Изучение механизмов действия ультразвука на биологические ткани

Изучение механизмов действия ультразвука на биологические ткани

Ультразвук - это звук (явление механической вибрации) с частотой выше диапазона человеческого слуха (обычно выше 16 кГц), который, в отличие от электромагнитного излучения, требует среды для распространения. [1]

Биологические эффекты ультразвука относятся к потенциальным неблагоприятным эффектам модальности формирования изображения на ткани человека. Это прежде всего через два основных механизма: тепловой и механический. Несмотря на это, ультразвук имеет замечательную репутацию для безопасности пациентов без каких-либо значительных побочных эффектов.[2]

Воздействие на людей ультразвука можно разделить на две отдельные категории: 

• через прямой контакт с вибрирующим твердым веществом или через жидкую связующую среду;
• через воздушную проводимость. 

Воздействие воздушного ультразвука происходит во многих промышленных применениях, таких как очистка, эмульгирование, сварка и дефектоскопия; за счет использования потребительских устройств, таких как свистки для собак, контроллеры для птиц и грызунов, а также дальномеры камер; и коммерческие устройства, такие как системы охранной сигнализации. [3]

Жидкое воздействие происходит преимущественно через медицинское облучение в диагностике, терапии и хирургии. Как и с любым другим физическим агентом, ультразвук может вызывать побочные эффекты при достаточно высоких дозах.

Для воздушного ультразвукового воздействия, по крайней мере, одним из важнейших органов является ухо. Эффекты, о которых сообщают на людях, подвергшихся воздействию воздушного ультразвука, включают: временные изменения порога восприятия звука, измененные уровни сахара в крови, дисбаланс электролитов, усталость, головные боли, тошноту, шум в ушах и раздражительность.  Исследования скелетной ткани показывают, что рост костей может замедляться после воздействия ультразвука при высокой терапевтической интенсивности, даже если датчик остается в движении во время лечения. Если датчик находится в неподвижном состоянии, повреждение костей и других тканей происходит при меньшей интенсивности. [3/4/5]

Сообщалось, что воздействия на мышечную ткань in vitro  и in vivo вызывают сокращения. Также сообщалось, что терапевтическая интенсивность ультразвука изменяет функцию щитовидной железы у человека. В ряде сообщений указывается, что после воздействия ультразвука в диапазоне низкой терапевтической интенсивности наблюдается снижение веса плода и увеличение аномалий плода. [6] Одно исследование предполагает, что более низкий вес при рождении может быть результатом воздействия диагностического ультразвука в утробе матери. Поскольку практика ультразвуковой диагностики становится все более распространенной, будет трудно найти адекватные контрольные группы населения, и возможности для удовлетворительных эпидемиологических исследований могут становиться все более редкими. [7]

Биологические ткани имеют различную чувствительность к повреждениям физическими агентами, такими как ультразвук. Активно делящиеся клетки эмбриональной и эмбриональной центральной нервной системы наиболее легко нарушаются. Поскольку диагностический ультразвуковой луч охватывает небольшой объем ткани, возможно, что эффекты легкого нарушения могут быть не обнаружены, если не задействованы основные нервные пути. Есть данные, что ультразвук может быть обнаружен центральной нервной системой; однако это не обязательно означает, что биоэффект опасен для плода. [8]

Биологически значимое повышение температуры может происходить на или около кости плода со второго триместра, если луч удерживается в течение более 30 с в некоторых импульсных доплеровских приложениях. Таким образом, чувствительные органы, заключенные в кости, могут быть подвержены нагреванию проводимостью. [9] Сообщения у животных и людей о задержке роста и развития после частых воздействий диагностического ультразвука, в отсутствие значительного нагревания, трудно объяснить, исходя из современных знаний о ультразвуковых механизмах.