19). Испытывают изме­ нения также фагоцитоз и активность лизоцима, характеризующие естественную резистентность организма.

МО2, с

Рис. 3.18. Изменение механической резистентности эритроцитов кролика (по времени полного гемолиза):

1 - до воздействия; II -немедленно после воздействия; III - через 4 ч после воздействия; IV - через 24 ч после воздействия; 1 - после ультразвуковой аутогемотерапии; 2 -после обычной аутогемотерапии; 3 - контроль

Рис. 3.19. Изменение содержания холестерина в сыворотке крови кроликов после аутогемотерапии:

I - до воздействия; II - немедленно после воздействия; III - через 2 ч после воздействия; IV - через 4 ч после воздействия; V - через 24 ч после воздействия; 1 - ультразвуковая гемотерапия (0,3 Вт/см2); 2 - ультразвуковая гемотерапия (0,5 Вт/см2); 3 - обычная аутогемотерапия; 4 - контроль

После обычной аутогемотерапии, или после 3-5-минутного воз­ действия ультразвуком на кровь в краевой вене уха кроликов или в хвостовой вене более крупных животных в течение последующих су­ ток наблюдаются сходные положительные сдвиги в организме.

3.5.2. Действие ультразвука на биологически активные точки

Рефлексотерапия - лечебное воздействие иглами, теплотой, надав­ ливанием на определенные биологически активные точки, расположен­ ные на поверхности тела, - имеет многовековую историю. В последнее время к традиционным методам воздействия добавились и современные - воздействие электрическим током, лазерным лучом, ультразвуком.

Совокупность биологически активных точек функционально представляет собой как бы вынесенный на поверхность тела пульт ин­ дикаторов и датчиков, сигналы с которых корректируют работу внут­ ренних органов. Функции таких индикаторов, очевидно, выполняют многочисленные рецепторы и нервные окончания, расположенные на участках рыхлой соединительной ткани в области локализации био­ логически активных точек.

Как известно, реакция рецепторов на внешнее воздействие всегда сопровождается деполяризацией, снижением мембранного потенциа­ ла и изменением проницаемости их мембран, по крайней мере, по от­ ношению к ионам натрия и калия. Известно также, что изменение проницаемости клеточных мембран - универсальная реакция клеток на ультразвуковое воздействие. Таким образом, очевидно, что дейст­ вие ультразвука на биологически активные точки обусловлено депо­ ляризацией мембран рецепторов содержащихся в этих точках.

Электропроводность ткани зависит от соотношения объемов кле­ ток и межклеточного пространства, поэтому в биологически активных точках, представляющих собой участки рыхлой ткани, электропро­ водность всегда выше, чем на соседних участках поверхности кожи. Изменение проницаемости и деполяризация клеточных мембран при­ водят к изменению электропроводности тканей, поэтому найти точку на поверхности тела и оценить направленность и степень изменений в ней в результате какого-либо воздействия проще всего по электриче­ ским характеристикам.

В свете современных представлений ультразвуковую акупунктуру, впрочем, как и другие методы воздействия на биологически активные точки, можно отнести к нейростимулирующим методам терапии. При раздражении периферических нервных структур в них генерируются электрические импульсы, которые через рефлекторную цепь вызывают выделение специфических медиаторов в органах - мишенях. Нейроме­ диаторы, в свою очередь, воздействуют на рецепторы клеток, и в этих органах изменяется интенсивность обменных процессов.

Ультразвуковую акупунктуру в медицинской практике впервые применили в 1974 г. и отметили ее высокую эффективность. Десятью годами позже ультразвуковая акупунктура была успешно использова­ на в ветеринарной практике.

Воздействие ультразвуком на биологически активные точки, рас­ положенные на вымени коров у основания сосков, вызывает при эндо­ метритах резкие сокращения матки, в результате чего из нее удаляются выделения. Действие ультразвуком с интенсивностью 0,08...0,1 Вт/см2 на определенные точки человека и животных приводит к возрастанию в их крови содержания адреналина и норадреналина.

