Лекция приложение на ултразвука в терапията и в



Дата25.06.2017
Размер205.51 Kb.
#24334
ТипЛекция




ЛЕКЦИЯ 9. ПРИЛОЖЕНИЕ НА УЛТРАЗВУКА В ТЕРАПИЯТА И В

ХИРУРГИЯТА. ОЦЕНКИ ЗА БЕЗОПАСНОСТ НА УЗ ОБЛЪЧВАНЕ.


Известно е, че акустичните вълни въздействат на тъканите като при определени условия предизвикват биологически изменения. Това явление е важно, от една страна за да се оцени риска от нежелателни увреждания при диагностичните приложения, а от друга страна за да се използва въздействието на УЗ за постигане на полезен терапевтичен ефект.

Въздействието на УЗ вълни върху тъканите силно зависи от УЗ интензитет. При ниски интензивности - (0.1 - 3 W/сm2) доминират безразрушителни топлинни или нетоплинни ефекти, използвани за физиотерапия. Използва се също стимулиращото въздействие на УЗ при ускоряване на нормалните физиологични реакции на организма при лечение.

При високи интензивности ( над 5 W/сm2) основната цел е да се предизвика управляемо избирателно разрушаване на тъканите или така наречената УЗ хирургия.

І. Физиологически основи на ултразвуковата терапия

А) При УЗ нагряване

Вече споменахме, че с помощта на акустични вълни може да се постигне контролирано нагряване в избран обем с избрани размери и на избрана дълбочина в тялото. В редица случаи нагряването има положителен терапевтичен ефект, които е бил установен експериментално, макар и в повечето случай тези експерименти да имат качествен характер т.е. не винаги е известно точното температурно разпределение в обема. Поглъщането на акустична енергия е най-голямо в тъкани съдържащи колаген, затова най-често физиотерапевтичните процедури се извършват в колагеносъдържащи органи. Физиологическата реакция при нагряване зависи от много фактори: максимална достигната температура, времетраене на нагряването, размер на нагряваната област, скорост на нарастване на температурата и др. УЗ вълна позволява бързо да се нагрее строго определена област. Анатомическите структури, които най-често се подлагат на УЗ нагряване са: богатите на колаген повърхностни слоеве около костите, надкостниците, ставните менискуси, синовиалната течност, ставните торбички, съединителните тъкани, вътрешномускулни рани, мускулни влакна, сухожилия, главните нервни стволове и др.

В повечето случай УЗ е по-ефективен метод за диатермия и по-добре подлежащ на контрол отколкото другите методи за нагряване като инфрачервено лъчение, ултравиолетово лъчение, парафинова баня и т.н.

Ще изброим някои от основните терапевтичните ефекти на УЗ нагряване.



  1. Увеличение на еластичноста на тъканите

Основен фактор, който често възпрепятства възстановяването на меките тъкани след нараняване е втвърдяването и свиването на тъканите, ограничаващи нормалното движение, а също възникването на характерни твърди ръбчета около зарастващите рани. Установено е, че слабо нагряване с УЗ подобрява еластичноста на засегнатата тъкан. Още по-добри резултати се получават при едновременно нагряване и провеждане на разтягащи упражнения.

  1. Подобряване подвижноста на ставите.

В случайте когато засегнатата става е обградена от слой мека тъкан най-добрият метод за нагряване на ставата с цел да се увеличи амплитудата на нейното движение, е посредством УЗ облъчване тъй, като УЗ вълна по-добре от всички други диатермически енергии прониква в мускулната тъкан.

  1. Болкоуспокояващо действие

Много пациенти отбелязват отслабване на болката при топлинно въздействие върху поразената област. Например, наблюдавано е отслабване на фантомните болки след ампутация на крайници. Обезболяващият ефект може да бъде както кратковременен така и продължителен. Механизмите на обезболяването все още са неясни и вероятно принос имат и нетоплинни ефекти.

  1. Промяна на кръвотока

При локално нагряване на тъканта се наблюдава реакция на кръвоносните съдове даже на известно разстояние от областа на нагряване. Установено е, че при УЗ нагряване на мускулна тъкан до температура 40 - 45 0С, кръвотокът се увеличава 2 - 3 пъти. Този ефект се наблюдава и при други методи на нагряване, примерно с електромагнитно излъчване. От друга страна изменение на кръвотока е било регистрирано и при УЗ облъчване в импулсен режим когато топлинните ефекти са слаби. Промяната в кръвотока се запазва около половин час след края на процедурата. Очевидно увеличението на кръвотока води до по-добро захранване на клетките с кислород, което е важен фактор в терапевтичното въздействие на УЗ вълни.

