Одной из особенностей ультразвука по сравнению со звуком

Ультразвук, виды, свойства и применение

История открытия ультразвуковых волн началась в 1927 году, когда американский ученый, доктор Людвиг Дж. Прандтль, проводил исследования в области аэродинамики. Он заметил, что при прохождении звука через твердые тела, на границе между разными материалами возникают эхо-сигналы, но которые были очень слабыми и находились за пределами слышимого диапазона человеческого уха.

Ученый продолжил свои исследования и в 1930 году вместе с коллегами опубликовал статью, в которой описал свои наблюдения и предложил термин “ультразвук” для обозначения этих эхо-сигналов. Однако, его открытие не получило широкого признания и ультразвуковые волны оставались малоизученными до начала Второй мировой войны.

Во время войны ультразвук был использован для обнаружения подводных лодок и обнаружения объектов в воздухе. Это привело к увеличению интереса к ультразвуковым волнам и исследованиям в этой области.

В 1940-х годах ученые из США, Великобритании, Франции и СССР начали активно изучать свойства ультразвука и его применение в различных областях науки и техники. В 1950-х и 1960-х годах ультразвук начал использоваться в медицине, в частности, в ультразвуковой диагностике.

С тех пор ультразвук стал широко использоваться в различных областях, включая медицину, промышленность, науку и технику. Современные ультразвуковые технологии позволяют проводить высокоточные исследования и измерения, а также использовать для лечения различных заболеваний.

Виды ультразвука

Существует различные виды ультразвука, которые отличаются по частоте, длине волны и области применения и т.д:

По частоте волны:

• Низкочастотные (НЧ) — от 20 до 100 кГц.
• Среднечастотные (СЧ) — от 100 до 500 кГц.
• Высокочастотные (ВЧ) — выше 500кГц.

По типу генерации:

• Пьезоэлектрический ультразвук. Используются кристаллы, такие как кварц или титанат бария, которые при подаче электрического напряжения могут сжиматься или расширяться, создавая ультразвуковые волны.
• Магнитострикционный ультразвук. Волны создаются магнитными полями, воздействующими на специальные сплавы, например, никель или железо.
• Электромагнитный ультразвук. Ультразвуковые волны генерируются электромагнитными полями.

По способу применения:

• Контактный УЗ. Используется для непосредственного воздействия на объект.
• Иммерсионный УЗ. Объект погружается в жидкость, в которой создаются ультразвуковые волны.

По форме сигнала:

• Синусоидальный УЗ. Представляет собой синусоидальные волны.
• Импульсный ультразвук. Состоит из коротких импульсов с паузами между ними.

По типу волны:

• Продольные ультразвуковые волны, распространяющиеся параллельно направлению движения волны.
• Поперечные ультразвуковые волны, перпендикулярные направлению движения волны.

По назначению:

• Диагностический ультразвук, используемый для визуализации внутренних органов и структур.
• Терапевтический ультразвук, применяемый для лечения различных заболеваний.

По степени опасности для человека:

• Класс 1 Безопасный. Не представляет угрозы для здоровья человека.
• Класс 2. Ограниченно безопасный. Может вызывать кратковременные нежелательные эффекты у некоторых людей.
• Класс 3. Опасный. Может вызвать серьезные последствия для здоровья.

По виду применения:

• Промышленный, использующийся в различных технологических процессах.
• Медицинский, предназначенный для диагностики и лечения заболеваний.

По источникам:

• Устройства промышленного производства.
• Самодельные устройства.

В заключение, ультразвук имеет множество классификаций, и каждая из них имеет свои особенности и сферы применения. Важно знать и понимать эти классификации, чтобы правильно использовать ультразвук в различных областях деятельности.

Принцип работы ультразвука

Принцип работы ультразвука основан на преобразовании электрических сигналов в акустические волны с помощью специальных устройств – преобразователей. Этот процесс происходит в несколько этапов:

• Генерация электрических импульсов: Сначала источник УЗ (например, генератор сигналов) генерирует электрические импульсы определенной частоты. Эти импульсы будут управлять работой ультразвукового преобразователя.
• Преобразование электрических импульсов в механические колебания: Ультразвуковой преобразователь принимает электрические импульсы и преобразует их в механические колебания. Это происходит благодаря пьезоэлектрическому эффекту – изменению размеров некоторых материалов при подаче на них электрического напряжения.

• Распространение механических колебаний в среде: Механические колебания распространяются в среде (обычно это жидкость или газ), создавая акустические волны. Эти волны создают изменения давления в среде, которые затем воспринимаются как звук.
• Прием и обработка акустических сигналов: Если ультразвуковые волны используются для получения информации об объекте или среде, то они отражаются от объекта и возвращаются обратно к преобразователю. Здесь они снова преобразуются в электрические сигналы, которые могут быть обработаны и проанализированы.

Важно отметить, что частота ультразвуковых волн определяет их проникающую способность и возможности применения. Более высокие частоты обеспечивают лучшее разрешение и проникающую способность, но имеют более короткое расстояние распространения. Напротив, более низкие частоты имеют большую дальность распространения, но худшее разрешение.

Свойства ультразвука

Ультразвук — это звуковые волны, частота которых превышает 20 кГц (т.е. выше порога слышимости человеческого уха). Основные характеристики ультразвука включают в себя:

• Частота: обычно находится в диапазоне от 20 до 500 кГц. Более высокая частота обычно ассоциируется с более высокой интенсивностью звука и лучшими возможностями для его применения.
• Длина волны: обратно пропорциональная частоте. Ультразвуковые волны имеют очень короткие длины волн, от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров.
• Интенсивность: измеряется в Вт/м^2 и показывает количество энергии, переносимой ультразвуком через единицу площади. Интенсивность ультразвука может варьироваться от очень низкой до достаточно высокой, чтобы вызвать различные физические эффекты.
• Давление ультразвука: это переменное акустическое давление, возникающее из-за сжатия и расширения среды под воздействием ультразвуковых волн.
• Мощность: определяется как энергия, переносимая ультразвуковыми волнами через единицу площади в единицу времени. Измеряется в ваттах (Вт).

• Направление распространения: может быть продольным (сжатие и растяжение среды) или поперечным (колебания среды перпендикулярны направлению распространения).
• Поляризация: описывает ориентацию колебаний частиц в среде относительно направления распространения ультразвуковых волн. Может быть линейной, круговой или эллиптической.
• Вид модуляции: непрерывные ультразвуковые волны (CW) или импульсные.
• Взаимодействие ультразвука с веществом: зависит от частоты, интенсивности и вида модуляции ультразвука, а также от свойств материала. Может приводить к различным эффектам, таким как кавитация, нагрев, массаж и другие.

Частота ультразвука

Частота ультразвука — это число колебаний звуковых волн в секунду. В отличие от обычного звука, ультразвук имеет частоты выше 20 килогерц, что делает его неслышимым для человеческого уха. Он используется в различных областях, включая медицину, промышленность и науку.

УЗ обладает рядом уникальных свойств, которые делают его привлекательным для применения в разных сферах. Например, он может проходить через некоторые материалы, не вызывая заметных потерь, и может быть сфокусирован в очень узкий луч. Это делает его идеальным для использования в диагностике и терапии, например, в ультразвуковой диагностике (УЗИ) и ультразвуковой терапии.

Ниже приведены некоторые из наиболее распространенных диапазонов частот, используемых в различных приложениях:

• Ультразвуковая диагностика (медицинское использование): обычно используются частоты от 2 МГц до 15 МГц.
• Ультразвуковые очистители: работают в диапазоне от 25 кГц до 45 кГц, что позволяет очищать мелкие детали без повреждения поверхности.
• Ультразвуковое тестирование материалов: используются частоты от нескольких сотен кГц до нескольких МГц для определения свойств материалов.
• Ультразвуковой контроль сварных швов: применяется частота около 20 МГц для обнаружения дефектов сварных швов.
• Ультразвуковая очистка воздуха: для очистки воздуха от пыли и других загрязнений используются частоты в диапазоне от 50 кГц до 300 кГц.
• Ультразвуковая обработка пищевых продуктов: применяются частоты от 20 до 400 кГц для улучшения качества и продления срока хранения продуктов.
• Ультразвуковое исследование тканей: для исследования тканей используется частота около 10 МГц.

Выбор конкретной частоты ультразвука зависит от конкретного применения и требуемых характеристик.

Скорость ультразвука

Скорость ультразвука — это скорость, с которой ультразвуковые волны распространяются в среде. Ультразвук — это звуковые волны, частота которых превышает 20 килогерц, что находится за пределами слышимости человеческого уха. В связи с этим, для его генерации и приема используются специальные устройства — ультразвуковые преобразователи.

Скорость ультразвука зависит от нескольких факторов, включая свойства среды (например, плотность, вязкость, упругость), частоту ультразвуковых волн и наличие примесей в среде. В общем случае, скорость ультразвука увеличивается с увеличением упругости и плотности среды.

В воздухе скорость ультразвука составляет около 330 метров в секунду, в воде — около 1500 метров в секунду. В мягких тканях организма человека, таких как мышцы и жир, скорость ультразвука варьируется от 1400 до 1600 метров в секунду в зависимости от типа ткани. В костях скорость ультразвука может достигать 4000 метров в секунду и выше.

Знание скорости ультразвука важно для различных медицинских применений, таких как ультразвуковая диагностика, лечение ультразвуком и т.д.

Это позволяет точно определить расстояние между источником ультразвука и исследуемым объектом, а также время, необходимое для прохождения ультразвуковых волн через среду.

Применение ультразвука

Ультразвук широко используется в различных отраслях:

• промышленности,
• медицине,
• косметологии,
• сельском хозяйстве,
• пищевой промышленности,
• электронике,
• науке и исследовании.

Применение ультразвука в природе

Ультразвук в природе окружают нас повсюду, и многие живые существа используют их для коммуникации, навигации и ориентации в пространстве.

Эхолокация

Способность животных определять свое местоположение и ориентироваться в окружающей среде при помощи ультразвука. Многие виды летучих мышей и дельфинов используют ультразвук для обнаружения объектов и определения расстояния до них. Они испускают сигнал, который отражается от объектов и возвращается к ним, позволяя им определить их положение и форму.

Общение

Ультразвуковые сигналы используются животными для общения на больших расстояниях. Некоторые виды птиц и насекомых издают ультразвуковые звуки для привлечения партнеров или предупреждения об опасности.

Обнаружение добычи

Некоторые животные, такие как совы и койоты, используют ультразвуковые волны для обнаружения движений своей добычи. Эти звуки отражаются от движущихся объектов, что позволяет животным определить их местоположение и размер.

Навигация

Некоторые птицы, например, голуби, используют магнитное поле Земли для навигации. Они могут улавливать магнитные поля, создаваемые магнитным полем Земли, при помощи своих ушей. Уши голубей способны воспринимать ультразвуковые колебания магнитного поля Земли, что помогает им ориентироваться и находить дорогу домой.

Ультразвуковая мимикрия

Некоторые виды рыб и насекомых имитируют звуки, издаваемые другими существами, чтобы отпугнуть хищников или привлечь добычу. Например, некоторые виды цикад и сверчков могут генерировать ультразвуковые частоты, которые отпугивают хищников.

Биологическое воздействие

Ультразвук может оказывать влияние на поведение и физиологию живых существ. Например, ультразвук может стимулировать рост растений и микроорганизмов, а также подавлять развитие патогенных бактерий.

