Osnovy_vzaimodejstviya_ultrazvuka_s_biologicheskimi_obektami

Реакция на локальное ультразвуковое воздействие, наблюдаемая на уровне целостного организма, представляет собой результат ряда последовательных процессов.

3.4.1. Пороги биологического действия ультразвука

Возмущения, не превышающие определенной (пороговой) величины, не приводят к видимым последствиям в биологической системе, потому что компенсируются специальными механизмами.

Очевидно, что во всех случаях первичная реакция биологических систем на ультразвуковое воздействие происходит на клеточном уровне.

Пороговой для биологического действия ультразвука является такая его интенсивность (при прочих неизменных его параметрах - частоте, времени и режиме воздействия) ниже которой не меняется проницаемость клеточных мембран, а следовательно, не начинаются регуляторные и репаративные процессы в клетках, направленные на ликвидацию последствий, вызванных указанными изменениями.

Судя по данным ряда исследователей, пороговая интенсивность не превышает 10 мВт/см2. Очевидно, что данный порог и является истинным порогом биологического действия ультразвука. Оценить его проще всего по электропроводности тканей, изменения которых можно наблюдать при интенсивностях ультразвука более 10 мВт/см2.

В некотором интервале более высоких интенсивностей ультразвука при относительно кратковременном воздействии (до 103 с) возникающие в клеточных мембранах нарушения, как правило, не приводят к видимым изменениям в структуре и функционировании клеток и тканей. Это обусловлено развитием регуляционных про- цессов, компенсирующих последствия повышения проницаемости мембран непосредственно во время ультразвукового облучения. Верхняя граница интервала интенсивностей, превышение которой приводит к появлению не репарируемых при ультразвуковом воздействии изменений, может быть принята в качестве еще одного, регистрируемого, порога биологического действия ультразвука, Этот порог соответствует такому значению интенсивности ультразвука, выше которого могут наблюдаться морфологические, электрофизические, физиологические и другие изменения в биосисте- мах, облучаемых ультразвуком в течение 1...103 с, как в процессе воздействия, так и после него.

Значение регистрируемого порога зависит от природы регистрируемого параметра, состояния биологической системы, длительности воздействия, Так, небольшая деполяризация мембран клеток ацетабулярии наблюдается при интенсивности ультразвука 0,1 Вт/см2, а потенциал действия возникает при интенсивностях, превышающих 0,2 Вт/см2; устойчивость к ультразвуку клеток дрожжей, находящихся в среде без глюкозы, значительно выше, чем в среде, содержащей глюкозу.

Регистрируемому порогу чаще всего соответствует интенсивность ультразвука 0,1 Вт/см2 (0,8,..2 МГц; 1...103 с). При интенсивностях, превышающих 0,1 Вт/см2, наряду с увеличением влияния микропотоков заметную роль начинают играть и другие факторы - в основном, выделяющаяся при ультразвуковом воздействии теплота и вибропотенциалы, В определенном интервале интенсивностей наблюдаемые биологические эффекты, возникающие при ультразвуковом воздействии, обратимы. Верхняя граница этого интервала может быть принята в качестве третьего порога. Ее превышение приводит к

выраженным деструктив ным изменениям, па фоне которых репаративные процессы в клетках невозможно обнаружить.

Все три порога достаточно условны и зависят от особенностей стро ения клеточных мембран, специализации клеток и состояния их репаративных систем, а также от свойств окружающей клетку среды. Какой из этих порогов принять за порог биологического действия ультразвука зависит от того, что принимается за результат действия ультразвука на биологическую систем у

Если результатом считат ь стимулирование репаративных реакций клетки в результате незначительного наруше ния микроокружения клетки и увеличения проницаемости ее мембран, то порог биолог ического действия ультразвука весьма мал (10 мВт/см2).

Если результатом действ ия ультразвука считать биологически значимые эффекты - регистрируемые изменения, наблюдаемые во время и после ультразвуковой обработки, то, как следует из анализа данных научной литературы, порог примерн о равен 0,1 Вт/см2, хотя величина ею и зависит от длительности облучения. Если время воздействия меньше 200 с, то для получения регистрируемою биологического эффекта т ребуются более высокие интенсивности ультразвука.