  1. Намаляване на мускулните спазми

УЗ нагряване е било използвано за намаляване на мускулните спазми, което се обуславя от успокояващото действие на повишената температура върху нервните окончания на периферната нервна система.

Б) Нетоплинни УЗ ефекти в терапията

Вече разгледахме нетоплинните биофизически УЗ механизми. Тъй като в случая се интересуваме само от физиологическото действие, можем да разделим тези механизми на два класа: периодични и непериодични.



  1. Периодичните ефекти се определят от самата осцилираща природа на акустичното поле и могат да се разглеждат като своеобразен микромасаж, който може да разнася насядания и отоци в меките тъкани.

  2. Основният непериодичен ефект, имащ терапевтично действие се дължи на акустически течения. Тези течения могат да бъдат предизвикани от стационарни осцилации на въздушни мехури или от сили на радиационно налягяне както вътре така и вън от клетките. Акустическите течения влияят основно на пропускливоста на клетъчните мембрани като променят концентрацията от външната страна на мембраните и по този начин въздействат на дифузията на йони и молекули през мембраните.

Някои от нетоплинните УЗ ефекти могат да предизвикат увреждания ако не се предприемат защитни мерки. Например ако в облъчвания обем има силно отражаващи повърхности може да се образува стояща вълна, при която еритроцитите в кръвоносните съдове се групират в области на сгъстяване и разреждане. При това положение храненето на тъканите с кислород се влошава и затова УЗ при такива условия не трябва да е продължително. За да се избегне продължително въздействие, при което може да възникнат стоящи вълни или т.нар. “горещи точки” добра практика е излъчвателя да не е в едно положение (стационарен режим), а да се премества непрекъснато над обработваната област.

ІІ. УЗ Физиотерапия

УЗ вълни широко се използват във физиотерапевтичната практика. Първоначално се е считало, че УЗ въздействие е само топлинно и че това е един начин за нагряване подобен на нагряването с грейки, с микровълново или радиочестотно облъчване. Основните органи, подходящи за използване на УЗ терапия, са меките тъкани, ставите и околокостните области. По-късно физиотерапевтите се стремят да използват също предимствата на нетоплинно, механично въздействие на УЗ вълни. При това, поради недостатъчно знание за механизмите на въздействие в различните тъкани, често се използват емпирични рецепти при подбора на подходящ режим на УЗ облъчване.

Общо интуитивно правило е, че топлинните ефекти зависят от общата енергия на облъчването, докато при нетоплинните ефекти по-важна е пиковата интензивност реализирана за кратко време в импулсен режим. Затова при реализация на нетоплинните ефекти се използва УЗ лъчение в импулсен режим с малка обща интензивност. Импулсният режим се характеризира с три параметъра: 1) честота 2)продължителност на импулса и 3) продължителност на паузата. Алтернативен параметър е т. нар. коефициент на пълнеж равен на отношението на дължината на импулса към периода на повторение на импулсите.

Честотата в УЗ терапия обикновено варира в диапазона 0.75 - 5 МHz като по-високите честоти се използват при облъчване на приповърхностни области.

По-ниски честоти се използват за дълбоко разположени органи тъй като поглъщането нараства с честотата. Най-често се използва съотношение (сигнал: пауза) - (2 мс: 2 мс) или (2 мс : 8 мс).

Основни приложения на УЗ физиотерапия



  1. Ускорена регенерация на тъкани.

Едно от най-разпространените приложения на УЗ физиотерапия е при зарастване на рани и ускоряване регенерацията на тъканите. Правени са експерименти, при които на двете уши на заек се изрезват еднакви парченца тъкан, след което едното ухо се облъчва с УЗ вълна в различни режими, а другото ухо остава за сравнение без да се подлага на никакви процедури. Резултатите са показани на фиг.1 за три режима на облъчване като и трите режима имат еднаква средна по времето интензивност.

-Най-голяма скорост на зарастване се наблюдава в непрекъснат режим с интензивност 0.1 W/сm2 (крива A на фиг.1).

