Биологическое действие фокусированного ультразвука

Действие фокусированного ультразвука на клетки и ткани обусловлено теплотой, выделяющейся при поглощении акустической энергии, и механическими возмущениями в среде. Оба фактора действуют совместно, однако, в зависимости от интенсивности ультразвука и условий воздействия, один из них может превалировать над другим.

Необходимо отметить, что пороги биологического действия плоской ультразвуковой волны значительно ниже порогов действия фокусированного ультразвука на те же структуры. По-видимому, это обусловлено сравнительно малым объемом фокальной области. Известно, например, что кавитационная прочность воды и мягких биологических тканей при фокусировании ультразвука и уменьшении размеров области воздействия резко возрастает (см. § 1.13).

При относительно малых интенсивностях в фокальной области (0,4…300 Вт/см²) и импульсном режиме воздействия можно наблюдать возбуждение одиночных тканевых рецепторов и возникновение спайковой активности у черноморских скатов, раздражение центральных нервных структур виноградной улитки, слуховых рецепторов лягушки и человека и т. д. При несколько более высоких интенсивностях ультразвука или при большей длительности импульса наблюдается обратимое подавление активности нервных структур.

Инициирование обратимых изменений в отдельных структурах центральной нервной системы позволяет локализовать структуры, ответственные за те или иные проявления в состоянии или поведении животного, а в дальнейшем и управлять его поведением. Можно также обратимо отключать соответствующие центры для проведения хирургических операций без применения анестетиков и наркотических средств.

Тепловые эффекты, обусловливающие стойкие, необратимые, гистологически регистрируемые изменения в фокальной области, возникают в тканях при интенсивностях ультразвука, измеряемых сотнями и тысячами Вт/см², и чем выше интенсивность ультразвука, тем меньше времени требуется для разрушения ткани. Разрушения, вызываемые тепловыми эффектами, проявляются в тканях не сразу после воздействия ультразвуком, а спустя 2…3 мин и в последующие 15…20 мин продолжают увеличиваться в размерах.

Немедленные изменения «под лучом» возникают при интенсивностях ультразвука, превышающих пороги кавитации в мягких тканях. При этом кровотечение, разрывы и гомогенизацию тканей в фокальной области можно наблюдать и без применения тонких гистологических методов.