В целом, ультразвук играет важную роль в жизни многих животных и растений, помогая им ориентироваться в пространстве, общаться, находить добычу и избегать хищников.

Применение ультразвука в технике

Ультразвук в технике используется для различных целей, таких как:

• Измерение расстояний: Ультразвуковые датчики используются для измерения расстояний, размеров и скоростей объектов. Они работают, посылая звуковые волны и измеряя время, необходимое для возвращения отраженного сигнала.
• Контроль качества материалов: Ультразвуковой метод применяется для оценки степени однородности и прочности материалов. Ультразвуковые волны рассеиваются по-разному в зависимости от структуры материала, что позволяет определить его качество.
• Дефектоскопия: Ультразвуковая дефектоскопия используется для обнаружения внутренних дефектов в материалах, таких как трещины, поры и включения. Это важно для обеспечения надежности и безопасности конструкций.
• Сварка пластмасс: Ультразвук используется для сварки пластмассовых деталей. Он обеспечивает равномерное соединение без перегрева и изменения свойств материала.

• Очистка деталей: Ультразвуковые ванны используются для очистки деталей от загрязнений, таких как масла, жиры и остатки клея. Ванна заполняется специальным раствором, и детали помещаются в нее. Ультразвук создает множество микроскопических пузырьков, которые разрушают загрязнения и облегчают их удаление.
• Обработка материалов: Ультразвуковое воздействие может изменять свойства материалов, такие как прочность, твердость и износостойкость. Это может быть использовано для улучшения качества изделий и повышения их долговечности.
• Производство композитных материалов: Композитные материалы, состоящие из двух или более различных материалов, могут быть изготовлены с использованием ультразвука. Например, в производстве углеродных волокон ультразвук используется для соединения волокон с полимерными связующими материалами.
• Полировка и шлифовка: Ультразвуковые инструменты используются для полировки и шлифовки металлических и неметаллических поверхностей. Они обеспечивают равномерную обработку поверхности с минимальными усилиями со стороны оператора.
• Медицина: Ультразвук также используется в медицине для диагностики и лечения различных заболеваний, таких как рак, болезни сердца и неврологические расстройства.

Чистка ультразвуком

Ультразвуковая чистка — это косметологическая процедура, направленная на очищение и обновление кожи лица.

Она выполняется с использованием специального прибора, который создает ультразвуковые волны высокой частоты (от 20 до 30 кГц). Этот метод подходит для всех типов кожи и не вызывает неприятных ощущений.

Суть процедуры заключается в том, что ультразвуковые колебания создают в коже микровибрации, которые способствуют отделению омертвевших клеток эпидермиса и загрязнений из пор. В результате кожа становится более гладкой, мягкой и сияющей.

Ультразвук

Ультразвук — механические колебания частиц упругой среды с частотой свыше 20 кГц, распространяющиеся в виде волн, что приводит к попеременному сжатию и разрежению вещества, через которое проходит ультразвуковая волна. Можно выделить три основных направления применения ультразвука (УЗ) в медицине: диагностическое, хирургическое и физиотерапевтическое.

Ультразвуковая терапия — лечебный метод, при котором на ткани пациента воздействуют контактно непрерывным или импульсным ультразвуком высокой частоты (около 1 или 3 МГц) небольшой интенсивности (до 3 Вт/см 2 ).

Физическая характеристика фактора. Как колебательный процесс УЗ характеризуется частотой, амплитудой, колебательной скоростью, переменным и постоянным звуковым давлением, интенсивностью и мощностью. В физиотерапии обычно применяют высокочастотный УЗ с частотой около 1 МГц (0,81; 0,88; 0,90; 0,97; 1,0) и около 3 МГц (2,64; 2,95; 3,0). Отечественные аппараты генерируют УЗ частотой 0,88 и 2,64 МГц. В последние годы в отечественной физиотерапии стали использовать с терапевтическими целями низкочастот­ный УЗ (22 и 44 кГц) от аппарата «Барвинок».

При распространении УЗ частицы среды колеблются относительно состояния покоя, передавая энергию движения соседним частицам. Амплитуда колебания (максимальное смещение колеблющихся частиц от положения равновесия) зависит от силы звука и свойства тканей, при средних интенсивностях она невелика и не превышает нескольких ангстрем. Скорость распространения УЗ зависит от упругих свойств среды и ее плотности. Свойство среды проводить звуковую энергию характеризуется акустическим сопротивлением (произведение плотности среды на скорость распространения в ней УЗ-волн). Чем выше оно, тем выше степень сжатия и разрежения среды при данной амплитуде колебания частиц. В воздухе скорость распространения УЗ равна приблизительно 330 м/с, в воде — около 1500 м/с, в сыворотке крови — 1520 м/с, в мягких тканях организма со средней плотностью 1060 кг/м3 — 1540 м/с, в костной ткани — 3350 м/с. Общее соотношение между длиной волны (k), частотой (f) и скоростью распространения акустической энергии (С) выражается формулой:

Существование зон сжатия и разрежения в волновом процессе обусловливает возникновение акустического давления. Звуковое или акустическое давление в среде представляет собой разность между мгновенным значением давления в данной точке при наличии УЗ-колебаний и статическим давлением в той же области при их отсутствии. Так как величина переменного звукового давления колеблется, принимая положительное значение в области сжатия и отрицательное — в следующей за ней области разрежения, то говорят об амплитуде переменного звукового давления. Амплитуда этого давления прежде всего зависит от акустического сопротивления среды и интенсивности УЗ. При среднем значении волнового сопротивления тканей человека и средней интенсивности УЗ (2 Вт/см 2 ) амплитуда звукового давления будет ±2,6 атм. Таких изменений давления при частоте 880 кГц происходит 880 000 в секунду.

Наличие участков сгущения и разрежения среды при распространении бегущей УЗ-волны создает добавочное изменение давления в среде по отношению к окружающему ее внешнему давлению, так называемое постоянное, или радиационное давление. Направление этого давления зависит от плотности среды и всегда направлено в сторону среды с меньшей плотностью. По величине оно значительно меньше переменного, в связи с чем вносит несущественный вклад в биологическое действие УЗ. Его используют для измерения мощности УЗ-колебаний в лечебных аппаратах и для получения аэрозолей.

Важными энергетическими параметрами УЗ являются его мощность и интенсивность. Мощность представляет собой энергию, переносимую в единицу времени через всю поверхность, перпендикулярную распространению УЗ-волны, и выражается в ваттах (Вт). Интенсивность (сила) УЗ — поток акустической энергии, переносимой в единицу времени через единицу поверхности излучателя. Иными словами, это мощность, отнесенная к единице поверхности; измеряется в кт/см 2 . Различают пороговую интенсивность биологического действия УЗ (0,01 Вт/см 2 ). Нижняя граница терапевтического действия УЗ лежит в пределах 0,05—0,1 Вт/см 2 , а верхняя граница терапевтической интенсивности УЗ, согласно решению Международной электротехнической комиссии (1963 г.), не должна превышать 3 Вт/см 2 . Отечественная физиотерапия предпочитает низкий уровень интенсивности и подразделяет ее на малые (0,05—0,4 Вт/см 2 ), средние (0,5—0,8 Вт/см 2 ) и большие (0,9—1,2 Вт/см 2 ).

Распространение УЗ возможно в любой среде. Упругие волны в газах и жидкостях являются продольными, т. е. час­тицы среды при этом колеблются в направлении распространения УЗ. При переходе акустической энергии из одной среды в другую на их границе возможно ее отражение, преломление и поглощение.

Отражение УЗ существенно зависит от акустического сопротивления среды и угла падения. Если акустическое сопротивление сред одинаково, УЗ без потерь переходит из одной среды в другую. В связи с тем, что акустическое сопротивление мягких тканей человека (эпидермис — дерма — фасция — мышца) различается незначительно, то на их границе будет происходить только преломление УЗ, а на границе мышца — надкостница — кость в связи с тем, что акустическое сопротивление кости в 4 раза выше, чем мышцы, на границе их раздела обратно в мягкие ткани отразится до 40% УЗ-энергии. Чем больше разница акустического сопротивления двух сред, тем больше на их границе отразится УЗ-энер­гии. Так как акустическое сопротивление воздуха в 3000 раз меньше акустического сопротивления мягких тканей человека, то на их границе происходит практически полное отражение УЗ-энергии (99,8%). В связи с этим основным требованием УЗ-терапии является обеспечение полного акустического контакта излучающей головки с озвучиваемым участком тела пациента. Особое внимание обращается на удаление воздушных пузырьков в этом пространстве, что достигается применением контактных сред — вазелиновое, подсолнечное и др. масла, глицерин, вода, а лучше всего специальных гелей — Aquasonic ultrasound и др. Отражение УЗ-энергии зависит от угла падения, увеличиваясь при его увеличении, поэтому важно во время процедуры излучатель располагать перпендикулярно озвучиваемой поверхности.

Поглощение УЗ зависит от его частоты и плотности тканей. Чем больше частота УЗ, тем больше коэффициент его поглощения и тем самым меньше глубина его проникновения (расстояние от поверхности в глубь тканей, на котором количество УЗ-энергии уменьшается в 2,7 раза, так называемая величина полупоглощающего слоя). В условиях целостного организма УЗ-энергия частотой 880 кГц распространяется на глубину до 3—5 см, а частотой 2,64 МГц — на 1,5— 2 см. Коэффициент поглощения УЗ зависит и от плотности тканей. Чем больше плотность и выше вязкость среды, тем больше энергии затрачивается на преодоление сил сцепления между частицами, тем больше поглощается энергии. Больше всего поглощает УЗ костная ткань, хорошо поглощают УЗ мышечная, нервная ткани, плохо — жировая ткань. Глубина проникновения УЗ-энергии в кость — 0,3 см, в мышцы — 5 см, в жировую ткань — 10 см. Малые потери энергии в слоях жировой ткани, а, следовательно, незначительный их нагрев при достаточном проникновении энергии в мышцы, обеспечивают хорошие условия для терапевтического применения УЗ. Вместе с тем, распределение УЗ-энергии между слоями тканей имеет характерную особенность, заключающуюся в интенсивном нагреве костной ткани, что отличает действие УЗ от действия электромагнитных волн и должно учитываться при проведении УЗ-терапии. В связи с вышеизложенным, аппараты, генерирующие УЗ частотой 880 кГц, предназначены для воздействия на органы и ткани, лишенные до глубины 4—6 см костных включений, а аппараты, генерирующие УЗ-колебания частотой 2,64 МГц, предназначены для озвучивания тканей на глубину 1,5—2 см.

Механизм лечебного действия. При прохождении через вязкую среду УЗ-энергия затухает за счет ее поглощения и оказывает на биологические системы и ткани комплексное воздействие — механическое, тепловое и физико-химическое.