-Също ускорено зарастване се наблюдава при облъчване в импулсен режим с интензивност 0.5 W/сm2, продължителност на импулса 2 ms и пауза 8 ms

(крива B). По-малки интензивности в същия режим дават по-лоши резултати.

-Облъчване в импулсен режим с интензивност 8 W/сm2 и съотношение (импулс : пауза)= (1 ms : 79 ms) води до нарастване на пораженията (крива C).

Ординатната ос на фиг.1 дава отношението К на зарастналата площ на облъченото ухо спрямо зарастналата площ на контролното, необлъчено ухо. В областа К < 1 облъчването нанася допълнителни поражения, при К = 1 УЗ облъчване не оказва влияние, а при К > 1 влиянието на УЗ облъчване ускорява зарастването.



Фиг.1 Влияние на УЗ при зарастване на тъкан върху ухо на заек.

Въстановяването на тъканите може да се раздели на три взаимно припокриващи се във времето процеса:


  1. Възпалителна фаза, при която активноста на макрофагите и левкоцитите води до отделяне на клетъчни фрагменти и патогенни частици. Отделеният матерал се преработва чрез отделяне на ферменти от лизосомните макрофаги. Както видяхме УЗ лъчение с терапевтична интензивност предизвиква увеличение на пропускането на лизосомните мембрани и по този начин ускорява протичането на първата фаза на зарастване на рани.

  2. Втората фаза се нарича фаза на разрастване (пролиферация). При тази фаза клетките мигрират в областа на поражение и там започват да се делят. Образува се гранулирана тъкан и специални клетки (фибробласти), започват да синтезират колаген. Колагенът е белтък, основна съставка на кожата, сухожилията и костите. Експериментално е показано, че УЗ лъчение стимулира гранулирането на тъканите, а също така значително ускорява синтеза на колаген от фибробластите както in vitro, така и in vivo.

  3. Третата фаза е възстановяване на еластичните свойства на новата тъкан. Еластичноста на нормална съединителна тъкан се определя от подредената структура на колагенната мрежа, позволяваща на тъканта да се свива и разпуска без големи деформации. В новата зарастнала тъкан често влакната на колагена са разположени неравномерно и неподредено, което не позволява разтягане без късане на някои от фибрите, т.е. тази тъкан има по-малка еластичност от околната нормална тъкан. Има доказателства, че при облъчване с УЗ, синтезираните колагенни фибри са по-правилно подредени и съответно тъканта е по-здрава и по-еластична в сравнение с тъканта синтезирана без УЗ облъчване.

Проведени са голям брой експерименти с животни, но широкомощабните клинически наблюдения са малко, въпреки широкото използване на УЗ в терапията. Едно от тези изследвания е било посветено на лечението на хронични варикозни язви на краката. Язвите се облъчвали с УЗ в импулсен режим с интензивност 1 ВW/сm2, честота 3 МHz, импулс 2 ms и пауза 8 ms. След 12 сеанса на терапевтично УЗ облъчване (3 пъти седмично в продължение на 4 седмици) средната площ на язвите е била 66.4%±8.8% от първоначалната площ, докато площта на контролните необлъчени язви е била 91.6%±8.9% от първоначалната площ. Измереното увеличение на температурата в облъчените зони не е превишавала 1 0С. Същото нагряване извършени с други методи не е показало подобрено зарастване на язвичките. Това доказва нетоплинния характер на УЗ въздействие в този случай.

ІІІ. Ултразвукова хирургия

Има две основни приложения на УЗ в хирургията.

При първото се използва способноста на силно фокусиран УЗ лъч да предизвиква локални разрушения в тъканите. При второто приложение режещата способност на конвенционални хирургически режещи инструменти като скалпели, триони и др. значително се подобрява ако в инструмента се възбуди УЗ вълна с голяма амплитуда на трептене на режещите ръбове.


    1. Хирургия с помощта на фокусирана УЗ вълна

Идеалната хирургическа техника, която в бъдеще би могла да замени традиционния скалпел, трябва да има следните предимства: повтаряемост и управляемост на разрушаване на тъканта, въздействие само върху точно ограничена област, добро бързодействие и минимални загуби на кръв. Мощният фокусиран УЗ лъч притежава повечето от тези качества. Фокалната област има типични размери 1-2 мм в ширина и 3-4 мм в дължина.