Полагают, что биологический эффект возникает в тканях млекопитающих лишь в том случае, если произведение усредненной по времени и максимальной в пространстве интенсивности ультразвука I на время воздействия t превышает 50 Дж/см2. Это суждение основано на предположен ии, что биологические ультразвуковые эф фекты имеют, в основном, тепловую прир оду так как повышение температуры ткан и под действием ультразвука с частотой 1 МГц составит 2..40C если выполняется условие It=50 Дж/см2 и коэффициент поглощения ультразвука порядка 0,1 Нп/см.

Однако эта простая схема противоречит некоторым оценкам.

Так, при различных инте нсивностях и времени воздействия, по при равных I • t ткани, различающиеся по коэффициенту поглощения ультразвука, нагреваются до разных значений температуры. Различные условия теплоотвода из облучаемой области ввиду разницы в количестве кр овеносных сосудов, скорости кровотока и теплопроводности тканей также определяют различную степень нагревания тканей при равной подводимой энергии. Поэтому один лишь тепловой механизм не объясняет существования пороговых условий;

Коэффициент поглощения ультразвука прямо пропорционален час тоте ультразвука и существенно изменяется в диапазоне 0,5... 1,5 МГц, Между тем, пороговые условия не учитывают зависимость эффекта от частоты, что также противоречит предположению о тепловой природе ультразвукового повреждения. Кроме того, биологические эффекты, обусловленные ультразвуком, как правило, не удается имитировать тепловым воздействием. Противоречат этому и многие экспериментальные данные. Так, облучение мышей ультразвуком (0,9 3 МГц; 5 мин) на 15-й день беременности увеличивает предродовую смертность эмбрионов. Послеродовая смертность не наблюдается, хотя четко прослеживаются нервно-мышечные нарушения, Интенсивность ультразвука, при которой возникают эти нарушения, не превышает 10 мВт/см2.

Импульсный ультразвук с интенсивностью в импульсе 10 Вт/см2 (2 МГц) вызывает гибель личинок дрозофилы, хотя средняя по времени и пространству интенсивность не превышает 3 мВт/см2, что, на первый взгляд, гарантирует отсутствие биологических эффектов. Разнообразие эффектов, обнаруживаемых при низких интенсивностях ультра- звука, позволяет предположить, что интенсивности 10 мВт/см2 еще далеки от пороговых. Однако кратковременное применение ультразвука низкой интенсивности для диагностических целей, видимо, не вызывает заметных последствий. К этому выводу пришла специальная комиссия, изучившая экспериментальные данные, полученные на животных, и результаты наблюдений за детьми и их матерями, которые во время беременности исследовались с помощью ультразвуковых диагностических методов.

Кажущееся противоречие - отсутствие биологического эффекта при кратковременном воздействии и явные нарушения при длительном действии ультразвука тех же и даже меньших интенсивностей - становится понятным, если предположить, что в одном случае репарационные механизмы успевают справиться со скрытыми нарушениями, а в другом воздействие приводит к перенапряжению репарационных систем.

Если результатом биологического действия ультразвука считать деструктивные изменения, то порог ультразвукового действия совпадает с порогом кавитации в среде или с такими параметрами ультразвука, которые обеспечивают повышение температуры до 43..,45°С. Этот порог широко варьируется в зависимости от факторов, влияющих на порог кавитации в среде (величины облучаемого ультразвуком объема, вязкости среды, ее гетерогенности и т. д.), или условий теплообмена в облучаемой ультразвуком области.

3.4.2. Ультразвуковые эффекты в мягких тканях

Ультразвук, используемый в терапевтических целях (0,7..,3 МГц; 0,1 ...2 Вт/см2; 3...10 мин), вызывает в тканях организма разнообразные изменения.