Существенно увеличивается половая потенция баранов и хряков после воздействия непрерывным ультразвуком с интенсивностью 0,05...0,2 Вт/см2 в течение 1...3 мин на точку 38 БАЙ ХУЭ, расположен­ ную на средней линии спины, на уровне верхнего края крестцовой кос­ ти, и на три пары точек 38 МУ-Я, расположенных в 50 мм от средней линии, на уровне второго, третьего и четвертого крестцовых позвонков.

Воздействие ультразвуком на общеукрепляющие точки обусловли­ вает изменение не только в воспроизводительной функции животных. Сразу же после воздействия на эти точки у человека и животных на 7...10 % увеличивается частота пульса и на 10...12 % - частота дыхания, но через несколько часов оба показателя возвращаются к норме.

3.5.3. Стимуляция и подавление воспроизводительных функций животных

Существует много способов повышения воспроизводительных функций животных. Это и ультрафиолетовое облучение самцов с пло­ хой спермопродукцией, и добавление окситоцина к сперме для повы­ шения оплодотворяемости и многоплодия, и лазерное облучение се­ менников производителей, увеличивающее спермопродукцию и каче­ ство спермы. Весьма успешно в качестве регулятора репродуктивных функций используется и ультразвук.

Ультразвуковое воздействие на семенники животных (по одному ра­ зу в день в течение четырех дней) также положительно влияет на их ре­ продуктивные функции, если интенсивность ультразвука с частотой 0,88 МГц не превышает 0,1 Вт/см2, а время воздействия - 2...3 мин. Такое воздействие на хряков-производителей на 3...5 % повышает объем эяку­ лятов и подвижность сперматозоидов, а использование этой спермы для искусственного осеменения приводит к заметному (около 15 %) повы­ шению оплодотворяемости свиней и на 20...25 % снижает внутриутроб­ ную смертность поросят. По живой массе новорожденные поросята, ро­ дившиеся у свиноматок, оплодотворенных спермой стимулированных ультразвуком производителей, не превосходят своих «обычных» со­ братьев, но быстрее набирают в весе и меньше болеют.

Действие ультразвука относительно низких интенсивностей (ме­ нее 1 Вт/см2 в течение 5...10 мин) стимулирует и функциональную ак­ тивность яичников свиней. В них через месяц после стимуляции при­ мерно в 1,5 раза возрастает число зрелых фолликулов, а яичники вдвое увеличиваются в весе и размерах. При осеменении в эти сроки на 25 % увеличивается плодовитость самок, возрастает их молочная продуктивность. Поросята быстро набирают в весе и при отъеме их масса в среднем на 10 % превышает массу поросят, родившихся у нестимулированных свиноматок и выкормленных ими.

Повышение интенсивности ультразвукового воздействия на семен­ ники до 1...3 Вт/см2 приводит к обратимому снижению объема эякулята и качества спермы, увеличению количества патологических форм спер­ матозоидов. Более высокие интенсивности ультразвука (4...5 Вт/см2) вы­ зывают после трехкратного воздействия по 10 мин каждое (один раз в день) атрофию генеративной ткани и полное обеспложивание хряков. Воздействие ультразвуком в том же режиме, или даже при вдвое укоро­ ченной экспозиции, на половые железы месячных свинок через кожу в брюшной области, между последней и предпоследней парами сосков, приводит к полной атрофии яичников и стойкому бесплодию. Операция ультразвукового обеспложивания животных безболезненна, не сопряже­ на с нарушением целостности кожных покровов, не требует стерильных условий и высокой квалификации оператора.

Действие ультразвука с интенсивностью 4 Вт/см2 и более на об­ ласть матки беременных животных вызывает во всех случаях ее рез­ кое сокращение, что приводит к прерыванию беременности. При этом общее состояние самки ухудшается незначительно и в дальнейшем не отражается на ее репродуктивной функции.

Используя ультразвук, можно существенно повысить эффектив­ ность криоконсервирования сперматозоидов, быстро и объективно оценивать качество спермы (см. § 2.4), а также воздействовать на сперму с целью направленного изменения ее свойств.

Возможно, существенную роль в активизации спермы играет спо­ собность ультразвука снижать антигенную специфичность клеток, в том числе сперматозоидов, которые для организма самки являются инородными и должны были бы уничтожаться и удаляться, если бы не многочисленные механизмы, способствующие продолжению рода.