Възможноста да се използва фокусиран УЗ за създаване зони на поражения в дълбочина на органа, без да се разрушават тъканите лежащи отгоре, е изучено основно в операции на мозъка. Първоначално тук е била приложена тази техника за нуждите на експерименталната невроанатомия. УЗ хирургична техника също е била прилагана и за други органи: черен дроб, костен мозък, бъбреци и око. Очевидно, че основен проблем при тази техника е да се фокусира УЗ енергия в точно определена зона с точно определени размери на фокалната област. Фокалната област по форма представлява елипсоид на въртене около оста на акустичния лъч.

На фиг.3 са показани разпределенията на интензивностите на акустичната вълна като функция на разстоянието от излъчвателя

Ширината на фокалното петно в точката на фокуса се дава от формулата:



(1)

където а е радиуса на излъчвателя, r е фокусното разстояние, λ е дължината на вълната в съответната тъкан.



Фиг.3 Осево разпределение на (a)i положителното налягане (a)ii отрицателното

налягане (a)iii енергията на акустичната вълна

Точната форма на зоната на разрушение зависи от вида и структурата на тъканта. В еднородна тъкан тази форма е приблизително елипсоид. Ако областа се състои от два вида тъкани, единият от които е по-устойчив на УЗ разрушение, предсказването на зоната на поражение не е проста задача. Така например при облъчване на мозъка селективно се разрушава бялото вещество, докато сивото вещество и кръвоносната система са по-нечуствителни към действието на УЗ. Наситеноста на тъканта с кръвоносни съдове също влияе на размерите на огнището на поражение.

Изучаването на зоната на поражение под микроскоп показва, че разрушенията имат структура на “остров” заобиколен от “ров”, при което има рязка граница между нормална и поразена тъкан. Още по-фино наблюдение с помощта на електронен микроскоп показва, че в началото се разрушават митохондриите. В мозъка най-чувствителни са синапсите, които се разрушават първи.

Хирургия с фокусиран УЗ лъч се използва в следните случаи:



  • В експерименталната неврохирургия за изучаване функциите на мозъка и при разрезване на мазолистото тяло на мозъка при изучаване на поведенческите реакции. Основна пречка за широкото използването на тази методика при хора е необходимоста да се прави трапанация на черепа за да се отвори прозорец за проникване на акустичния сноп.

  • При въздействие върху окото и бъбреците.

  • При лечение болеста на Менер. Същноста на тази болест е нарушение във вътрешното ухо, което води до световъртеж. При лечението тънък УЗ сноп с голяма интензивност се насочва към страничния полукръгъл канал на вътрешното ухо за разрушаване невроепитела в ушния лабиринт. Много е важно точното насочване и дозиравката понеже близо до полукръглия канал се намира лицев нерв, който ако се разруши води до лицев паралич. Статистиката на резултатите на УЗ лечение на болеста на Менер показва, че процента на хората при които е изчезнал световъртежа варира от 67 до 95%, при което слуха или не се променя или леко се подобрява.

2) Инструментална УЗ хирургия

Активната част на УЗ хирургически инструменти се състои от магнитострикционен или пиезокерамичен материал с размер половин дължина на вълната за да се образува стояща вълна. Към трептящата част се прикрепя подходящ режещ накрайник, формата на който зависи от изпълняваната операция. Работната честота е ниска – под 30 kHz, а амплитудата на трептене на накрайника варира от 15 до 350 микрона.

Тъй като триенето между две повърхности намалява когато една от повърхностите осцилира, то при работа с УЗ хирургичен инструмент се изисква

по-малко усилие отколкото при работа с обикновен скалпел. Допълнително предимство е, че при високата температура, която възниква на върха на УЗ скалпел малките кръвоносни съдове, до 2 мм, прегарят, което намалява кръвотечението в операционната зона.

Освен УЗ хирургия съществуват и други нестандартни хирургически техники като криохирургия и лазерна хирургия. При криохирургията скалпела е силно охладен за намаляване на кръвотечението. Недостатък на този метод е че охладения скалпел прилепва към тъканта и при дърпане се получават допълнителни травми. Предимство на УЗ скалпел пред лазерната хирургия е, че при първия метод оператора има чувство за съпротивление на тъканта и по-лесно контролира разреза.