При относительно низких интенсивностях, лишь ненамного превышающих пороги чувствительности к ультразвуку для конкретных тканей, наблюдается ускорение обменных процессов и стимулирование защитных механизмов. Так, ультразвук (1 MГц; 0,1 Вт/см2; 5 мин), используемый 3 раза в неделю, ускоряет процесс регенерации ткани уха кролика после хирургического вмешательства. Параллельно в регенерирующей ткани ускоряется процесс связывания, например, меченого тимидина. Обмен катехоламинов в организме также заметно возрастает.

При этих же параметрах ультразвук влияет на различные биохимические процессы в организме. Ультразвук (1 МГц; 0,2 Вт/см2; 5... 10 мин) вызывает изменения окислительно- восстановительного потенциала тканей, уменьшение содержания аскорбиновой кислоты, ускорение биосинтеза порфиринов и тиронинов, увеличение содержания нуклеиновых кислот в тканях, изменение активности ферментов, заметные изменения содержания макроэргических соединений - АТФ, фосфокреатина, гликогена, а также микро- и макроэлементов.

Более высокие интенсивности ультразвука (0,3 Вт/см2) приводят к нарушениям структуры и ультраструктуры облучаемых тканей.

Особое внимание уделено исследователями изменению электрофизических свойств кожных покровов под действием ультразвука. Такое внимание обусловлено практической необходимостью изучить механизмы фонофореза лекарственных веществ через кожу и, по возможности, оптимизировать этот процесс.

Исследования показали, что под влиянием ультразвука (0,9 МГц; 0,1...2 Вт/см2; 5...15 мин) повышается проницаемость как изолированной кожи, так и кожи в составе организма. В последнем случае эффект значительно выше и зависит от интенсивности ультразвука и природы исследуемых веществ.

Наиболее эффективен ультразвук для увеличения проницаемости покровных тканей по отношению к ионам Na, К, Li, Сl, Вr и пр. По отношению к сложным ионам и высокомолекулярным соединениям эффект значительно ниже. Однако во всех случаях проницаемость кожи увеличивается с увеличением интенсивности ультразвука до 1 Вт/см2, При более высоких интенсивностях ультразвук заметно повышает проницаемость кожи для Na, К, Са, Сl, практически не влияя на скорость переноса ионов сложной структуры.

Полученные эффекты связывают с изменением морфологических особенностей кожного покрова, вызванным ультразвуковым облучением, и отмечают разрыхление эпидермиса, увеличение количества активных потовых и сальных желез, а также увеличение диаметра выводных протоков кожных желез в 2-4 раза. Данные многих авторов, в основном, совпадают с приведенными выше, однако имеются сведения, что предварительное облучение ультразвуком (0,8 МГц) в интервале интенсивностей 0,2... 1 Вт/см2 понижает скорость электрофореза адреналина и ацетилхолина через неповрежденную кожу тогда как ультразвук более высоких интенсивностей повышает ее. Ультразвук (0,8 МГц; 0,2... 1 Вт/см2) обратимо ускоряет как пассивный, так и активный транспорт ионов Na, К, Са через кожу лягушки. Пороги эффекта лежат в области 0,2 Вт/см2, Однако если ускорение пассивного транспорта начинается сразу после включения ультразвука, изменения в скорости активного транспорта фиксируются только через 3...4 мин.

Наряду с проницаемостью изменяются и электрические свойства кожи.

Уже при интенсивности ультразвука 0,2 Вт/см2 (0,9 МГц) регистрируют относительные изменения трансмембранного потенциала изолированной кожи лягушки. С увеличением интенсивности ультразвука эта величина возрастает с 0,01 до 0,4 при интенсивности 1 Вт/см2. При интенсивностях менее 2 Вт/см2 потенциал кожи снижается после включения ультразвука, а затем восстанавливается до исходных значений. При более высоких значениях интенсивности вторая фаза отсутствует, что свидетельствует о необратимых изменениях в коже. Модулирование ультразвука усиливает эффект на 15…20 % при частотах модуляции 10...20 и 200 Гц.

Если в среду, омывающую кожу, добавлен цианистый калий, прекращающий обмен веществ, то никакого изменения потенциалов под действием ультразвука не происходит.