Ультразвуковое воздействие (0,88 МГц; 0,05 Вт/см2) непосредст­ венно на сперму уже само по себе положительно влияет на ее свойства, что выражается в повышении выживаемости сперматозоидов в среднем на 10 % и увеличении их подвижности на 10...25 %. Выживаемость и подвижность сперматозоидов возрастают под влиянием парааминобензойной кислоты (ПАБК) и ряда других физических и химических воз­ действий. Это свидетельствует о возможной неспецифической реакции на внешние воздействия неизвестной природы. Такие воздействия вос­

принимаются в виде сигнала о возможных изменениях во внешней сре­ де, которые могут оказаться и неблагоприятными. В этих условиях по­ вышение выживаемости и подвижности сперматозоидов дает дополни­ тельный шанс для продолжения рода в неблагоприятных условиях.

О неспецифичности воздействия и его информационной природе свидетельствуют отсутствие зависимости величины эффекта от ин­ тенсивности воздействия (в пределах, определяемых, с одной сторо­ ны, чувствительностью системы, а с другой - возможностями ее репа­ ративных и регуляторных механизмов), а также качественное сходст­ во в реакции биологической системы на воздействия различной природы и одинаковый эффект при комбинированном воздействии разными факторами или каждым из них в отдельности (табл. 3.3).

Такое качественное единообразие ответа системы на неспецифиче­ ские воздействия уменьшает необходимость изучения первичных меха­ низмов взаимодействия того или иного фактора с биологическими объек­ тами, и в частности со сперматозоидами, однако знание этих механизмов позволяет априорно оценить пределы, оставаясь в которых воздействие стимулирующего фактора не приведет к отрицательным последствиям.

Таблица3.3

Влияние ультразвука (0,88 МП*; 0,05 Вт/см3; 30 с) и ПАБК (10 * М/л)

на абсолютную выживаемость и подвижность сперматозоидов (в относительных единицах)

При воздействии на сперму ультразвук низкой интенсивности снижает несовместимость сперматозоида и женского организма и, бо­ лее того, перемешивая среду и увеличивая проницаемость мембран, облегчает доставку кислорода и питательных веществ к сперматозои­ дам, что повышает их активность. Благодаря способности ультразвука ускорять химические реакции активизируется также капацитация - сложный процесс подготовки сперматозоида к слиянию с яйцеклет­ кой. Активация, обусловленная действием ультразвука низких интен­ сивностей на сперму (например, хряков), приводит в итоге к увеличе­ нию ее оплодотворяющей способности (табл. 3.4).

Эффект стимуляции и в этом случае неспецифичен. Качественно сходные изменения получены после добавления в сперму 0,1 мг/мл ПАБК, после комбинированного воздействия ультразвуком и ПАБК, а также после воздействия лазерным лучом или после добавления в сперму охитоцина.

Таблица 3.4

Результаты искусственного осеменения свиноматок спермой после обработки ультразвуком и добавления ПАБК

3.5.4. Лечение заболеваний опорно-двигательного аппарата

Ультразвуковая физиотерапия весьма эффективна при лечении острых синовитов, тендовагинитов, периоститов, фиброзных и осцифицирущих периоститов.

Воздействие одним лишь ультразвуком на очаг заболевания (ме­ стное воздействие) при острых и хронических асептических процес­ сах, касающихся суставов, сухожилий и их влагалищ, связок и других звеньев конечностей, способствует быстрому восстановлению их опорно-двигательной функции. Обычно выздоровление наступает по­ сле 6-7 процедур, по одной ежедневно или через день. При хрониче­ ских пролиферативных процессах курс лечения увеличивается до 11-12 процедур. Если клинические проявления заболевания не про­ ходят, то курс лечения необходимо повторить через 1-2 месяца.

Благодаря ярко выраженному обезболивающему действию, ульт­ развук особенно эффективен при лечении неосложненных вывихов голеностопного и плечевого суставов. При острых синовитах, тендовагинитах и других заболеваниях весьма эффективен фонофорез гидро­ кортизона или дексазона, обеспечивающий одновременное действие ультразвука и лекарственного препарата.