УЗ хирургически инструменти имат широко клинично приложение като могат да се отделят две основни процедури:



1. За отстраняване на тъкан (аспирация). Характерен пример е операция на окото за отстраняване на катаракт от очния хрущял. В този случай вибриращият наконечник е във вид на малка куха тръбичка, която се пъха в малък отвор в окото. Вибрациите на тръбичката разрушават хрущялчето, като малките парченца се изсмукват през тръбичката. Подобна техника се използва за намаляване обема на твърд тумор, примерно ректален.

2. За разрезване на тъкани. Както беше споменато предимството на разрез с акустичен скалпел е малката загуба на кръв. Методът се използва успешно при операции на органи богати на кръвоносни съдове като черен дроб, жлъчка, бял дроб, бронхи, гръден кош, око и др. Исползва се също при трахеотомия и тонзилектомия.

За разрязване на кости се използва УЗ трион. УЗ трион работи по-леко и по-плавно и с него по-лесно се осъществява точна остеотомия. Повърхноста срезана с УЗ трион е малко по-грапава от тази срезана с обикновен трион, но не съдържа микропукнатини.

Трябва да се отбележи, че потенциалът заложен в тази област не е овладян напълно и са необходими нови инжинерни разработки и научни изследвания.

3)Стоматология

За първи път през 1955 г. УЗ се използва за отстраняване на зъбен камък. Инструментът, използван за лечение на зъби се състои от пръчковиден УЗ преобразовател на чийто връх се прикрепва подходящ наконечник. В наконечника се възбуждат трептения с честота в диапазона 25 - 42 kHz и с амплитуда от 6 до 10 микрометра. С такъв прибор могат да се почистват както повърхностите на зъбите така и корените. Действието на УЗ вълна е благоприятно при лечение на язвено възпаление на венците (гингивит). УЗ инструменти могат да се използват и за кюретаж (изтръгване на патологичен джоб във венците). За тази цел накрайника се допира до меката тъкан за да произведе слабо изгаряне.

Сравнението на УЗ методи за почистване на зъби и конвенционалните механични методи дава предимство на първите. От една страна УЗ процедура е свързана с по-малко дискомфорт за пациента и по-малко усилия за лекаря. Времето за почистване също се намалява. Фотомикрографски изследвания показват че след УЗ почистване повърхноста на зъба е по-гладка отколкото след ръчна обработка.

4)УЗ при лечение на рак

Изследванията за използване на УЗ при терапия на рак се водят в три направления: 1) УЗ въздействие. 2) Съчетано въздействие на УЗ и йонизиращо лъчение. 3) Въздействие на УЗ в съчетание с химиотерапия.

Няма съмнение,че УЗ вълна с достатъчна интензивност маже да нагрее всяка локализирана област на тъканта до температурата, която се използва в хипертермията (т.е. над 42 0С). От техническа гледна точка предимството на УЗ пред електромагнитното нагряване е, че отделената енергия много по-точно се локализира. Трудноста на задачата се състои в това да се нагрее целия обем на тумора, включително и периферните участъци, до постоянна определена хипертермична температура, при условие че температурата на нормалната тъкан се поддържа на физиологически приемливо ниво.

Има факти показващи че УЗ има освен температурно действие също така и определен цитотоксичен ефект. При провеждането на опити с клониране е показано, че загубата на репродуктивната способност на клетките в облъчени с УЗ образци е по-голяма отколкото в образци нагряти по друг начин (фиг.4а). Точният механизъм на гибелта на клетките не е ясен, но има индикации че не е свързан с топлина или с кавитация. Подобно явление се наблюдава при опити с многоклетъчни сфероиди (фиг.4б). Тук експерименталните резултати показват, че гибелта на клетките се проявява най-силно при съчетание на хипертемпература и УЗ облъчване.



Фиг.4 Комбинирано влияние на УЗ и хипернагряване върху

оцеляване на клетки

Данните за съвместното действие на ултразвук и рентгеново облъчване са донякъде противоречиви и зависят както от вида на раковите клетки така и от температурното разпределение в зоната на нагряване. Проведените наблюдения при лечение на базално-клетъчен рак и плоскоклетъчен карцином показали, че дозата на радиотерапиято може да се намали с 30-40% когато е комбинирана с УЗ облъчване. Облъчването само с УЗ не е показало никакъв ефект.