Механическое действие УЗ связано с колебательным смещением частиц среды в УЗ-волне и возникающим при этом переменным акустическим давлением. Особенно важно влияние механического компонента действия УЗ для озвучиваемой ткани при интенсивности 1—2 Вт/см 2 и частоте 1 МГц, когда величина смещения частиц достигает порога чувствительности механорецепторов. Микровибрация на клеточном и субклеточном уровнях вызывает перемещение внутриклеточных структур и, изменяя их пространственные взаимоположения, стимулирует функции клеточных элементов и клетки в целом, повышает чувствительность их к действию физических и химических агентов. С переменным акустическим давлением связано и образование цитоплазматических микропотоков — перенос вещества благодаря акустическим микротечениям около мембран клеток, что приводит к временным и обратимым нарушениям архитектоники внешних и внутренних клеточных поверхностей. Все это приводит к повышению проницаемости клеточных и тканевых мембран, гистогематических барьеров, к стимуляции микроциркуляторных процессов, ибо мембраны клеток являются первичной мишенью воздействия ультразвука. Под влиянием терапевтических доз УЗ усиливается мембранный транспорт таких ионов как калий, натрий, кальций и магний, а также усиливается АТФ-азная активность ферментов, ведающих транспортом этих ионов. Ингибирование этих ферментов приводит к необратимым УЗ-эффектам и падению до нуля трансмембранного потенциала.

Механическим действием УЗ обусловлены нарушение вязкости растворов, их оптической плотности, устойчивости белков к ферментам, разжижение коллоидов, разрыв коллоидных агрегатов на более мелкие частицы.

Тепловой эффект связан с поглощением УЗ-энергии в объекте и превращением акустической энергии в тепловую. Важным компонентом теплообразования, связанным с самой природой УЗ, является известный факт повышения температуры среды при ее сжатии. Кроме того, разница в движении частиц на границе раздела сред при воздействии УЗ сопровождается образованием тепла, особенно значительным тогда, когда акустическое сопротивление этих сред сильно отличается. В живых тканях благодаря охлаждающему действию циркулирующей крови, теплопроводности тканей большого повышения температуры озвучиваемых тканей не наблюдается (обычно до ГС). За счет усиления кровообращения из зоны воздействия уносится до 80% образовавшегося тепла, за счет теплопроводности тканей — 20%. В настоящее время, когда в лечебной практике используются значительно более низкие интенсивности, чем в первые годы становления УЗ-терапии, тепловому действию УЗ отводится значительно меньшее значение в механизме лечебного действия, однако полностью оно не исключается. Выраженная трансформация механической энергии в тепловую возможна при стабильной методике воздействия средними и большими интенсивностями в непрерывном режиме генерации УЗ.

Наиболее опасны термические эффекты УЗ на границе с костной тканью. С тепловым действием УЗ связаны увеличение кровотока в озвученных тканях, расширение кровеносных сосудов, улучшение микроциркуляции, увеличение поступления кислорода в ткани, увеличение проницаемости клеточных мембран, уменьшение спастических явлений. Высокий коэффициент поглощения УЗ тканями с большими молекулами обусловливает заметное нагревание коллагено-содержащих тканей, что сопровождается увеличением растяжимости сухожилий, повышением эластичности рубцовой ткани, увеличением амплитуды движений в суставах при их контрактуре.

Уменьшить тепловую нагрузку на ткани при озвучивании можно не только снижением интенсивности, но и применением импульсного (пульсирующего) режима, когда энергия подается в виде отдельных порций с различной частотой (50, 100, 200 Гц), различной формы импульса (прямоугольные, треугольные, полусинусоидальные) и разной скважности (отношение длительности всего периода к длительности импульса). В отечественной физиотерапии аппараты генерируют импульсы частотой 50 Гц, форма их прямоугольная, длительность подачи импульса имеет три варианта — 2, 4 и 10 мс. Дискутируется вопрос о том, что основное достоинство импульсного УЗ может оказаться не в снижении тепловой нагрузки, а в возможности более целенаправленно влиять на ту или иную ткань частотой следования импульсов, специально подобранной для лечения конкретного заболевания. Исследования на молекулярном и клеточном уровне, на лабораторных животных убедительно доказывают большую эффективность импульсного УЗ, однако не позволяют сделать окончательный выбор частоты, оптимальной для целей терапии, в силу зависимости биологического ответа не только от типа ткани, но и вида животного.

В настоящее время импульсный УЗ, в сравнении с непрерывным, рассматривается отечественными физиотерапевтами как более «мягкий» по переносимости в период воздействия, особенно при наличии у больного выраженной активности воспалительного или болевого синдрома, инфекционно-аллергического фона, вегетативно-сосудистых нарушений.

Физико-химическое действие УЗ характеризуется многообразными реакциями, возникающими в поле УЗ-волн. Ультразвук рассматривается как физический катализатор физико-химических, биохимических и биофизических процессов в организме. Преимущественно и, главное, как первичный процесс физико-химическое действие УЗ оказывает в коже и поверхностнорасположенных тканях, хотя оно отмечается и в других органах и системах. УЗ оказывает влияние на окислительные процессы, небольшие интенсивности УЗ повышают функциональную активность митохондрий и тканевого дыхания, усиливают гликолитические процессы и биологическое окисление. УЗ в терапевтических дозах (до 3 Вт/см 2 ) вызывает щелочной сдвиг концентрации водородных ионов В подкожном слое; переход же алкалоза в ацидоз можно рассматривать как верный признак начинающегося повреждения тканей. Озвучивание тканей сопровождается освобождением и образованием биологически активных веществ (гистамин, гистаминоподобные вещества, серотонин), а также увеличением гормонообразования в коре надпочечников, активности ионов, гормонов и других соединений вследствие перехода их в свободное состояние, генерацией свободных радикалов.

Рассмотренные стороны биологического действия УЗ взаимосвязаны; их проявления трудно разграничить. Влияние УЗ на физико-химические и биохимические процессы тесно переплетается с механическим и тепловым. Преобладание какого-либо из перечисленных процессов зависит от многих причин и условий. Обладая способностью проникать относительно глубоко в ткани, УЗ может оказывать влияние как через экстеро-, так и интерорецепторы. О высокой чувствительности нервных окончаний к УЗ свидетельствует возникновение боли при превышении дозы. Действие УЗ на организм определяется совокупностью местных изменений, возникающих в озвученных тканях, и общих реакций, развивающихся по нейрорефлекторным и нейрогуморальным механизмам, и существенно зависит от области и интенсивности воздействия, морфофункциональных особенностей ткани. Неврогенное (рефлекторное) действие УЗ, наиболее выраженное при использовании более низких частот, проявляется в изменении деятельности различных отделов нервной системы и внутренних органов.

Характер изменений в тканях зависит от дозы воздействия (интенсивность, режим, продолжительность). Большие дозы вызывают деструктивные изменения в органах и тканях (разрывы кожных сосудов, отделение мышц от надкостницы, потеря мышцами поперечнополосатой исчерченности, набухание и пикноз ядер, утолщение надкостницы, а затем перелом кости в зонах роста, деформация костной ткани; разрушение клеточных структур — разрыв ядра, оболочки; некрозы и инфаркты в органах и др.), а малые дозы оказывают стимулирующее влияние на органы и ткани.

Благодаря изменению кровообращения и улучшению обменных процессов малые дозы УЗ стимулируют регенеративные процессы в тканях (ускорение заживления ран, регенерации нервного волокна, костной ткани и др.). Малые дозы УЗ усиливают процессы рассасывания, улучшают отток, оказывают обезболивающее действие, механизм формирования которого связан не только с тепловым действием УЗ (усиление кровообращения, процессов рассасывания и связанное с этим уменьшение сдавления нервных окончаний), но и с не-тепловым его влиянием. Болеутоляющий эффект УЗ связан и с его нервно-блокирующим действием при особой чувствительности к УЗ тонких безмиелиновых волокон периферического нерва. Сначала имеет место короткое повышение возбудимости и проводимости, а затем функциональное (обратимое) блокирование. При гистологическом исследовании в нейронах узлов солнечного сплетения и межпозвонковых симпатических ганглиев обнаруживаются обратимые изменения в виде гиперемии, вакуолизации, тигролиза, что рассматривается как своеобразное (функционально обратимое) блокирование элементов нервной системы, отчасти напоминающее действие новокаина.

Малые дозы УЗ оказывают спазмолитическое действие, снимают спазм сосудов, бронхов, пилоруса, мышц. Выявлено влияние УЗ на центральную нервную систему. Так, при лечении больных малыми дозами УЗ наблюдается нормализация электромиографических и электроэнцефалографических кривых, улучшается выраженность альфа-ритма; известно антипарабиотическое действие ультразвука. Малые дозы УЗ оказывают нормализующее влияние и на функцию симпатоадреналовой системы, функцию системы гипофиз — кора надпочечников, щитовидной железы. Под влиянием малых доз УЗ наблюдается повышение функциональной лабильности возбудимых тканей, выражено нормализующее влияние на электрическую возбудимость нервно-мышечного аппарата.

Таким образом, все вышесказанное свидетельствует о том, что малые дозы играют роль активного стимулятора функций организма с улучшением, гомеостаза.

Многообразное действие УЗ на организм объясняет успешное применение его при различных заболеваниях практически во всех клинических специальностях. Наиболее часто применяется УЗ при травматических повреждениях мышечно-связочного аппарата, заболеваниях и травмах суставов и позвоночника, заболеваниях и травмах периферической нервной системы, особенно протекающих с болевым синдромом, болезнях органов пищеварения, многих заболеваниях кожи, глаз, полости рта и зубов, заболеваниях женской и мужской половых систем, рубцово-спаечных процессах и других заболеваниях.

Широкое применение УЗ в неврологии связано с его болеутоляющим, противовоспалительным и антиспастическим действием, в основном при заболеваниях периферической нервной системы. Малые дозы стимулируют регенеративные процессы и обмен веществ в нервах, особенно при их травмах и повреждениях, улучшают показатели электровозбудимости, биоэлектрическую активность нервно-мышечного аппарата, положительно влияют на корковую нейродинамику и функцию высших вегетативных центров, обмен веществ в мозговой ткани.

Всесторонне обосновано применение УЗ при заболеваниях и травмах опорно-двигательного аппарата. Помимо болеутоляющего, противовоспалительного и рассасывающего действия УЗ, благоприятного влияния его на крово- и лимфообращение, тканевую трофику, при заболеваниях суставов важно специфическое влияние УЗ на функцию соединительной ткани (стимуляция в ней обмена нуклеиновых кислот, активности тучноклеточного аппарата, увеличение ее эластичности и растяжимости). Определенное значение при заболеваниях суставов имеет при УЗ-терапии улучшение функции симпатоадреналовой системы и нормализация водно-солевого обмена. Малые дозировки УЗ тормозят развитие дистрофического процесса при травмах суставов, стимулируют консолидацию костной ткани после перелома, способствуют рассасыванию воспалительных инфильтратов в поврежденном диске при остеохондрозе, восстановлению структуры фиброзного кольца и пульпитного ядра с накоплением в нем гликогена и кислых мукополисахаридов.

Терапевтический эффект УЗ при заболеваниях внутренних органов в определенной мере связан с противовоспалительным, обезболивающим, спазмолитическим, рассасывающим и десенсибилизирующим действием малоинтенсивного УЗ, нормализующим и стимулирующим его влияние на функциональное состояние внутренних органов и обмен веществ в них.

При заболеваниях бронхолегочной системы действие УЗ на легкое осуществляется по типу кожно-висцерального и плевропульмонального рефлексов, ибо экспериментально доказано, что глубина проникновения УЗ в ткань легкого не превышает 3 мм, следовательно при озвучивании грудной клетки УЗ достигает только поверхности висцеральной плевры, а при озвучивании межреберных промежутков вызывает изменение тонуса мышц всего легкого. Малые интенсивности УЗ оказывают отчетливое бронхолитическое действие, снижают давление в большом круге кровообращения и легочной , артерии. При этом прекращается одышка, уменьшается или прекращается выделение мокроты, уменьшаются явления воспаления. При пневмониях лечебное действие УЗ связано с гипосенсибилизацией организма к микробным аллергенам и возрастанием резистентности организма.

