Механические влияния ультразвука. Механизм кавитации при воздействии УЗИ
Выше мы уже обсуждали механизмы кавитации. Вследствие того, что значимые биологические эффекты необязательно являются тепловыми, имеется насущная необходимость обсуждать нетепловые явления, возникающие при воздействии ультразвука. Любой процесс, который может вызывать биологические эффекты без существенного нагрева тканей (например, если повышение температуры не превышает 1°С), считается нетепловым. Ультразвук есть механическое воздействие на ткани, поэтому нетепловые явления, естественно, связаны с механическими.
Существуют две категории механических явлений, вызываемых ультразвуком: кавитационные и некавитационные. Первое явление может возникать, если в тканях имеются газообразные включения, второе - когда их нет.
Газообразные включения имеют вид микропузырьков - как в легких и кишечнике, так и в других органах, или могут быть введены в случае использования контрастных ультразвуковых веществ.
Некавитационный механизм биологического воздействия ультразвука может проявиться и в отсутствие дополнительного нагрева тканей в тех случаях, когда ультразвук вызывает заметное давление излучения или вихри и акустические потоки.
Несмотря на то что кавитационный механизм биологического воздействия ультразвука достаточно известен, исследование этого явления у млекопитающих представляет определенные трудности. Имеется много исследований воздействия ультразвука на Drosophyla melanogaster, так как в ее организме присутствует воздух. Хотя работ, посвященных исследованию воздействия ультразвуковой кавитации на зародыши млекопитающих мало, было показано in vivo появление повреждений в легких у взрослых мышей. Эти исследования коррелируют с экспериментами in vitro по зависимости кавитации от частоты излучения.
Однако механизм воздействия не связан напрямую с активизацией микропузырьков газа. Для того чтобы подтвердить, связана ли чувствительность легких к ультразвуку с наличием в них воздуха, 18-дневные зародыши подвергались in utero ультразвуковому воздействию с высоким пиковым давлением (20МПа). В результате не было выявлено заметных эффектов воздействия на зародыш in situ (включая легкие), хотя величина пикового давления была примерно в 10 раз больше, чем в предыдущих случаях, когда наблюдались повреждения у взрослых особей. Как и ожидалось, заметные повреждения в кишечнике и легких у зародышей были отмечены при более высоких экспозициях.
Эти исследования подтверждают гипотезу о том, что кавитационный механизм, связанный с активностью пузырьков, необязательно существенно влияет на легкие плода.
При этом остается неясным потенциальное воздействие кавитации на другие области зародыша. Точно так же нет достаточных исследований влияния на процесс кавитации наличия контрастных газосодержащих веществ, используемых для диагностики сосудов.
Основная работа, выполненная по заказу AIUM, посвящена нетепловым механическим биоэффектам, и соответствующий доклад до сих пор вызывает широкое обсуждение известных биоэффектов и механизмов, определяющих эти биоэффекты.