На фиг. 5 са показани резултати, показващи че съвместното действие на УЗ и рентгеново облъчване върху тумори при плъхове е по-ефективно отколкото тяхното дeйствие поотделно.

Фиг.5 Комбинирано действие на УЗ и рентгеново лъчение

При комбинираното въздействие на химиотерапия и УЗ облъчване е необходимо да се подбират лекарствени препарати, които да отговарят на следните изисквания:


  • препаратите да бъдат по-цитотоксични при хипертермични температури отколкото при 37 0С.

  • препаратите да се активират в пределите на тумора, а не примерно в черния дроб.

Засега приложението на УЗ облъчване за лечение на рак е ограничено предимно за повърхностно разположени тумори. Дълбокото нагряване е по-сложно и по-трудно се контролира, но по принцип щом могат да се сканират и да се визуализират тумори с УЗ вълни, то трябва да е възможно и тяхното УЗ нагряване.

Оценка за вредните ефекти на УЗ облъчване

Очевидно е необходимо да се оцени какава опасност за пациента и оператора представлява използването на УЗ, така както това се прави за другите физически полета предаващи енергия в човешкото тяло. Да се направи количествена оценка за величината на експозицията върху тъканите, които са подложени на акустическо облъчване е доста сложно, тъй като обикновено параметрите на акустичното поле се измерват в еднородна среда (воден буфер), докато тъканите са силно нееднородна акустична среда. За оценка на УЗ експозиция при изучаване на биофизическите ефекти обикновено се дават усреднените по време и по пространство интензивности в областа където е разположен обекта, а когато е възможно се дава профила на акустическия сноп в изследвания обем както и пиковите стойности на интензивноста. Не може да се избере един единствен количествен показател за биологическата ефективност на УЗ, така както погълнатата доза дава оценка за експозицията при йонизиращото лъчение. Използването на УЗ интензивност като оценка за биологическо въздействие не е съвсем удачно защото нейното значение не винаги е свързано еднозначно с биологическите ефекти. В някои случаи, особено когато възниква кавитация, по-адекватен параметър е акустическото налягане. Налягането лесно може да се измери с хидрофон, а интензивноста може да се оцени от формулата:



(2)

която е валидна за бягяща плоска вълна, но също и в други случаи дава добро приближение.



І. Изследвания върху отделни клетки

Ефектите на УЗ върху клетки на млекопитаещи могат да се разделят на две групи:



Груби ефекти – такива като лизис (разделяне на части), подтискане на репродуктивните способности, разрушаване на клетъчната ултраструктура.

Финни ефекти – например изменения в характера на нарастване, хромозомни и функционални изменения. Ще разгледаме някои от тези ефекти.

І.1 Лизис на клетките

Показано е че кавитацията може да доведе до пълното розрушаване на клетките, обаче лизис на клетките е наблюдаван и в отсъствие на кавитация. Лизис възниква веднага след прилагане на УЗ облъчване, без закъснение във времето. При това най-голяма чувствителност притежават клетките намиращи се в стадии на митоза.



І.2 Репродуктивна способност

При експерименти с клониране се оценява способноста на клетките да дават жизнеспособно потомство след въздействието. Най-общо клетките, които са останали невредими след УЗ въздействие продължават да дават потомство точно така както и необлъчените им двойници. Оказва се, че изключение правят само клетки, които се облъчват с УЗ при повишена температура. Загубата на репродуктивна способност при тези клетки е по-голяма отколкото при клетките подложени само на нагряване. Механизмът на този ефект не е ясен, но той не е топлинен и не е кавитационен.



І.3 Изменения на ултраструктурата на клетките

Изучени са множество аспекти на въздействие на УЗ на клетъчната ултраструктура. Открити са различни изменения, някои от които не унищожават непременно клетката.

Измененията в клетъчната мембрана под действието на УЗ води до промяна на пропускливоста на мембраната за определен вид йони. Напримир при клетките на виличната жлеза под действието на УЗ (1W/сm2, 1.8 МHz) се наблюдава намаляване концентрацията на калии в клетката.

При терапевтична интензивност на УЗ, под електронен микроскоп се забелязват повреди в някои клетъчни органели, основно на митоходриите. Повреждат се лизосомите с последващо освобождаване на лизосомални ферменти.