Фокусированный ультразвук (1 М Гц, 1...100 Вт/см2) в условиях хорошего теплообмена и отсутствия кавитации вызывает обратимое уменьшение потенциала изолированной кожи лягушки и пропорциональное интенсивности ультразвука возрастание тока короткою замыкания. С увеличением длительности облучения ток короткого замыкания постоянно увеличивается, в то время как изменения мембранного потенциала приходятся на первые 0,5 с облучения и в дальнейшем остаются на новом стационарном уровне.

Совокупность приведенных данных свидетельствует о существенной роли клеточных мембран в формировании эффекта изменения электрических свойств тканей в ответ на ультразвуковое воздействие.

Исследование реакции других животных и растительных тканей па ультразвуковое воздействие лишь подтверждает это. Особенно наглядно способно сть ультразвука изменять проницаемость клеточных мембран проявляется в ткани клубня картофеля.

Ткань клубня картофеля - удобная модель для исследований. Она имеет биологическую природу и клеточное строоение, а отсутствие рефлекторных и сосудистых реакций существенно упрощает наблюдаемую картину. В клетках клубня к артофеля содержится крахмал, который можно использовать как естественный внутриклеточный индикатор на йод. Однако при исследовании ионной проницаемости в клетку могут попасть лишь ионы йода, не дающие в комплексе с крахмалом характерной сине-фиоле товой окраски. Окрашивание наступает при «проявлении» образцов в 1...2%-ном растворе перекиси водо- рода. Механизм проявлен ия сводится к тому, что ионы йода, окисляясь, переходят в атомарный йод, который при взаимодействии с крахмалом, находящимся в пластидах внутри клеток, даст харак терную сине-фиолетовую окраску.

Использование ткани клубня картофеля позволяет определить некоторые закономерности процессов фонофореза ио нов йода в ткань, а также исследовать различия между процессами электро- и фо нофореза.

Рис. 3.15. Процессы:

а - фонофореза аионов йода и ткань клубня картофеля (1 -термостатируемая кювета; 2 - образец; 3 - раствор йодистого калия); 6 - электрофореза (1 электроды; 2 - образец; прокладка, смоченная

раствором йодистого калия)

Для исследования образцы диаметром 20 мм и высотой 15 мм из кл убня картофеля помещали в кювету, дном которой служил излучатель ультразвука (рис. 3.15, а). Специальная подставка обеспечивала постоянное расстояние между поверхностью излучателя и образцом, В кювету заливали 0,5 моль раствор Кl так, чтобы только нижний край образца оказался в контакте с раствором.

После облучения образца ультразвуком (0,88 МГц; 0,1.-2 Вт/см2) его обмывали водой, разрезали поводам вдоль оси цилиндра и плоскостью осевого среза помещали на несколько секунд в слабы й раствор перекиси водорода. При взаимо действии с Н2О2 ионы йода окисляются и окрашивают образец.

Для электрофореза (рис. З.15, 6) такой же цилиндрический образец помещали между двумя плоскими электрод ами. Между катодом и образцом -помещали пористую

прокладку, пропитанную 0,5 моль раствором KI. Электрофорез проводили постоянным током 25 мА.

Глубина, на которую проникают ионы йода в ткань под действием ультразвука (0,88 МГц), пропорциональна интенсивности ультразвука и времени облучения (рис. 3.16).

Пороговые интенсивности ультразвука, при которых начинает увел ичиваться проницаемость клеточных мембран ткани клубня картофеля, были определены экстраполяцией эксперим ентальных зависимостей и оказались рав ными 0,3…0,4 Вт/см2 независимо от времени облучения образцов.

Повышение температуры образцов до 45 °С лишь незначительно в лияет на скорость фонофореза, хотя при бол ее высоких температурах эффект заметно возрастает. Следовательно, по крайней мере в интервале температур 20...45°С проницаемость клеточных мембран увеличивается не в результате теплового эффекта ультразвука. По- видимому, в тканях, так же, как и в суспензиях клеток, эффект пов ышения проницаемости клеточных мембран обусловлен, в основном, акустическими потоками.