У больных туберкулезом УЗ содействует рубцеванию кавернозных полостей, повышает концентрацию вводимых антибиотиков в каверне, улучшает состояние бронхолегочного аппарата, реактивность организма.

УЗ-поле частотой 880 кГц дает возможность эффективного воздействия и на органы пищеварения. Однако наличие УЗ-колебаний на задней стенке желудка регистрируется лишь при заполнении желудка водой и в положении больного сидя или стоя (при оттеснении воздуха в дно желудка). Особенно эффективен УЗ при гиперкинетическом и гипоацидном состоянии желудка; при гипокинетическом и гиперацидном состоянии УЗ-процедуры менее эффективны. Выявлены выраженное обезболивающее действие УЗ, исчезновение диспептических явлений, нормализация деятельности нарушенных функций желудка и кишечника, положительная динамика со стороны вегетативных нарушений, рубцевание язвенного дефекта. При дискинезии кишечника, хронических запорах УЗ способствует восстановлению моторной функции кишечника, преимущественно при спастической, гипертонической формах колита.

Озвучивание малоинтенсивным УЗ правого подреберья снижает проявления воспалительной реакции при воспалительных заболеваниях гепатобилиарной системы, сопровождается умеренным увеличением объемного кровотока, нормализацией обменных процессов в ткани печени при вторичном гепатите, благоприятно влияет на функциональное состояние печени с улучшением процессов желчеобразования и желчеотделения при восстановительном лечении больных в ранние сроки после холецистэктомии.

Терапевтический успех УЗ в гинекологической практике связан с его противовоспалительным, анальгезирующим и фибринолитическим действием, а также с его способностью усиливать обменно-трофические процессы в тканях, способствовать развитию артериальных и венозных коллатералей. Немаловажно и стимулирующее влияние небольших интенсивностей УЗ на гормональную активность яичников и других эндокринных систем, что приводит к нормализации овариально-менструального цикла.

В оториноларингологии УЗ-терапия наиболее эффективна при лечении больных хроническим тонзиллитом компенсированной и субкомпенсированной форм, хроническим гайморитом, а также некоторыми доброкачественными образованиями гортани (узелки, полипы, гранулемы). Доказано, что бозы УЗ ДО 1 Вт/см 2 оказывают стимулирующее влияние на биологические свойства нёбных миндалин и повышают их устойчивость к патогенным воздействиям; под влиянием УЗ происходят фрагментация лакунарного детрита и очищение лакун, а также улучшение кровообращения в миндалинах. Малые и средние дозы УЗ способствуют ликвидации воспаления, повышению обменных процессов и улучшению кровообращения в слизистой носа и околоносовых пазух.

Основанием к использованию УЗ в офтальмологии послужили такие его свойства, как способность повышать интенсивность обменных процессов, ускорять рассасывание инфильтратов, экссудатов и кровоизлияний, оказывать противовоспалительное и анальгезирующее действие, создавать предпосылки для нежного рубцевания.

Причинами, сдерживающими и ограничивающими лечебное применение УЗ в кардиологии, были многочисленные исследования, выполненные в период становления УЗ-терапии и свидетельствующие о высокой чувствительности и ча­стых неблагоприятных реакциях сердечно-сосудистой системы на воздействие УЗ, особенно при ее патологии. Переход отечественной физиотерапии на более низкие интенсивности позволил констатировать прежде всего косвенное положительное влияние малоинтенсивного УЗ на функциональное состояние сердечно-сосудистой системы (улучшение биоэлектрической активности и сократительной способности миокарда, кардиогемодинамики) при лечении самой разнообразной патологии. Публикации последних лет свидетельствуют и о прямом благоприятном влиянии малых доз УЗ на сердечно-сосудистую систему и при непосредственном воздействии на сердце. Экспериментально и клинически обосновывается возможность и целесообразность применения малых доз УЗ при инфаркте миокарда, так как УЗ улучшает коронарный кровоток, ограничивает зону ишемии, резко снижает частоту приступов стенокардии. Гипотензивное действие УЗ используется при лечении гипертонической болезни I—II стадии; успешно применение малых интенсивностей УЗ при лечении атеросклеротических окклюзии сосудов нижних конечностей.

Техника и методика. Одним из важнейших условий эффективности УЗ-терапии является правильность подбора параметров воздействия. Зная общие принципы выбора параметров УЗ, показания и противопоказания к его назначению, можно назначить оптимальное воздействие УЗ с учетом индивидуальных особенностей организма.

Локализация воздействия. В УЗ-терапии нет общих процедур, воздействие всегда оказывается на ограниченный по площади участок тела, условно называемый полем, площадь которого в среднем равна 150—200 см 2 . Озвучивают обычно патологический очаг (сустав, область проекции нервного ствола, сосуда, мышцы, болевых зон, точек, рубцов или накожную проекцию того или иного внутреннего органа) — так называемое прямое озвучивание. При невозможности прямого озвучивания воздействуют на соответствующие симметричные участки тела, рефлексогенные зоны или паравертебрально на соответствующий сегмент спинного мозга (косвенное озвучивание). Паравертебральная область обычно делится на 6 полей: шейное, грудное и пояснично-крестцовое справа и слева. Одно поле при этом — продольная полоса шириной до 5—10 см, отступя на 2 см кнаружи от остистых отростков в соответствующем отделе позвоночника. За одну процедуру можно озвучить до 3—5 полей. Нельзя применять УЗ на костные выступы (локоть, надколенник, лодыжки и т. д.), ткани с тяжелым нарушением кровообращения и чувствительности, на область сердца, беременной матки, головной и спинной мозг. С осторожностью следует подходить к озвучиванию эндокринных органов, вегетативных шейных симпатических узлов.

Методика воздействия. Различают подвижную методику воздействия, когда излучатель медленно, со скоростью 1—2 см/с передвигается в зоне воздействия, предварительно смазанной контактной средой, и неподвижную, когда излучатель неподвижно в течение всей процедуры находится в зоне воздействия. На неровных участках тела (кисти, стопы, рубцы, локоть и др.), на чувствительных к давлению местах воздействие УЗ проводится через воду в ванночке (субаквальная методика), при этом водонепроницаемая звуковая головка перемещается на расстояние 1—2 см вдоль предназначенного для лечения места, или укрепляется неподвижно над центром воздействия.

Выбор частоты зависит от глубины расположения органов и тканей, подлежащих воздействию; при поверхностном их расположении применяют УЗ частотой 2,64 МГц, в остальных случаях — 880 кГц. УЗ-колебаниям частотой 2,64 МГц должно быть отдано предпочтение в дерматологии, в офтальмологии при заболеваниях переднего отдела глаза и кожи век, в оториноларингологии при непосредственном воздействии на слизистую носа, на миндалины при внутриротовом воздействии и при внутригортанном воздействии при доброкачественных образованиях гортани, в стоматологии, в неврологии — при заболеваниях и травмах лицевого, тройничного нервов, в урологии — при внутрипузырном и внутриуретальном воздействии, в хирургии — при воздействии на раны, язвы, панариций, рубцовые изменения, в артрологии — при заболевании мелких суставов кистей и стоп, в гинекологии — ПРИ лечении трещин сосков, зуде вульвы.

Выбор режима генерации УЗ-колебаний. Импульсный режим, как более щадящий, в настоящее время можно рекомендовать при преобладании в картине заболевания сосудистых, нервно-вегетативных проявлений, при выраженном болевом синдроме, при воздействии паравертебрально. При озвучивании мягких тканей, суставов, внутренних органов, как правило, используют непрерывный режим УЗ.

Интенсивность является одним из основных дозиметрических параметров УЗ. С лечебной целью отечественная физиотерапия использует малые (0,05—0,4 Вт/см 2 ) и средние (0,5—0,8 Вт/см 2 ) дозировки. При выборе интенсивности учитывается не только характер, острота и тяжесть патологического процесса, но и методика и локализация воздействия. При этом следует руководствоваться тем, что: 1) чем острее процесс, тем меньше дозировка УЗ; 2) при стабильной мето­дике интенсивность уменьшается примерно на треть, по сравнению с подвижной; 3) паравертебральное озвучивание проводится, как правило, при интенсивности 0,2—0,4 Вт/см 2 ; 4) озвучивание отдельных симпатических узлов и биологи­чески активных точек проводят при интенсивности 0,05— 0,2 Вт/см 2 ; 5) при озвучивании глаза используется интенсивность не выше 0,3—0,5 Вт/см 2 ; 6) при озвучивании по ходу нервных стволов применяют интенсивность от 0,05 до 0,6 Вт/см 2 , в зависимости от глубины залегания нерва; 7) в отоларингологии используют интенсивность 0,2—0,4 Вт/см 2 ; 8) озвучивание мягких тканей, внутренних органов проводят при интенсивности 0,4—0,6—0,8 Вт/см2; 9) суставы озвучивают интенсивностью от 0,2 до 0,8 Вт/см 2 , в зависимости от величины мышечных тканей, окружающих сустав.

При первых процедурах обычно применяют меньшую из возможной для данной области интенсивность и постепенно в процессе лечения увеличивают в пределах допустимой, указанной выше, в зависимости от реакции больного на лечение (увеличить — при отсутствии эффекта, уменьшить — при обострении).

Время воздействия. Вся УЗ-процедура длится 10—15 мин, время озвучивания одного поля составляет 3—5 мин при подвижной и 1—3 мин при неподвижной методике. При первых процедурах обычно применяют меньшие интенсивность и время воздействия, которые в процессе лечения постепенно увеличивают, при этом менять интенсивность следует более осторожно, чем время, и не одновременно оба параметра в течение одной процедуры.

Курс и очередность процедур. Обычно на курс лечения в среднем, назначают 10—12 процедур. При острых процессах и легком течении можно ограничиться 5—8 процедурами, а у больных с выраженными морфологическими изменениями количество процедур можно увеличить до 18—20. Для УЗ характерно выраженное последействие, поэтому отдаленные результаты спустя 2—4 недели могут оказаться лучше, чем непосредственные. При необходимости повторный курс можно назначить спустя 2—4 и более месяцев при условии, что предыдущий был эффективным. Процедуры УЗ назначают ежедневно и через день, особенно если УЗ-терапия назначается в комплексе с водо-, бальнео-, грязелечением. УЗ можно назначать в одном курсе со всеми видами водо-, бальнео-, теплолечения, массажем и лечебной физкультурой. С ваннами УЗ-процедуры, как правило, назначаются в чередовании по дням, особенно при озвучивании больших поверхностей или зон, через которые можно перестроить общую реактивность организма, и при применении таких ванн, как сероводородные, углекислые, скипидарные, радоновые. Грязевые и другие тепловые процедуры с УЗ, как правило, также назначают в чередовании по дням. В один день их можно назначить при условии, что воздействие ими осуществляется на малые, отдаленные и разные участки тела по поводу разных заболеваний (например, УЗ на область миндалин и грязевые «перчатки» на кисти) или по поводу одного и того же заболевания и на одно и то же место при таких заболеваниях, как контрактура Дюпюитрена, тугоподвижность сустава после травмы, при келоидных рубцах.