Повреди на цитоплазматичните мембрани от облъчваната страна на ендотелия на кръвоносни съдове под действие на стоящи УЗ вълни са били наблюдавани в кокоши ембриони и в кръвоносните съдове на матка на мишки.

Ядрата на клетките относително малко са подложени на УЗ въздействие. Единственото забелязано увреждане при експеримент са били вакуоли в мембраните на ядрата.



І.4 ДНК и генетически ефекти

Установено е, че УЗ с достатъчно висока интензивност може да доведе до деградация на ДНК в разтвор. Кавитацията предизвиква разрушаване на молекулата, докато под действието на хидродинамични напречни сили, на възникналите свободни радикали или на нагряване възникват функционални повреди. Малко вероятно е обаче това да се случи при медицинските УЗ експозиции.

Много изследвания са проведени за влиянието на УЗ върху хромозомите и върху обмена на сестрински хроматиди. Резултатите са, че УЗ поле даже при свръхвисоки интензивности (100 W/сm2) не предизвиква повреди в хромозомите.

Анализът на обмен на сестринске хроматиди (Sister Chromatid Exchange) се използва за изследване въздействието на потенциално мутагенни агенти върху клетки на млекопитаещи. Резултатите при въздействие с УЗ с интензивност до 3 W/сm2 в непрекъснат режим дават отрицателни резултати. Все пак трябва да се има предвид, че повечето изследвания са проведени in vitro, докато механизмите могат да са различни в тъкани in vivo.



І.5 Функционални изменения

УЗ може да стимулира или да подтиска функциите на клетката. Пример за стимулиращо действие е наблюдаваното увеличение на синтез на белтък при УЗ облъчване на човешки фибробласти. Повечето функционални изменения се дължат на взаимодействия на ниво външна мембрана на клетката. Известно е например, че УЗ вълна може да въздейства на електрофоретичната подвижност на клетката като променя разпределението на повърхностната плътност на електрическите заряди.



ІІ. Изследвания върху многоклетъчни организми

ІІ.1 Ефекти в костите

Тъй като поглъщането в костите е много голямо нагряването се извършва главно в повърхностния костен слой (надкостница). Опити извършвани с кучета показват, че при облъчване на млади кости с УЗ лъчение с интензивност над 1W/сm2 в непрекъснат режим, възникват удебеления на коста свързани с нейното загряване. Подобни ефекти се наблюдават и в стари кости, но процесите се развиват по-бавно.

УЗ облъчване на счупена кост е полезно в ранните фази на зарастване (фаза на възпаление и ранна фаза на разрастване), но тъй като се стимулира растене на хрущялна тъкан е вредно в късната фаза на разрастване.



ІІ.2 Ефекти в меките тъкани

Изучаването на тези ефекти е важно поради исползването на УЗ във физиотерапията. Когато се облъчват гладките мускули на млекопитаещи с УЗ над 1W/сm2 се наблюдават най-разнообразни ефекти: изменение силата на свиване на мускула, намаляване потенциала на действие в нервните влакна и др. Тези ефекти са обусловени от промяни в транспорта на йони през клетъчните мембрани, индуцирани от акустически микропотоци.

ІІ.3 Въздействие върху кръвта и кръвоносните съдове

Еритроцитите са най-малко чувствителните компоненти на кръвта към въздействието на УЗ. Само действието на нестационарна кавитация или на тулбулентни потоци може да предизвика хемолиза.

Най-чувствителните компоненти на кръвта са тромбоцитите. Независимо от мястото, където възниква хемолиза, повреждането на тромбоцитите е опасно тъй като води до образуване на тромбози. Експерименти проведени in vitro показват че праговите стойности на напречните сили в разтвор са много по-ниски за тромбоцити отколкото за еритроцити.

Опитите да се открият повредени компоненти на кръвта при УЗ облъчване на човек in vivo са били неуспешни. Трябва обаче да се има предвид, че при тъкани in vivo малки количества повредени кръвни клетки бързо се заменят от нормални клетки под действие на кръвния поток.

Показано е, че облъчването на кръвоносни съдове в полето на стояща вълна предизвиква повреди на плазматическите мембрани и на стените на кръвоносните съдове. За да се избегне образуване на стоящи вълни при терапевтичните процедури, излъчвателя на УЗ вълни трябва да се мести.