Фонофорезу - введению лекарственного препарата сквозь непо­ врежденную кожу благодаря силам, действующим в акустическом по­ ле, - способствует также обусловленное ультразвуком повышение проницаемости клеточных мембран, причем толщина слоя ткани, со­ стоящей из клеток, мембраны которых обладают повышенной прони­ цаемостью, пропорциональна интенсивности ультразвука. Повышен­

ная проницаемость сохраняется в течение полутора-двух часов, одна­ ко наибольшая проницаемость наблюдается в течение первых 25 мин после воздействия ультразвуком. Поэтому в ряде случаев после ульт­ развукового воздействия весьма эффективен электрофорез. При та­ кой последовательности электрофоретически введенные лекарствен­ ные вещества локализуются не только в межклеточном пространстве, но и попадают во внутренний объем клетки.

В физиотерапии опорно-двигательного аппарата лучше всего дей­ ствует, не вызывая отрицательных последствий и быстро приводя к выздоровлению, ультразвук с интенсивностями в интервале 0,1...0,4 Вт/см2. Под влиянием низких интенсивностей ультразвука, стимулирующих обменные процессы, снижается экссудация, разрых­ ляется фиброзная ткань, начинается декальцификация сформировав­ шихся и формирующихся остеофитов и экзостозов. Увеличение ин­ тенсивности и длительности воздействия приводит к разрежению кортикального слоя кости в зоне воздействия ультразвука и другим нежелательным последствиям.

3.5.5. Ультразвуковая терапия поражений покровных тканей

Способность ультразвука ускорять процессы синтеза соедини­ тельнотканных и других белков, а также РНК в клетках, его стимули­ рующее, противовоспалительное и болеутоляющее действие делают ультразвуковую терапию ран весьма эффективной.

Под действием ультразвука (0,88 МГц; 0,5 Вт/см2; 3...5 мин) ра­ ны размером 3...5 см в поперечнике заживают на 18-20-й день после их появления. Таким образом, раны заживают на 8-10 дней быстрее, чем раны, кожу вокруг которых ежедневно обеззараживают 70%-ным раствором винного спирта, а поверхность раны смазывают 50%-ным водным раствором глицерина, и на 4 -5 дней быстрее, чем раны, края и поверхность которых ежедневно покрывают синтомициновой эмульсией.

Следует отметить, что результат комбинированного действия ультразвука с синтомициновой эмульсией не превышает результатов, обеспечиваемых применением одного лишь ультразвука. Очевидно, ультразвуковое воздействие настолько полно реализует резервы орга­ низма, что влияние других факторов на этом фоне оказывается незна­ чительным.

Заживление послеоперационных ран можно ускорить, используя ультразвук для предварительной подготовки тканей. Дооперационное воздействие ультразвуком, стимулируя защитные процессы, ускоряет послеоперационную регенерацию тканей, заживление операционного разреза, существенно упрочняет формирующийся рубец. Так, на чет-

вертые сутки после операции, проведенной на коже, предварительно обработанной ультразвуком, прочность рубца оказывается более чем на 30 % выше, чем прочность рубца на неподготовленном участке.

Весьма целесообразно использовать ультразвук и для лечения воспалительных инфильтратов, нередко возникающих в качестве по­ слеоперационных осложнений. После воздействия ультразвуком с ин­ тенсивностью 0,2...0,6 Вт/см2 воспалительные явления обычно стиха­ ют после 4 -5 процедур, а после 6-9 процедур инфильтраты чаще всего рассасываются. При ежедневном лечении ультразвуком площадь ра­ ны уменьшается в 1,5-2 раза быстрее, патогенные микробы исчезают из раны на 2-3 дня раньше обычного, а рубец формируется без келоидизации. В целом ультразвуковое облучение ускоряет заживление ос­ ложненных операционных ран на 2 -3 дня.