Из других методов аппаратной физиотерапии УЗ целесообразно сочетать с импульсными токами низкой и средней частоты (диадинамические, интерференционные, синусоидальные модулированные) для усиления обезболивающего действия в артрологии, неврологии и при других заболеваниях с выраженным болевым синдромом. При наличии специальной аппаратуры их назначают сочетанно, при отсутствии таковой — последовательно друг за другом без выраженного временного интервала между процедурами. Для повышения эффективности лекарственного электрофореза его можно назначать с ультразвуком, сочетанно (при наличии специального устройства) или последовательно.

Аппаратура. На частоте 880 кГц работают и серийно выпускаются в настоящее время следующие аппараты: 1) УЗТ-1.01 ф — для общей физиотерапии; 2) УЗТ-1.02 с — для стоматологии; 3) УЗТ-1.03 у — для урологии; 4) УЗТ-1.04 о -для офтальмологии; 5) ЛОР-3 — для оториноларингологии Серийно выпускается и работает на частоте 2,64 МГц следующая аппаратура: 1) УЗТ-3.01 — для гинекологии; 2) УЗТ-3.02 Д — для дерматологии; 3) УЗТ-3.03 Л — для оториноларингологии; 4) УЗТ-3.04 С — для стоматологии; 5) УЗТ-3.05 У — для урологии; 6) УЗТ-3.06 О — для офтальмологии и педиатрии.

В настоящее время подготовлены к серийному производству аппараты УЗТ-1.07 ф, УЗТ-1.08 ф (частота 880 кГц) и УЗТ-3.07 ф (частота 2,64 МГц), имеющие электронно-цифровую индикацию интенсивности излучения, установки контроля продолжительности процедуры, микропроцессорное управление, повышенную точность дозирования интенсивности до 1 Вт/см2 с дискретностью 0,1 Вт/см 2 , возможность работы с широким набором излучателей без дополнительной настройки их учреждениями медтехники. Разработан первый отечественный аппарат, обеспечивающий две частоты УЗ (880 и 2640 кГц), — УЗТ-13.00. Для низкочастотной УЗ-терапии используются аппараты УЗТН-22/44.01 У и УЗТН-22/44.02 Г («Барвинок-У» и «Барвинок-Г»).

Показаны для УЗ-терапии следующие заболевания: Болезни и травмы опорно-двигательного аппарата: деформирующий полиостеоартроз I, II и III стадий без выраженных явлений синовита; ревматоидный артрит, суставная форма минимальной и средней активности воспалительного процесса при сохранной функции сустава или ее нарушении I и II степеней с преобладанием пролиферативных процессов, спустя 2—4 месяца после лечения стероидными гормонами (при преобладании экссудативных процессов предпочтение отдается фонофорезу гидрокортизона); интермиттирующая и хроническая подагра в фазе ремиссии или неполной ремиссии; псориатический артрит минимальной и умеренной степеней активности; бруцеллезный артрит; анкилозирующий спондилоартрит без поражения суставов или при сочетанном поражении суставов в начальной стадии заболевания при минимальной и средней степенях активности воспалительного процесса; периартриты, тенди-нозы, бурситы, эпикондилиты, пяточные «шпоры», контрактура Дюпюитрена в начальной стадии или после иссечения рубцов; повреждения связочно-сумочного аппарата в виде Ушибов, вывихов, растяжений; травматические артриты и посттравматические артрозы; свежие переломы кости или при замедленной консолидации; синдром Зудека; гемартрозы, спортивные травмы.

Частные противопоказания к УЗ-терапии в артрологии:

1) выраженный синовит; 2) выраженная активность воспалительного процесса.

Неврологические заболевания: межпозвонковый остеохондроз с корешковыми синдромами пояснично-крестцовой, грудной и шейно-грудной локализациями на фоне органического поражения 1—2 сегментов позвоночника в стадии ремиссии или обострения с признаками легкого пареза конечности; корешковый синдром после операции по поводу грыжи межпозвонкового диска при полном заживлении раны и отсутствии признаков воспалительного процесса с наличием легкого пареза конечности и нарушением функции тазовых органов и без них при функциональной недостаточности I—II степеней; неврит лицевого нерва любого генеза в острой, подострой стадиях и при остаточных явлениях; постневрическая контрактура мимических мышц I—II степеней; состояние после декомпрессии, невролиза, пластики лицевого нерва и мимических мышц (через 8—14 дней после операции); невралгия тройничного нерва, преимущественно в подострой и хронической стадиях; заболевания и травматические поражения периферических нервов при частичном повреждении нерва, после оперативного вмешательства при сохранившейся способности к восстановлению; межреберная невралгия.

Заболевания органов пищеварения: язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки в стадии затухающего обострения или неполной ремиссии без наклонно­сти к кровотечениям, пенетрации и злокачественному перерождению; хронические гастриты при пониженной или нормальной секреции; хронический холецистит при отсутствии наклонности к частым обострениям; вторичные гепатиты после купирования острой фазы воспаления и в стадии реконвалесценции; состояние после холецистэктомии спустя 2—3 недели после операции; хронический спастический колит.

Заболевания органов дыхания: бронхиальная астма инфекционно-аллергическая и неинфекционно-аллергическая I стадии, легкой и средней тяжести течения, в период обострения и в межприступном периоде; хронический бронхит простой и обструктивный в фазе неустойчивой ремиссии или в фазе вялотекущего обострения с небольшим или умеренным бронхоспастическим компонентом. Противопоказана УЗ-терапия при бронхоэктатической болезни, сопровождающейся частым кровохарканьем и выделением большого количества гнойной мокроты; при экссудативном плевите абсцессе легкого; выраженных явлениях системного аллергоза.

Заболевания сосудов и сердца: гипертоническая болезнь 1-Й стадий, атеросклеротические окклюзии сосудов нижних конечностей в стадии компенсации и субкомпенсации.

Заболевания женской половой сферы: подострые и хронические воспалительные процессы матки и придатков; спаечные изменения в малом тазу; бесплодие в результате местных воспалительных процессов; гипофункция яичников; гиполактация; лактостаз; лактационный мастит в стадии инфильтрации и серозного воспаления и после хирургического вскрытия при гнойном мастите; трещины сосков; зуд вульвы.

Заболевания глаз: рубцовые изменения кожи век и конъюнктивы после травм, ожогов и оперативных вмешательств; склерит, эписклерит, помутнения роговой оболочки, кератиты различной этиологии, ириты, иридоциклиты, хрусталиковые массы в передней камере; гифемы и гемофтальм; помутнение стекловидного тела; частичная атрофия зрительного нерва; тапеторетинальная абиотрофия; центральная атеросклеротическая хориоретинальная дистрофия.

Противопоказана УЗ-терапия при гипотонии глаза, рецидивирующем внутриглазном кровоизлиянии, выраженном швартообразовании в стекловидном теле, отслойке сетчатки, резко выраженном склерозе сосудов сетчатки; миопии высокой степени; наличии инородного тела внутри глаза.

Заболевания уха, горла и носа: хронический тонзиллит компенсированный и субкомпенсированный; вазомоторный ринит нейровегетативной и аллергической форм; хронический гайморит гиперпластический и гнойный (при условии пунктирования и удаления гнойного содержимого); Доброкачественные образования гортани (узелки, полипы, гранулемы).

Заболевания кожи: воспалительные заболевания кожи и ее придатков в стадии инфильтрации и серозного воспаления; зудящие дерматозы (кожный зуд, почесуха, нейродермит, экзема и др.); трофические язвы; келоидные рубцы.

Заболевания полости рта и зубов: глоссалгия,

Пародонтит, экзематозный хейлит, острые воспалительные процессы челюстно-лицевой области (периоститы, периодонтиты, воспалительные инфильтраты) в стадии инфильтрации или после хирургического вмешательства; артрозы и артриты височно-челюстного сустава, неврит нижнеальвеолярного нерва, паротит, перелом нижней челюсти.

Заболевания мочевыделительной системы: хронический неспецифический цистит, цисталгия, мочекаменная болезнь (камни нижней трети мочеточника), хронический уретрит, калликулит, склероз шейки мочевого пузыря, стриктуры уретры.

Общие противопоказания к УЗ-терапии: органические поражения ЦНС, резко выраженные дисфункции эндокринных органов, злокачественные новообразования или подозрения на них, заболевания крови, наклонность к кровотечениям; ишемическая болезнь сердца — постинфарктный кардиосклероз с выраженной стенокардией, аневризма сердца, аорты; стенокардия напряжения III и IV функциональных классов, нарушения сердечного ритма; гипертоническая болезнь III стадии; недостаточность кровообращения II—III стадий; резко выраженная вегетососудистая дистония; тромбофлебит; активный прогрессирующий туберкулез легких; беременность.

УЛЬТРАФОНОФОРЕЗ

Ультрафонофорез (фонофорез) — метод сочетанного воздействия на организм человека УЗ и лекарственного вещества, вводимого с помощью УЗ. Основанием к использованию УЗ для введения в организм лекарств через неповрежденную кожу и слизистые оболочки послужили исследования, показавшие возможность проникновения в кожу жидких веществ и мазей под влиянием ультразвука вследствие его способности увеличивать проницаемость кожи и клеточных мембран, усиливать диффузионные процессы наряду с активацией в организме физиологических процессов.

Ультрафонофорез в настоящее время с успехом используется в комплексном лечении многих заболеваний. Экспериментальные исследования и клинические наблюдения свидетельствуют о том, что в лечебном действии фонофореза ведущая роль принадлежит ультразвуку. Введение в контактную среду лекарственных веществ может лишь повысить эффективность обычной УЗ-процедуры, но не меняет ее сущности. Напротив, действие лекарств при фонофорезе может существенно измениться в связи с тем, что УЗ обладает высокой биологической активностью, а лекарственного вещества вводится очень небольшое количество. В связи с этим особенно актуален вопрос правильного и целесообразного подбора лекарственных веществ для целей ультрафонофореза.

Круг используемых для ультрафонофореза лекарств продолжает неудержимо расширяться, однако следует заметить, что научно обоснованных методик ультрафонофореза явно недостаточно, клиническое применение многих лекарств значительно опережает экспериментальное обоснование возможности такого сочетания.

Невысокая форетическая способность УЗ и возможность разрушения под его влиянием лекарств требуют до внедрения новых методик ультрафонофореза предварительных тщательных исследований для определения устойчивости лекарств под воздействием УЗ, установления факта проникновения через неповрежденную кожу или слизистые оболочки, определения оптимальных параметров УЗ для максимального введения лекарства, изучения фармакологической активности вводимого УЗ лекарственного вещества. К сожалению, эти требования очень часто не соблюдаются, и поэтому неудивительно, что некоторые используемые в практике методики после тщательных исследований были признаны бесперспективными (ультрафонофорез тиамина, витамина С, эуфиллина и др.), а для некоторых лекарственных средств до сих пор такие исследования не проведены (лидаза, ронидаза).

При ультрафонофорезе лекарственные вещества поступают в организм через кожу как за счет диффузии, значительно усиливающейся под воздействием ультразвука, так и вследствие собственно фореза, т. е. за счет активного транспорта веществ УЗ. Определенную роль играет и механическое втирание лекарств в кожу во время процедуры. При этом форетическая способность УЗ применительно к различным веществам различна. Пути и глубина проникновения лекарств при ультрафонофорезе точно не установлены и изучены совершенно недостаточно. Большинство исследователей априори считают, что ультрафонофорез осуществляется через выводные протоки потовых и сальных желез; некоторую роль в этом процессе играют чресклеточный путь и межклеточные щели.