Рис. 3.16. Зависимость глубины фонофореза ионов йода в ткань кл убня картофеля от времени облучения и интенсивности ультразвука;

1,3,5,7,9 время облучения (мин) каждого образца

Для сравнения эффектов электрофореза и фонофореза и цилиндрические образцы, вырезанные из клубня картофеля, в течение 20 мин электрофорети чески вводились ионы йода. Затем образцы опол аскивали и разрезали на две части по оси цилиндра и одну половину облучали ультразвуком (0,6 Вт/см2; 5 мин). После этого обе половинки были «проявлены» в растворе перекиси водорода. Оказалось, что в той половинке (контрольной), в которую ионы йода были введены электрофоретически, окрасился в характерный сине-фиоле товый цвет лишь тонкий поверхностный слой, где клетки ткани были разрушены механич ески при подготовке образца; вторая же половинка, дополни- тельно подвергнутая ульт развуковому воздействию, изменила окраску во всем объеме.

Следовательно, при элект рофорезе йод проникает в глубь ткани, но в клетки не попадает, так как сопротивление межклеточной жидкости постоянному току значительно ниже, чем сопротивление клеточных мембран. При следующей после электрофореза ультразвуковой обработке ткани проницаемость клеточных мембран увеличивается , и крахмал,

находящийся в пластидах внутри клеток, оказывается доступным для ионов йода. Если образец предварительно обработать ультразвуком, а затем провести электрофорез ионов йода, то после проявления весь он окажется окрашенным.

Изменения в проницаемости клеточных мембран носят обратимый характер, если интенсивность ультразвука, обусловившего эти изменения, не превышает 0,8..1,2 Вт/см2- Повышенная проницаемость клеточных мембран сохраняется в течение 1,5...2 ч после воздействия ультразвуком. Проницаемость весьма значительна в течение первых 20 мин, а затем довольно быстро убывает.

Анализ приведенных данных свидетельствует о том, что при электрофорезе ионы глубоко проникают в ткань, но остаются в межклеточной среде и не погадают в клетки; при фонофорезе ионы проникают в ткань на меньшую глубину, но легко проникают внутрь клеток через цитоплазматическую мембрану, проницаемость которой повышена ультра- звуком. При этом следует иметь в виду, что даже при 0,1...0,4 Вт/см2 проницаемость клеточных мембран в тканях животных заметно увеличивается, а дальнейшее повышение интенсивности может обусловить такие эффекты, как перегрев тканей или кавитацию.

Эти данные представляются весьма важными при выборе метода введения лекарственного вещества сквозь неповрежденную кожу. Очевидно, при необходимости повысить локальную концентрацию лекарственного вещества в ткани, например, при терапии опухолевых заболеваний, предпочтительнее метод фонофореза и его сочетание с электрофорезом. Если же необходимо ввести вещество в ткань более диффузно, то в этом случае эффективнее электрофорез.

Приведенные результаты послужили основанием для оптимизации фонофореза гидрокортизона при болезнях суставов. Оказалось, что снижение интенсивности ультразвука с используемых обычно 0,8 Вт/см2 до 0,2…0,4 Вт/см2 в непрерывном режиме и до 0,2.. 0,З Вт/см2 в импульсном режиме воздействия (0,88 МГц; 3..5 мин) ускоряет выздоровление при суставной патологии и способствует нормализации цитологических и биохимических показателей синовии. Гидрокортизон при этом депонируется в синовиальной жидкости. Такой же клинический эффект получен при фонофорезе гидрокортизона ультразвуком низких интенсивностей (0,2…0,5 Вт/см2) при пролифератах, десмоидитах, тендинитах и фиброзных периартритах у собак, крупного рогатого скота и лошадей.