Фурункулез - острое гнойно-некротическое воспаление волося­ ных мешочков, связанных с ними сальных желез и окружающей их клетчатки, вызывается стафилококком и возникает в местах патоген­ ного заражения, а также механического или химического раздражения кожи. У животных фурункулы нередко образуются на вымени. Еже­ дневные десятиминутные воздействия ультразвуком (0,88 МГц; 0.2...1 Вт/см2) непосредственно на поверхность фурункулов через вод­ но-глицериновую контактную среду значительно ускоряют лечение. Уже после первой процедуры уменьшается болезненность пораженно­ го участка, после второй или третьей снижается воспаление, боли пол­ ностью исчезают, фурункулы уменьшаются в размерах. На пя- тый-шестой день большинство фурункулов вскрывается, из них выде­ ляются гнойный экссудат и гнойные пробки. Образовавшиеся на месте фурункулов язвочки в последующие 5 -6 дней полностью зажи­ вают. В некоторых случаях фурункулы не вскрываются: после 10-12 процедур инфильтраты рассасываются и на их месте под кожей обна­ руживаются лишь безболезненные уплотнения.

Следует отметить, что использование в качестве контактной сре­ ды вместо водно-глицериновой смеси тетрациклиновой мази лишь не­ значительно ускоряет процесс лечения. Очевидно, в обоих случаях эффект обусловлен терапевтическим действием ультразвука, а не дей­ ствием веществ, содержащихся в среде, обеспечивающей акустиче­ ский контакт между фурункулом и излучателем ультразвуковых волн.

При абсцессах ультразвуковая терапия также дает хорошие ре­ зультаты. Используются те же методы воздействия и параметры ульт­ развука, что и при лечении фурункулеза. Применение ультразвука особенно эффективно при лечении абсцессов, расположенных неглу­ боко под поверхностью тела.

Молочные железы являются придатками кожи, специализирован­ ными для секреции молока. Попытки повышения их продуктивности с помощью стимуляции самыми разными факторами, в том числе и ультразвуком, весьма многочисленны. Особенно эффективен ультра­ звук (0,88 МГц; 0,2...0,6 Вт/см2; 5...10 мин) при раздаивании. Стимули­ руя обменные процессы, нормализуя сократительную активность гладкой и поперечно-полосатой мускулатуры, ультразвуковое воздей­ ствие улучшает кровоснабжение молочной железы, повышает молокоотдачу, уменьшает явления застоя и задержки молока, сокращает сроки раздаивания.

Стимуляция секреции молока ультразвуком у активно лактирующих животных не всегда приводит к повышению их продуктивности. Эффект зависит от исходной продуктивности и резерва возможностей организма лактирущего животного, а также от интенсивности ультра­ звука, локализации и длительности его воздействия. Эффективной реализации резерва продуктивности способствует воздействие ульт­ развуком низких интенсивностей (0,2...0,4 Вт/см2) на рефлексогенные зоны вымени животных, расположенные у основания соска. Общее воздействие на вымя также приводит к увеличению секреции на 10...12 % при условии, что интенсивность ультразвука не превышает 1 Вт/см2. При более высоких интенсивностях ультразвукового воз­ действия на вымя продуктивность животных или подавляется, или, если компенсаторным механизмам удается справиться с повреждаю­ щим воздействием интенсивного ультразвука, продуктивность остает­ ся на исходном уровне.

Воздействие ультразвуком на молочные железы приводит к изме­ нению качества молока. В молоке увеличивается содержание лизоцима, ценного фермента, придающего молоку бактерицидные свойства. Чем выше концентрация лизоцима в молоке, тем ниже вероятность инфи­ цирования молочной железы, возникновения маститов и других забо­ леваний. В связи с этим ультразвук низких интенсивностей может рас­ сматриваться как хорошее средство предупреждения маститов.

Увеличение интенсивности ультразвука до 1,5...2,0 Вт/см2, как пра­ вило, несколько снижает молочную продуктивность, хотя содержание лизоцима в молоке возрастает, и тем значительнее, чем ниже было его содержание в молоке животных до ультразвукового воздействия.

Воспаления молочной железы, вызванные гноеродными микроор­ ганизмами (маститы), часто встречаются у людей и животных. При маститах весьма эффективны ультразвуковые методы, существенно ускоряющие и удешевляющие процесс лечения.

Первое же воздействие ультразвуком (0,88 МГц; 0,4...0,6 Вт/см2; 10 мин) на пораженную долю вымени снимает болевую реакцию. При