Лекарственные вещества при ультрафонофорезе поступают относительно неглубоко, не превышая толщины эпидермиса; длительно, как при электрофорезе, могут задерживаться в коже, откуда, постепенно поступая в кровеносные и лимфатические сосуды, разносятся в ткани организма, особенно в органы и ткани, принадлежащие к одному метамеру с озвучиваемой поверхностью. В крови лекарственное вещество обнаруживается через 1—2 часа после ультрафонофореза. В основе депонирования лекарств в коже лежит неглубокое их проникновение при фонофорезе, а также малая активность метаболизма и отсутствие развитого крово- и лимфообращения в поверхностных слоях кожи. По данным В. С. Улащика, лекарства в коже после ультрафонофореза определяются более короткое время, чем после электрофореза, не превышающее 2—3 суток для исследованных веществ (йод, гепарин, гидрокортизон). Скорость поступления лекарств в кровь зависит от условий озвучивания: при малых интенсивностях и кратковременных воздействиях они дольше задерживаются в депо, чем после интенсивных и длительных.

Количество введенного лекарственного вещества при фонофорезе зависит от многих факторов: параметров озвучивания, вида растворителя, физико-химических свойств лекарства и состояния кожи. Наиболее значительно на эффективность ультрафонофореза влияют интенсивность, частота и длительность озвучивания. С повышением интенсивности ультразвука количество введенного вещества возрастает, но в определенных пределах — до 0,6—0,8 Вт/см2, тогда как дальнейшее повышение ее приводит к снижению эффективности ультрафонофореза и устойчивости лекарства к УЗ-колебаниям. С увеличением продолжительности процедуры количество введенного вещества при фонофорезе возрастает почти линейно. Одновременно с этим увеличивается разрушение или изменение нативных свойств лекарств, что исключает практическое использование длительных воздействий при ультрафонофорезе. В зависимости от числа озвучиваемых полей общая продолжительность ультрафонофореза (так же как и УЗ-процедуры) достигает 10—15 мин. Для ряда веществ доказана лучшая форетическая способность УЗ частотой 880 кГц по сравнению с УЗ частотой 2640 кГц и непрерывного режима по сравнению с импульсным. Количество введенного лекарства при ультрафонофорезе существенно зависит от концентрации вещества в контактной среде и ее состава. Для исследованных лекарств оптимальной концентрацией для максимального введения их методом фонофореза является область низких концентраций (2—3%).

Вопрос о мазевых основах для ультрафонофореза является очень важным, но практически не решенным. Чаще всего при обосновании той или иной методики ультрафонофореза экспериментальные исследования проводятся из водных растворов и именно для них выводятся все оптимальные параметры процедуры ультрафонофореза. Но общая физиотерапия практически не может пользоваться водными раствора­ми лекарств для ультрафонофореза: нужна мазевая пропись, а ее-то как раз и нет в рекомендациях разработчиков той или иной методики ультрафонофореза. Чаще всего в этих случаях практическая физиотерапия для фонофореза использует мазевую основу из равных частей вазелина и ланолина, рекомендованную для фонофореза гидрокортизона еще на заре становления ультрафонофореза, без всяких доказательств возможности введения лекарств в кожу пациента из этой мази. Лучше всего анальгин фонофорезом вводится из растворов, приготовленных на дистиллированной воде или глицерине, а гепарин и гидрокортизон — из среды безводного ланолина и дистиллированной воды. Употребление в качестве контактной среды вазелинового масла тормозит фонофоретическое введение препарата, а именно оно наиболее часто применяется в лечебной практике.

В связи с проникновением в организм при ультрафонофорезе небольшого количества вещества (1—3% от нанесенного на кожу) становится актуальным не только поиск оптимальных мазевых основ, но и способов повышения проницаемости кожи для вводимых при ультрафонофорезе веществ. Предварительная обработка кожи гиалуронидазой (аппликация или электрофорез) или спирто-эфирной смесью, приводящая к разрыхлению кожи и удалению с ее поверхности защитной пленки, повышает эффективность ультрафонофореза. Этим же целям служит окклюзионная повязка, наложенная на 20—30 мин после процедуры на место воздействия.

Техника и методика проведения процедуры ультрафонофореза существенно не отличается от техники и методики проведения обычной УЗ-процедуры. Особенностью ультрафонофореза являете то, что в качестве контактной среды используются лекарственные эмульсии, лекарственные мази или водные растворы лекарств с целью усиления одной или нескольких сторон действия ультразвука (противовоспалительного, обезболивающего, разволокняющего соединительнотканные структуры и т. д.).

Различают два основных способа проведения ультрафонофореза. При наиболее часто применяемом способе контактная среда с лекарством наносится на кожную поверхность и проводится озвучивание соответствующего участка тела больного (прямой контакт). При втором способе используются специальные ванночки, которые заполняют лекарственным раствором, и воздействие осуществляется через воду (косвенный контакт). Этот способ нашел применение в офтальмологии и стоматологии, так как отечественные ультразвуковые аппараты для этих клинических специальностей имеют специальные ванночки.

При ультрафонофорезе следует отдать предпочтение комбинированному воздействию на область поражения и соответствующие рефлексогенные зоны. Наиболее часто ультра-фонофорез проводится по лабильной методике, обеспечивающей наибольшее поступление лекарственных веществ. Однако в ряде случаев ультрафонофорез осуществляется по стабильной методике (глазные болезни, некоторые кожные и стоматологические заболевания).

При дозиметрии ультрафонофореза необходимо учитывать частоту ультразвуковых колебаний, их режим, интенсивность и продолжительность воздействия. При выборе параметров УЗ для ультрафонофореза необходимо применять те его параметры, которые способствуют максимальному поступлению лекарственного вещества в организм. Однако эти рабочие параметры всегда следует согласовать с характером патологического процесса, возрастом пациента, анатомо-функциональ-ными особенностями озвучиваемой области и организма в целом.

Показания к ультрафонофорезу. Ультрафонофорез лекарственных веществ относится к числу относительно новых физиотерапевтических методов, показания к которому разрабатываются. В принципе они такие же, как и для ультразвуковой терапии, но с учетом действия лекарственного препарата. Круг лекарственных веществ, которые могут быть рекомендованы для лечебного применения, крайне ограничен. В лечебной практике наиболее часто применяют для ультрафонофореза гидрокортизон и другие гормоны коры надпочечников (или их синтетические аналоги), анальгин, трилон Б, аминазин, фибринолизин, папаин.

Гидрокортизон для ультрафонофореза применяется в виде либо 1% гидрокортизоновой мази, либо эмульсии следующего состава: суспензия гидрокортизона — 5 мл, вазелин и ланолин — по 25 г. Ультрафонофорез гидрокортизона довольно успешно применяют для лечения остеоартрозов, радикулитов, ревматоидного артрита, псориаза, вазомоторного ринита, бронхиальной астмы, воспалительных заболеваний женской половой сферы. Для ультрафонофореза используют 50% водные растворы анальгина или мазь из равных частей анальгина, дистиллированной воды, вазелина и ланолина. Ультрафонофорез анальгина целесообразно применять в тех случаях, когда выражен болевой синдром. Н. А. Гавриковым для ультрафонофореза предложена мазь с условным названием «Кортан», содержащая анальгин и гидрокортизон (эмульсия гидрокортизона — 20 мл, 50% раствор анальгина — 25 мл, ланолин — 45 г, вазелин — 10 г). Трилон Б — динатриевая соль

этилендиаминтетрауксусной кислоты — применяется в виде ультрафонофореза при хронических невритах лицевого нерва, стойких контрактурах суставов, остеохондрозах. Состав мази- трилон Б — 5 г, вазелин и ланолин — по 25 г. В офтальмологии успешно применяют ультрафонофорез фибринолизина (300 ЕД препарата в 5-10 мл дистиллированной воды на процедуру) при лечении гифем и гемофтальмов; ульнофорез папаина (14 ME в 5-10 мл дистиллированной __ для рассасывания рубцов.

Ультразвуковые датчики. Особенности применения и выбора

При выборе ультразвукового датчика необходимо учитывать особенности окружающей среды и характер ее влияния на измерения и работоспособность измерительных приборов.

Введение.

Ультразвуковые датчики широко используются в качестве датчиков приближения (proximity), для дистанционного обнаружении различных объектов, измерения расстояний. Как правило, датчики действуют путем посылки короткого цуга ультразвуковых волн в направлении объекта обнаружения, который, отразившись от поверхности объекта, возвращается обратно. Затем, электронная схема производит расчет времени между моментом посылки сигнала и моментом приема отраженного эха. Расстояние является производной величиной от времени и скорости звука в окружающей среде.

В настоящее время на рынке представлен широкий выбор ультразвуковых датчиков в различных конструктивных исполнениях, действующих в различных акустических частотах. Палитра поведения различных акустических частот в схожих условиях окружающей среды не является одинаковой. В большинстве случаев не составит труда, руководствуясь характеристиками, данными производителем, выбрать подходящий датчик для своей задачи. Но в случаях, когда в работе устройств появляются сбои или возникают существенные ошибки в измерениях, необходимо произвести более тщательную оценку факторов влияния, таких как:

• Изменения скорости звука в зависимости от температуры и свойств окружающей среды (в основном, воздуха), — как данные изменения влияют на точность измерений и разрешающую способность датчиков;
• Изменения длины звуковой волны в зависимости от скорости и частоты звука, — как данные изменения влияют на точность измерений, разрешающую способность, минимальный размер объекта, минимальное и максимальное расстояние до объекта;
• Изменения величины затухания в зависимости от частоты звука и влажности, — как данные изменения влияют на максимальное расстояние чувствительности датчиков в воздухе;
• Изменения уровня внешних шумов в зависимости от частоты, — как данные изменения влияют на максимальное расстояние чувствительности и размеры объекта обнаружения;
• Изменения амплитуды отраженного эха в зависимости от расстояния до объекта, размеров и геометрии поверхности, — как данные изменения влияют на расстояние чувствительности.

Ультразвуковые датчики. Особенности применения и выбора.

2. Ультразвук. Основные свойства.

Ультразвук – это звуковые колебания, не воспринимаемые человеческим слухом, частотой свыше 20кГц. Роль микрофонов и громкоговорителей в сфере ультразвука выполняют устройства, называемые трансдукторами. Большинство ультразвуковых датчиков используют один трансдуктор как для передачи, так и для приема сигналов. В датчиках приближения и измерения расстояния, предназначенных для автоматизации технологических процессов в качестве трансдукторов применяются пьезоэлектрические преобразователи (далее — пьезоэлементы) с рабочей частотой от 40 до 400кГц.

3. Скорость звука в воздухе. Зависимость от температуры.

Ультразвуковые датчики действуют по принципу эхолокации – расстояние до объекта рассчитывается на основании измерения промежутка времени между моментами посылки и приема звукового импульса и скорости звука в среде.

Для газов формула скорости звука (c) выглядит так:

c=√( γ k T/ m)= √( γ R T/ M)= √( γ R(t+273,15)/M), (1) где γ — показатель адиабаты: 5/3 для одноатомных газов, 7/5 для двухатомных (и для воздуха), 4/3 для многоатомных; k — постоянная Больцмана; R — универсальная газовая постоянная; T — абсолютная температура в кельвинах; t — температура в градусах Цельсия; m — молекулярная масса; M — молярная масса. По порядку величины скорость звука в газах близка к средней скорости теплового движения молекул и в приближении постоянства показателя адиабаты пропорциональна квадратному корню из абсолютной температуры.