ІІ.4 УЗ в онкологията

Основните опасности при лечение на тумор с помощта на фокусиран УЗ лъч са две: 1) Да не се нагрее над допустимото ниво здрава тъкан 2) Да не се разнесат ракови клетки в здрава тъкан (индуцирана метастаза).

Точната локализация на акустическия сноп трябва да минимизира риска за нормалните тъкани. Освен това нормалната тъкан реагира на повишение на температурата чрез увеличаване на кръвотока, като предизвиква по този начин охлаждане. Не е ясно действа ли този механизъм и в раковата тъкан.

Относно втората опасност показано е при опити с мишки, че обща хипертермия (в целия обем на тялото) увеличава скороста на метастазиране. При локално нагряване (само тумора) обаче няма никакви признаци за увелечаване на метастазата.



ІІІ. Изследвания върху човешки ембриони

Тъй като УЗ визуализация се използва в акушерството широко и отдавна то ако има някои неслучайни ефекти, които магат да възникнат при облъчване с УЗ, те щяха да бъдат забелязяни и описани до настоящият момент. Такива съобщения няма и все пак за да се открият редки стохастически ефекти е необходимо да се проведе крупномащабни изследвания изискващи много средства и време. Има проведени изследвания проведени в по-малък мащаб по различни отделни признаци. Например при изследване на 1114 бременни жени е било отчетено, че в групата на жените облъчвани с видеозон има 2.7% случай на вродена ненормалност на ембрионите, докато в контролната група тези случай са били 4.8%. Изследванията по други признаци, например тегло на новороденото не дават съществена разлика в групите с УЗ облъчване и без облъчване.



Общи препоръки при УЗ облъчване

Най-големите опасности, които трябва да се избягват при всяко въздействие върху човешкия организъм са две:



  • Възникване на рак

  • Възникване на генетически увреждания.

Най-общите препоръки при УЗ облъчване и изводите от

проведените изследвания са следните:



  1. При използване на УЗ лъчение процедурите да се извършват от

квалифицирани специалисти. Да се избягва образуване на стоящи УЗ вълни в области богати на кръвоносни съдове. Да се облъчват с повишено внимание области съдържащи газове или кости поради опасноста от прегряване.

2) Няма никакви признаци, че използването на УЗ в съвременната клинична диагностика предизвиква увреждане на човешки ембрион при вътрешноутробното му развитие. Не са открити хромозомни аберации, предизвикани от УЗ облъчване, нито в майчините нито в зародишните лимфоцити.

3) При УЗ терапия на рак няма признаци за увеличаване степента на метастаза при локално нагряване на тумора. Трябва обаче добре да се фиксира областа на въздействие чрез локално нагряване както и да се избягва едновременното действие на локално нагряване и общо нагряване.

4) Не е възможно да се въведе един или няколко измеряеми параметъра, които да могат да характеризират еднозначно биофизическото въздействие на УЗ облъчване. Все пак смята се, че полезни за контрол са следните параметри:

а) За ехо-импулсните прибори подходящ контролен параметър е пиковата по прoстранство амплитуда на налягането pmax(x,t) (разликата от най-голямата и най-малката стойност) в този участък на снопа, където има най-голяма стойност (обикновено в близост до фокуса). Когато този параметър не може да се оцени може да се използват максималните интензивности по време и пространство Imax(x,t).

б) За терапевтическите, хирургическите или доплеровите диагностични прибори подобен параметър може да бъде общата (средна по времето) акустична мощност:



=S (3)
Каталог: ~tank -> MedicalAcoustics
~tank -> Програма за изчисляване на средна стойност
MedicalAcoustics -> Лекция Теоретически основи на вълновата акустика
MedicalAcoustics -> Конспект Теоретически основи на вълновата акустика
MedicalAcoustics -> Лекция 11. Биологически ефекти на акустичните вълни. Акустоелектричен ефект в електролити и дисперсни системи
MedicalAcoustics -> Лекция Нелинейни акустични ефекти в течности и биосреди
MedicalAcoustics -> Лекция Методи за приемане на акустични сигнали и за измерване на
MedicalAcoustics -> Лекция Акустична кавитация в течности и биологични среди


Сподели с приятели:




©obuch.info 2024
отнасят до администрацията

    Начална страница