Если патологический процесс локализован, а влиянию лекарственного вещества подвергается организм целиком, то это не всегда самый лучший способ лечения. Нередки случаи, когда концентрация лекарственных веществ оказывается повышенной вовсе не там, где это необходимо. Скорость транспортировки и концентрирования лекарственных веществ в очаги поражения часто лимитируется не током крови или диффузией в межклеточной жидкости, но пониженной проницаемостью клеточных мембран в очаге поражения по отношению к тем или иным веществам. Клетки занимают в мягких тканях не менее 0,9 всего объема, поэтому доступной для веществ, не проникающих через клеточные мембраны, оказывается лишь 0,1 всего объема или меньше. При электрофорезе некоторые вводимые вещества оказываются преимущественно в межклеточном пространстве. Это хорошо видно на примере ионов йода в ткани клубня картофеля.

Ультразвук, увеличивая проницаемость клеточных мембран, увеличивает объем, доступный вводимому лекарственному веществу, и способствует увеличению его концентрации и единице объема облучаемой ткани. Это наглядно проявляется при использовании фокусированного ультразвука (2,8 МГц; 50 Вт/см2; 1 с). На образцах

клубней окрашивается только область, подвергнутая действию ультразвука, а мембраны клеток, расположенных в непосредственной близости к фокальной области, не испытывают заметных изменений. Размеры окрашенной области можно менять, варьируя интенсивность и время облучения.

Аналогичным способом можно концентрировать и некоторые химико-терапевтические препараты в тканях животных. Так, если в краевую вену уха кролика ввести краситель метиленовый синий, а ушную раковину того же или другого уха облучить ультразвуком (0,9 МГц; 0Д..2 Вт/см2; 5 мин), то через 20...30 мин в результате увеличения клеточных мембран краситель начнет концентрироваться в облученной ультразвуком области. Она заметно потемнеет и останется более темной, чем окружающие ткани, в течение 120..150 мин.

Представляется весьма перспективным метод транспортировки водорастворимых лекарственных веществ в липосомах - микрокаплях лекарства, покрытых слоем липидов, вводимых в кровь - с последующим высвобождением этих веществ из липосом в тканях, облучаемых ультразвуком. Вещества, содержащиеся в липосомах, высвободятся в тканях, прогретых ультразвуком, и попадут в клетки сквозь мембраны, проницаемость которых увеличена тем же ультразвуковым воздействием. Предполагается, что таким способом удастся увеличить локальную концентрацию лекарственных веществ до значений более высоких, чем достигнутые ранее исследователями, использовавшими для прогрева тканей микроволны.

Возможность локализации в тканях опухолей химико-терапевтических препаратов с помощью ультразвуковой гипертермии недавно была доказана экспериментально. На молочных железах млекопитающих, которые являются придатками кожи, специализированными для секреции молока, ультразвук (1,5 МГц; 2 Вт/см2; 10 мин) также вызывает увеличение проницаемости тканей. Концентрация предварительно введенного в кровь коз супронала быстро повышается в молоке после облучения молочной железы ультразвуком. Введенный в молочную железу этих животных антипирин сразу же после ее ультразвуковой обработки обнаруживается в крови в значительно больших количествах, чем в контрольных образцах. Возможно, именно повышением проницаемости клеточных мембран в тканях молочной железы под действием ультразвука обусловлена высокая эффективность фонофореза биоактивных пчелиных продуктов (прополис) при лечении маститов.

Широко используется и терапии способность ультразвука увеличивать проницаемость тканей глаза для различных веществ. Показано, что фонофоретически (0,9 МГц; 0,3 Вт/см2; 5 мин) удается ввести в камерную влагу глаза и такие вещества, которые без ультразвука туда не проникают (например, гепарин, дексазон). Однако не все вещества с одинаковой скоростью проникают в ткани под действием ультразвука. Скорость переноса зависит от молекулярной массы, структуры молекул лекарственых веществ, их растворимости в воде и липидах, от интенсивности ультразвука, времени облучения, частоты и т. д.