Скорость звука в газах (0° С; 101325 Па), м/с
Азот	334
Аммиак	415
Ацетилен	327
Водород	1284
Воздух	331
Гелий	965
Кислород	316
Метан	430
Угарный газ	338
Углекислый газ	259
Хлор	206

Формула скорости звука в воздухе при давлении ~1атм:

где t – температура в градусах Цельсия.

Из зависимости видно, что скорость распространения звуковых волн снижается с понижением температуры воздуха. Большинство производителей в спецификации к ультразвуковым датчикам указывают коэффициент температурной погрешности, выраженный в % на один градус температуры. Тогда, с учетом L=ct, (3) расстояние чувствительности может быть откорректировано.

Датчики для высоких, низких температур или для расширенных температурных диапазонов оборудованы автоматической температурной коррекцией.

4. Длина звуковой волны.

Длина звуковой волны определяется из соотношения:

где λ – длина волны; c – скорость звука; f – частота.

В случае, когда размер препятствий и неоднородностей в среде заметно превышает длину волны звука, распространение звука происходит по законам геометрической акустики. Если же препятствия сравнимы с длиной волны (или меньше ее), существенную роль начинает играть дифракция волн, с которой связано и рассеяние звука. Данные явления следует учитывать при выборе датчика особенно для обнаружения мелких объектов и неровностей. Например, длина волны при скорости звука 344 м/с (20оС, 1атм) для частоты:

Эквивалентна длине волны и разрешающая способность датчиков, указываемая многими производителями в спецификациях на изделия.

5. Затухание. Зависимость от частоты звука и влажности.

При распространении звука в механической среде, амплитуда звукового давления снижается в результате дифракции волн, рассеяния, поглощения, необратимого превращения энергии в другие формы. Оценка объемов абсорбционных потерь и затухания используется в определении максимальной дальности действия ультразвукового датчика. Коэффициент затухания (дБ/м) увеличивается с ростом частоты ультразвука, в то же время, для любой отдельно взятой частоты существует зависимость коэффициента затухания от влажности (воздуха). Степень влажности, при которой происходит максимальное затухание, различна для разных частот. Например, для частоты свыше 125кГц максимальное затухание происходит при относительной влажности воздуха (ОВВ) 100%, для частоты 40кГц максимальное затухание происходит при ОВВ 50%. Определить максимальный коэффициент затухания для частот от 50 до 400кГц можно, воспользовавшись оценочной формулой:

где a(f) – коэффициент затухания (дБ/м); f – частота ультразвука (кГц) при 20оС, 1атм, ОВВ 80%.

На графике (Рис. 3) приведены экспериментальные кривые для разных частот, показывающие зависимость коэффициента затухания от влажности воздуха.

6. Внешние шумы.

Чем выше частота звука, тем меньше влияние внешних шумов. Это связано с тем, что в окружающей среде присутствует незначительное количество высокочастотных шумов, а низкочастотные шумы быстро рассеиваются в атмосфере.

7. Влияние частоты, расстояния и среды распространения звука на амплитуду звукового давления.

Ультразвуковой датчик посылает звуковой сигнал короткими цугами. Различные датчики производят различное звуковое давление (SPL – sound pressure level). В акустике, в силу широкого динамического диапазона, звуковое давление обычно выражается в децибелах. З. д., являясь совершенно относительной величиной, отвечает соотношению: SPL=20 log (P/P0), (6) где P – фактическое давление в микропаскалях (μПа); P0 – опорное давление, принимается равным 1 μПа – минимальному уровню, воспринимаемому на расстоянии R0=30см. от датчика. Соответственно, R0 принимается как опорное расстояние.

В процессе распространения, звуковой луч радиально расширяется по мере удаления от излучателя, а амплитуда звукового давления P снижается из-за затухания и рассеивания. Тогда SPL на расстоянии R от излучателя выражается формулой:

SPL(R)=SPL(R0)-20 Log (R/ R0)-a(f)R, (7)

где R – фактическое расстояние от датчика; R0 – опорное расстояние; a(f) – коэффициент затухания сигнала с частотой f.

8. Амплитуда отраженного эха от плоской поверхности для различных ультразвуковых частот.

Рассмотренная в предыдущем параграфе формула (7) звукового давления справедлива для прямолинейного распространения звука в среде от одной точки к другой и может применяться для датчиков с разделенным излучателем и приемником (THRU-BEAM). Для датчиков с диффузным отражением луча от объекта (с единственным элементом, исполняющим роль излучателя и приемника), действующим по принципу эхолокации свойственны потери при отражении от среды другой (большей) плотности. Отражение звука — явление, возникающее при падении звуковой волны на границу раздела двух упругих сред и состоящее в образовании волн, распространяющихся от границы раздела в обратном направлении. Количество отраженного звука зависит от соотношения акустического сопротивления сред (Z).

Т.к. акустическое сопротивление воздуха в 1000 раз превышает сопротивление воды, а более твердых материалов — в несколько тысяч раз, ультразвуковые волны на границе раздела отражаются почти полностью. В случае прямолинейного отражения луча от плоской поверхности можно пренебречь взаимодействием звука с твердым телом и воспользоваться формулой Френеля:

где V – коэффициент отражения; Z2 и Z1 – акустическое сопротивление материалов. Для границы воздух/вода коэффициент отражения V равен 0,99.

Тогда, звуковое давление отраженного эха можно выразить формулой:

SPL(2R)=V(SPL(R0)-20 Log (2R/ R0)-2a(f)R), (9)

где R – расстояние от датчика до объекта; R0 – опорное расстояние; a(f) – коэффициент затухания сигнала с частотой f; V – коэффициент отражения (~1).

Компания ГлавАвтоматика предлагает своим клиентам при автоматизации производственных операций воспользоваться высококачественными компактными ультразвуковыми датчиками производства швейцарской фирмы SNT Sensortechnik AG .

Сверхвысокочастотные ультразвуковые волны в эстетической медицине и хирургии.

Сверхвысокочастотный ультразвук основывается на неинвазивном использовании ультразвуковых волн с частотами выше 10 МГц. Лечение с использованием таких ультразвуковых частот применялось в последнее время в различных формах в дерматологии и в эстетической медицине. Сверхвысокочастотный ультразвук может использоваться в эстетической медицине как самостоятельный эффективный метод лечения либо в сочетании с другими аппаратными методами, различными инъекционными методами лечения, а также как вспомогательный метод в эстетической и пластической хирургии

Аппаратные неинвазивные и минимально инвазивные методы лечения (НММ) широко используются в эстетической медицине. Хотя большинство из них первоначально были разработаны как самостоятельные методы лечения, они часто также используются в качестве вспомогательных инструментов для достижения усиливающего эффекта в сочетании с основным методом лечения. Эта тенденция четко прослеживается в неинвазивной и минимально инвазивной эстетической медицине, так как в последнее время все чаще сообщается об успешных комбинациях различных НММ с классическими методами эстетической медицины, такими как филлеры, инъекционный липолиз, лифтинг нитями и липофиллинг. Кроме того, НММ все чаще применяются как суппортивное лечение в эстетической хирургии для улучшения результатов основного лечения, а также для уменьшения побочных эффектов и времени восстановления после лечения.

Для этой цели использовались разнообразные НММ, в том числе интенсивные источники света (различные типы лазеров, некогерентные источники света и светодиоды), радиочастотные волны

в различных вариациях, электромагнитные поля, а также разные виды ультразвука. Применение таких физически различных НММ приводит к образованию разных температурных полей в коже и в подкожной жировой ткани. Важную роль при реакции обработанной области тела на полученную энергию играют не только пространственно-временные особенности этих температурных полей, но и ряд других параметров, а также некоторые специфические реакции, которые зависят от используемого вида энергии.

В статье мы сосредоточимся на воздействии высокочастотного ультразвука на кожу и подкожные ткани и опишем возможности эффективного использования данного метода в эстетической медицине, а также в эстетической и пластической хирургии.

ИЗВЕСТНЫЙ/НЕИЗВЕСТНЫЙ УЛЬТРАЗВУК

Ультразвуковые волны – это звуковые волны с частотами от 20 кГц до 1 ГГц, которые находятся за пределами слышимого людьми диапазона. Волны с частотами 20–100 кГц называются низкочастотными, а волны с частотой более 10 МГц – сверхвысокочастотными. Ультразвуковые волны распространяются в водоподобной среде со скоростью почти 1500 м/с, заставляя при этом частицы среды вибрировать в такт с их частотой. Скорость этих частиц намного ниже скорости распространения ультразвуковых волн; при интенсивности 1 Вт/см2 она составляет всего лишь около 10 см/с. Однако их ускорение может достигать огромных величин – до 7 250 км/с 2. Это означает, что частицы в ультразвуковом поле двигаются очень резко.

Вследствие распространения ультразвука в одной и той же точке ткани возни- кает чередование областей повышенного и пониженного давления. Таким образом, клетки «массируются» в такт ультразвуковой частоте. В ультразвуковой волне с частотой 10 МГц и интенсивностью 1 Вт/см 2 достигается максимальное дополнительное давление величиной приблизительно 1,7 бар ( равно 170 кПа), что значительно выше атмосферного давления. Воздействие разночастотных ультразвуковых волн на одну и ту же клетку приводит к разным массирующим процессам с пространственно-отличающимися градиентами давления (рис. 1).

Глубина проникновения ультразвуковых волн в тело также сильно зависит от частоты (рис. 2): чем выше ультразвуковая частота, тем более поверхностно ультразвуковая энергия поглощается в теле. Толщина слоя половинного ослабления, то есть расстояние, после которого интенсивность звука снижается до 50% от первоначального значения, составляет около 30 мм при частоте ультразвука 1 МГц; около 10 мм при частоте 3 МГц; примерно 3 мм при частоте 10 МГц и менее 1,5 мм при частоте 20 МГц. Напротив, низкочастотный ультразвук имеет очень большую глубину проникновения, он совсем не поглощается кожей и подкожными жировыми клетками и вследствие этого легко достигает костей.

Поглощение ультразвуковых волн в коже приводит к формированию частотно-зависимых температурных полей. Такие поля пространственно неоднородны, в результате чего происходит «скачок» на дермально-гиподермальной границе, поскольку звукопоглощаемость кожи и жировой ткани сильно отличаются. Это приводит не только к значительному увеличению температуры кожи после применения сверхвысокочастотного ультразвука, но и к повышенному температурному градиенту вблизи дермально-гиподермальной границы [2].

На рисунке 3 показаны такие температурные поля в коже и подкожной ткани после воздействия ультразвуковыми волнами на частотах 3 МГц, 10 МГц и 19 МГц, с интенсивностью 10 Вт/см 2 и длительностью воздействия 1 секунда. При таком воздействии супрафизиологические температуры могут возникать не только в коже, но и в подкожной жировой ткани (рис. 3 А). В то же время клетки вблизи дермально-гиподермальной границы могут подвергаться воздействию мощных температурных градиентов, которые увеличиваются при высоких ультразвуковых частотах (рис. 3 B). Поскольку эти клетки, известные как дермальные адипоциты [3], обладают особыми свойствами, такой эффект может привести к значительным локальным изменениям структуры и механических свойств кожи и жировой ткани.

