Механизмы физиологического и лечебного действия ультразвука

Механизмы действия ультразвука достаточно сложны. В основе их лежат физико-химические и биологические процессы, которые формируют физиологические реакции организма и лечебные эффекты.

Ультразвук в организме оказывает возмущающее действие, что вызывает дестабилизацию состояния клеток. Ультразвуковые колебания за счет переменного акустического давления воздействуют микровибрацией, что создает эффект микромассажа на клеточном и субклеточном уровнях. В результате возникают микропотоки в протоплазме, около мембран, внутри и вне клеток. Микровибрации вызывают перемещение внутриклеточных включений, в результате чего происходит возбуждение и стимуляция функции клеток.

Под влиянием ультразвука изменяется электрическое состояние клеток. Мембран, возникают электронно-возбужденные состояния, электрокинетические явления. При этом наблюдается повышение проницаемости мембран клеток, гистогематических барьеров.

В процессе поглощения ультразвуковых волн происходит трансформация механической энергии в другие виды - световую и тепловую. При этом следует обратить внимание на четкую зависимость всех процессов, вызываемых ультразвуком, с интенсивностью его воздействия, а в ряде случаев и с частотой ультразвуковых колебаний. Ультразвук частотой от 800 до 1000 Гц при интенсивности 0,05 Вт/см2 в ряде случаев вызывает свечение тканей - люминесценцию. Генерация электронных возбужденных состояний в водных средах под действием ультразвука вызывает свечение воды и других жидкостей в ультразвуковом поле. Исследования специалистов показали, что при малых интенсивностях ультразвука хемолюминесценция крови усиливается. При повышенных интенсивностях ультразвука она уменьшается, а причину этого усматривают в деструктирующем влиянии ультразвука на молекулярные структуры.

Особенности теплового действия ультразвука на биологические структуры также связаны в большой степени с интенсивностью ультразвуковых колебаний. Тепловое действие при небольших интенсивностях УЗ, которые применяют в физиотерапии, выражено не слишком значительно. Оно возникает в результате перехода механической энергии в тепловую. Тепло накапливается преимущественно на границах раздела различных сред из-за разницы их акустического сопротивления, а также в тканях, наиболее интенсивно поглощающих ультразвук (костная, нервная). Изменение температуры в озвучиваемых тканях зависит не только от интенсивности ультразвука, но и от метода озвучивания, а также от состояния метаболизма, интенсивности кровообращения, свойств тканей.

Иногда используются физические свойства ультразвука, не связанные с воздействием на организм, например, в косметологии активно применяется такая процедура, как ультразвуковая чистка (ультразвуковой пилинг лица). При ней переменное акустическое давление на жидкую среду, находящуюся на коже практически не воздействует на живые клетки, в то же время - эфффективно отшелушивает отмирающие роговые клетки эпидермиса и способствует удалению внешних загрязнений. В стоматологических клиниках этот эффект применяется при ультразвуковой чистке зубов.

Распространение ультразвуковых колебаний происходит путем периодического сжатия и разряжения среды. При высокой интенсивности ультразвуковых волн (3-4 Вт/см2) в местах разряжения происходит разрыв жидкости с появлением полых пространств - кавитационных пузырьков, куда немедленно проникают растворимые в жидкостях газы. Эти пузырьки очень быстро «схлопываются» под влиянием наступающего последующего сжатия, что сопровождается как местным повышением температуры, так и развитием больших механических сил, достаточных для разрушения биологических объектов. Это процесс кавитации.

При большой интенсивности ультразвука крупные белковые молекулы и биомолекулярные комплексы распадаются на отдельные фрагменты и теряют свои специфические свойства. При меньшей интенсивности ультразвука отмечается снижение вязкости коллоидов. Интенсивность 0,8-1,2 Вт/см2 может вызывать разрушения клеточных структур, а при интенсивности 2,5-3 Вт/см2 уже возникают некрозы за счет теплового и кавитационного действия. Ультразвуковые волны способны вызывать разжижение коллоидов. Под влиянием больших интенсивностей ультразвука наблюдаются эмульгирующее, диспергирующее действие. При этом происходит перераспределение электролитов между дисперсными и дисперсионными фазами коллоидных растворов. Тиксотропное действие ультразвука связано с переходом геля в золь. Существует мнение, что чувствительность клеток к ультразвуку определяется тиксотропными свойствами коллоидов протоплазмы. Возможно резонансное поглощение высокочастотного ультразвука водой. Воздействие ультразвука сопровождается нарушением вязкости растворов, их оптической плотности, устойчивости белков к ферментам, изменением конформации белковых молекул. Под влиянием ультразвука происходит конформационная перестройка мембран.

В механизме действия ультразвука видное место занимает активация метаболических реакций, необходимых для осуществления биосинтетических процессов. Ультразвук обладает бактерицидным действием. В первую очередь повреждения возникают в клеточной оболочке микроорганизма, затем разрушается микробное тело. Различные микроорганизмы обладают разной чувствительностью к ультразвуку: наиболее чувствительны липтоспоры, наиболее устойчивы стафилококки. Многие исследователи указывают на то, что разрушающее действие ультразвуковых колебаний распространяется также на вирусы. Под влиянием ультразвука они инактивируются, а иногда и разрушаются при более длительном воздействии.

• За счет повышения связывания гистамина белками крови и расщепления его гистаминазой проявляется гипоаллергенное действие ультразвука.
• Повышение фагоцитарной реакции лейкоцитов способствует проявлению противовоспалительного действия ультразвука, которое сопровождается активированием механизмов неспецифической иммунологической реактивности организма.
• Ультразвук оказывает выраженное действие на соединительную ткань. В результате его действия размягчается ткань кожных рубцов, повышается ее эластичность, уменьшается интенсивность спаечного процесса.
• Ультразвук обладает обезболивающим действием вследствие снижения чувствительности периферических рецепторов, снижения возбудимости нервных образований, спазмолитического действия.
• Ультразвуковые колебания улучшают кровенаполнение сосудов, активизируют кровообращение и микроциркуляцию в тканях, усиливают лимфообращение. В результате наблюдается трофический и репаративно-регенеративный эффекты.
• Ультразвук оказывает благоприятное действие на нервно-мышечные структуры, на периферический отдел нервной системы. Поэтому его с успехом применяют при травмах и заболеваниях периферических нервов, костей, мягких тканей. Ультразвук влияет и на функциональное состояние центральной нервной системы, внутренних и эндокринных органов.

Способность ультразвука "проводить" химические вещества сквозь кожу используется при фонофорезе, когда используется сочетанное воздействие лекарственных веществ, вводимых в кожу и физическое воздействие ультразвука на ткани, широко применяемое в лечении заболеваний кожи, травматологии и других отраслях медицины.

Таким образом, ультразвук относится к числу активных физических факторов, оказывающих многостороннее влияние на организм. Через разнообразные механизмы он запускает и развивает компенсаторно-восстановительные и защитно-приспособительные процессы.