В живом организме местные реакции, выражающиеся в изменениях тканевой проницаемости, могут сопровождаться реакциями на уровне всего организма. Так, ультразвук средних терапевтических интенсивностей увеличивает проницаемость стенок сосудов но всем организме по отношению к -липопротеидам крови. В тех же условиях увеличивается проницаемость стенок периферических кровеносных сосудоп по отноше- нию к трипановой сиви и нейтральному красному. Ультразвук более высокой интенсивности (0,9 МГц; 2 Вт/см2; 3 мин) как в непрерывном, так и в импульсном

режимах, существенно по вышает проницаемость тканей сердечной мышцы лягушки по отношению к витальным красителям, а также проницаемость тематоэнцефалического барьера к полуколлоидны м красителям. Следовательно, изменение проницаемости тканей обусловлено не только ло кальным действием ультразвука, ио и об щей реакцией организма на ультразвук.

Параллельно с проницаем остью клеточных мембран под действием ультразвука изменяются электропров одимость и коэффициент поляризации тканей, так как удельное сопротивление клеточных мембран обратно пропорционально их проницаемости по отношению к ионам, если ионный состав среды остается неизменн ым.

Можно предположить, что самопроизвольные сокращения портняж ной мышцы лягушки, а также изменения сократ ительных свойств гладких и запирательн ых мышц теплокровных при облучении ультразвуком (0,08...2,25 Вт/см2; 1...3 МГц; 5 мин) связаны с деполяризацией клеточн ых мембран и подавлением биоэлектрической активности тканей.

Сопротивление биологических тканей электрическому току можно приближенно оценить, пользуясь известной формулой Велика-Горипа:

где p1, р2, р3 - сопротивление межклеточной жидкости, мембраны и внутриклеточного содержимого соответственно;

- величина, равная отношению суммарного объема клеток к объему всей ткани;

- геометрический фактор, для сферических клеток = 1,5

- диаметр клетки. Поск ольку для большинства мягких биологиче ских тканей ввиду того, что объем межклето чного пространства в них весьма мал по сравнению с общим объемом клеток, то уравнение существенно упрощается и принимает следующий вид:

Очевидно, большая часть эффекта уменьшения сопротивления биологических тканей под действием ультразвука о бусловлена увеличением проводимости мембран, так как относительно небольшие количества перекиси водорода, азотной и азотистой кислот, образующиеся в жидких средах при их обработке ультразвуком низких интенсивностей, не могут изменить проводимость клеточного содержимого и межкл еточной среды.

Рис. 3.17, Относительное изменение электропроводности ткани в з ависимости от интенсивности от ультра звукового воздействия

Электропроводность ткан и клубня картофеля увеличивается под де йствием ультразвука пропорционально возраст анию проницаемости клеточных мембран в интервале интенсивностей 0,2…1 Вт/см2.

Уменьшение электросопр отивления под действием ультразвука на блюдается и на портняжной мышце лягу шки. Импеданс ткани уменьшается во вре мя ультразвукового облучения мышцы по закону близкому к экспоненциальному (рис. 3.17), и стремится к одному и тому же значению независимо от интенсивности ультраз вука. Чем выше интенсивность, тем быст рее сопротивление ткани достигает минимальных значений. Активное сопротивление ткани - линейная функция интенсивности в интервале 0.2...2 Вт/см2. Импеданслинейная функция интенсивности лишь в интервале 0,2... 1 Вт/см2.

Параллельно с изменением электропроводности тканей изменяется и коэффициент их поляризации:

где X10 - комплексное сопротивление ткани, измеренное на частоте 10 кГц;

Х1000 - комплексное сопротивление ткани, измеренное на частоте 1000 кГц.

Связанный со способност ью клеточных мембран разделять ионы коэффициент поляризации уменьшается при ультразвуковом облучении тканей, свидетельствуя о деполяризации мембран.

З.4.З. Действие ультразв ука на кровь

Клетки крови в разбавлен ных суспензиях весьма чувствительны к ультразвуковому воздействию и начинают разрушаться при интенсивности 0,3 Вт/см 2 (SPTA), совпадающей с порогом кавитации в воде (см. §§ 1.8; 1.13). Повышение концентрации клеток в суспензии заметно снижает скорость разрушения клеток под действием ультразвука, но, по-види мому, и в цельной крови вероятность появления пульсирующих газовых пузырьков не рав на нулю, и, следовательно, не исключена возможность разрушения клеток.