Ультразвуковые волны используются на практике с одной частотой, с двумя частотами (двухчастотные ультразвуковые волны) и с недавних пор с тремя частотами (трехчастотные ультразвуковые волны). Рисунок 4 иллюстрирует типичные сочетания двухчастотной (с частотами 3 МГц и 10 МГц) и трехчастотной ультразвуковой волны (с частотами 3 МГц, 10 МГц и 19 МГц). В таких многочастотных ультразвуковых волнах происходит переключение между отдельными частотами в течение нескольких миллисекунд, что вызывает дополнительное изменение температурного поля и давления в ткани. Поскольку ни клетки, ни тканевые структуры не в состоянии реагировать на каждую отдельную ультразвуковую волну за столь короткое время, происходит наложение воздействия отдельных частот в двухчастотных или трехчастотных ультразвуковых волнах, и, таким образом, клетки должны одновременно реагировать на несколько ультразвуковых частот.

СТАРЕНИЕ КОЖИ И ЕГО ПРИЧИНЫ: НА ЧТО МОЖЕТ ПОВЛИЯТЬ ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ УЛЬТРАЗВУК?

Улучшение внешнего вида кожи, то есть омоложение кожи, является основной целью эстетического лечения. Самый важный вопрос заключается в том, какие уязвимые места кожи являются целевыми и каких конкретно изменений необходимо достигнуть. На этот вопрос не так легко ответить.

Проблема заключается в том, что изменения в стареющей коже очень разнообразны и могут происходить как в разных слоях кожи, так и в подкожной жировой ткани [4, 5]. Однако абсолютное большинство этих изменений является не причиной, а, скорее, следствием старения кожи, что, в свою очередь, может привести к серьезным проблемам в определении омолаживающих процедур. Например, широко распространенная теория об уменьшении коллагена в стареющей коже привела к объявлению стимулирования коллагена основной целью омолаживающей терапии, в результате чего в настоящее время практически отсутствуют омолаживающие методы лечения, в которых бы не утверждалось, что они это могут.

Однако недавний критический анализ показал, что наиболее уязвимые места находятся в другом месте кожи, и количество коллагена, скорее всего, лишь вторично связано со старением кожи [6, 7]. Напротив, крайне важными параметрами являются структура папиллярной дермы, механические несоответствия между различными слоями кожи и адгезия на дермально-эпидермальной и дермально-гиподермальной границах [7]. На дермально-гиподермальной границе расположены так называемые структуры adiposae papillae, которые имеют сходство с «дермальными папиллами» на дермально-эпидермальной границе. Эти структуры в основном определяют адгезию между дермой и подкожным жировым слоем и участвуют не только в патофизиологии целлюлита, но и в значительной степени отвечают за старение кожи [7]. Дермально-гиподермальная граница особенно важна на лице, поскольку демонстрирует различную степень адгезии в разных (даже в соседних) жировых компартментах [8, 9]. Только при хорошем механическом соединении на этих границах можно гарантировать, что механические силы, которые деформируют поверхность кожи, направлены именно вовнутрь и не приведут, например, к образованию морщин. Из этого следует, что необходимо отдавать предпочтение таким омолаживающим процедурам, которые, помимо прочего, могут расширять и укреплять вышеупомянутые границы.

Это действительно имеет место при применении сверхвысокочастотных ультразвуковых волн, которые в зависимости от своей частоты стимулируют выработку кавеол в разных клетках и, таким образом, вызывают образование более сильных межклеточных связей. Кавеолы – это небольшие колбообразные инвагинации клеточной мембраны, которые особенно распространены в клетках, подверженных механическому стрессу, например, в фибробластах, кератиноцитах, эндотелиальных клетках и адипоцитах. Кавеолы содержат различные виды кавеолина (Cav‑1, Cav‑2 и Cav‑3), которые каузально вовлечены в различные пролиферативные и воспалительные процессы.

Эти структуры играют решающую роль в таких процессах, как адгезия клеток, регулирование их объема, воспаление и синтез коллагена. Резкое снижение экспрессии кавеолина Cav‑1 является важным фактором при различных заболеваниях кожи, включая развитие фиброза [10, 11] и псориаза [12]. В соответствии с этим, экспрессия кавеолина Cav‑1 может быть важной целью при лечении псориаза [13], гипертрофических рубцов, старения кожи и угрей. При этом производство коллагена демонстрирует отрицательную корреляцию с содержанием кавеолина Cav‑1 в коллаген-продуцирующих клетках; данная корреляция была четко продемонстрирована при склеродермии, а также в келоидах и гипертрофических рубцах [10, 11]. Кроме того, стимулирование экспрессии кавеолина Cav‑1 приводит к значительному снижению TGF-β и быстрому улучшению при фиброзах [14].

Локальное уменьшение кавеолина Cav‑1 также может стать причиной возникновения воспаления тканей. Одновременно было показано, что стимулированная экспрессия кавеолина Cav‑1 приводит к положительным противовоспалительным результатам [15]. Таким образом, кавеолин Cav‑1 становится важным составляющим при различных дерматологических и эстетических показаниях, а все методы, которые могут эффективно модифицировать кавеолин Cav‑1, могут стать многообещающими вариантами лечения.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО УЛЬТРАЗВУКА НА КОЖУ

Развитие супрафизиологических температур в коже и подкожной жировой ткани во время лечения с применением сверхвысокочастотного ультразвука автоматически приводит к локальной эндогенной выработке гиалурона и, таким образом, к накоплению воды и увеличению тургора в обрабатываемой ткани, что проявляется в быстрой кожной реакции. Кроме того, сверхвысокочастотные ультразвуковые волны могут индуцировать выработку белков теплового шока и эффективно снижать содержание матриксных металлопротеиназ, ответственных за расщепление коллагена [3, 4], что на самом деле напрямую связано со взаимодействием этих молекул с кавеолином Cav‑1. Белок теплового шока‑32, также известный как гемоксигеназа‑1, который может быть значительно индуцирован высокочастотным ультразвуком, приводит к резкому снижению производства порфирина, а также имеет противовоспалительное действие. Кроме того, недавно было показано, что высокочастотный ультразвук может значительно увеличить дифференциацию стволовых клеток жировой ткани [16], что является важной информацией при использовании сверхвысокочастотного ультразвука в омолаживающей терапии и липофиллинге.

Вышеописанные супрафизиологические температуры и поля давления, которые образуются в коже во время применения сверхвысокочастотного ультразвука, могут также привести к временному разрыхлению субэпителиальной ткани, причем этот эффект зависит от частоты и интенсивности ультразвука (рис. 5). Такое локальное разрыхление является важной основой для суппортивного применения сверхвысокочастотного ультразвука в инъекционных методах лечения, а также в эстетической и пластической хирургии.

ПРИМЕНЕНИЕ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО УЛЬТРАЗВУКА В ДЕРМАТОЛОГИИ И ЭСТЕТИЧЕСКОЙ МЕДИЦИНЕ

Сверхвысокочастотные ультразвуковые волны были успешно использованы в качестве отдельного метода лечения или в сочетании с другими методами, в соответствии с их вышеупомянутыми биофизическими воздействиями в различных областях дерматологии и эстетической медицины. Благодаря своему сильному противовоспалительному эффекту сверхвысокочастотный ультразвук дает положительные результаты при кожных воспалительных заболеваниях, таких как розацеа, псориаз и различные дерматозы [1]. При этом применение более высоких частот имеет явные преимущества. Наличие в сверхвысокочастотном ультразвуке дополнительного эффекта уменьшения производства порфирина послужило основой для крайне успешного применения этого метода при различных типах угрей [1, 17]. Также было продемонстрировано, что высокочастотный ультразвук [17] и двухчастотный ультразвук [18] очень эффективны при лечении розацеа. Вместе с повышенной дифференцировкой адипоцитарных стволовых клеток, которая, например, необходима для эффективного заживления ран [19], все эти факторы обеспечивают высокую эффективность данного метода, особенно в виде двухчастотных или трехчастотных ультразвуковых волн, как при трофической язве, так и при незаживающих посттравматических, послеоперационных и ожоговых ранах [1, 20, 21, 22, 23]. Все это говорит о выраженном регенеративном эффекте данного метода. Сверхвысокочастотный ультразвук демонстрирует также существенную эффективность при лечении различных фиброзов, включая гипертрофические рубцы [1] и радиационно-индуцированный фиброз [24], что главным образом объясняется его влиянием на экспрессию кавеолина Cav‑1 и вышеописанными гистологическими изменениями в субэпителиальной ткани. Эти изменения ответственны в основном за суппортивный эффект сверхвысокочастотного ультразвука в комбинированных применениях с инъекционным липолизом [25]. Данное исследование проводилось на семи пациентах с контралатеральным контролем. Оно показало, что комбинация инъекционного липолиза и двухчастотных ультразвуковых волн не только существенно улучшает результаты лечения по сравнению с простой инъекцией, но также способствует уменьшению боли и, таким образом, значительно улучшает принятие данного метода пациентами.

Применение этого метода до филлерной инъекции приводит к разрыхлению части кожи, которая подвергается лечению, и, следовательно, к лучшему распределению в ней филлера. Сочетание филлеров с НММ все чаще используются на практике [26, 27]. Такие комбинированные процедуры широко используются при подтяжке нитями и липофиллинге в Азии. В то же время следует отметить, что использование сверхвысокочастотного ультразвука после инъекции гиалурона может привести к разрушению филлера и, таким образом, будет контрпродуктивным. Однако во многих случаях этот метод успешно использовался для коррекции неравномерно введенных филлеров.

Кроме того, двухчастотные ультразвуковые волны также успешно использовались в сочетании с криолиполизом [28], а также с лазерами и высокочастотным током.

Еще одной важной областью применения сверхвысокочастотного ультразвука является эстетическая и пластическая хирургия. Речь идет не только о лучшем заживлении ран и уменьшении рубцов, но и о прямом применении этого метода в липосакции. Предоперационное лечение с помощью сверхвысокочастотного ультразвука разрыхляет ткань, увеличивая ее способность поглощать тумесцентный раствор, со всеми вытекающими отсюда последствиями для результатов лечения. Такое разрыхление также приводит к увеличению расстояния между кровеносными сосудами, что уменьшает вероятность образования гематом в хирургическом поле. Кроме того, слепое тестовое применение этой комбинации с контралатеральным контролем продемонстрировало более четкие контуры тела по сравнению с отдельно проведенной липосакцией. Сверхвысокочастотный ультразвук – это безболезненный метод лечения с очень малым количеством побочных эффектов, который хорошо воспринимается пациентами. Количество противопоказаний для этого метода невелико, что позволяет использовать его для разных возрастных и этнических групп независимо от времени года.

ВЫВОД ДЛЯ ПРАКТИКИ

Сверхвысокочастотный ультразвук – это разносторонний аппаратный метод лечения, который может использоваться при различных показаниях в дерматологии, эстетической медицине, а также в эстетической и пластической хирургии.

Данный метод имеет мало побочных эффектов и очень хорошо воспринимается пациентами.

Сверхвысокочастотный ультразвук может использоваться в эстетической медицине самостоятельно либо же как суппортивный метод лечения в сочетании с разными другими аппаратными методами.

Данный метод дает большие преимущества в сочетании с различными инъекциями (например, филлер, липофиллинг, инъекционный липолиз).

Сверхвысокочастотный ультразвук может быть эффективно интегрирован в различные хирургические процедуры в качестве суппортивного метода, что приводит не только к улучшению результатов лечения, но также к снижению побочных эффектов и времени восстановления после лечения.

Скачать (pdf)