12.5.2. ТКАНИ МЛЕКОПИТАЮЩИХ

12.5.2.1. Кавитационные явления

Очень трудно получить однозначное доказательство возникновения кавитационных явлений в тканях млекопитающих. Большинство публикаций опирается на результаты гистологического анализа образцов ткани, изолированных и исследованных после облучения ультразвуком.

На гистологических срезах были обнаружены полости и отверстия, происхождение которых связывается с кавитационными пузырьками [4, 68, 76].

Леман и Херрик [76] наблюдали кровотечения на внутрибрюшной поверхности у мышей. При воздействии ультразвуком на частоте 1 МГц было найдено, что увеличение внешнего давления уменьшает кровотечение. Для предотвращения кровотечения при

интенсивности необходимо давление 3—4 атм., при необходимо 4—5 атм. Гистологические исследования облученных тканей показывают большие пустоты, которые предположительно соответствуют газовым пузырькам.

Хаг и Пейп [68] провели гистологические исследования тканей мышей и крыс после облучения ультразвуком частотой 1 МГц. Были отмечены группы пузырьков в печени, образующиеся после воздействия ультразвуком интенсивностью в течение 8 мин. Обнаружено, что эти пузырьки образуют слой вдоль границы между белым и серым веществом мозга.

Такие образования пузырьков определяются авторами как псевдокавитация. Чрезвычайно сложно доказать, что круглые отверстия, наблюдаемые на срезах тканей при проведении гистологических исследований, действительно обусловлены пузырьками, существовавшими в момент фиксации срезов. В работе Белла [4] также сообщалось о псевдокавитационных отверстиях в печени мышей. Было показано, что повреждения наблюдались на частоте но их не было на частоте 27 МГц. Хотя повреждения напоминали те, что возникают из-за перегрева тканей; предварительное охлаждение и поддержание температуры тканей на приемлемом уровне во время ультразвукового воздействия не предотвращает повреждения. Подобные полости наблюдались при исследовании в электронном микроскопе облученных тканей матки мыши [58].

Хаг и Пейп [68] провели измерения интенсивности ультразвука, прошедшего через свежеиссеченный образец тканей в зависимости от времени. Оказалось, что для некоторых типов тканей после приблизительно 120 с облучения интенсивность существенно падает. Авторы связывают это с образованием пузырьков в ткани, препятствующих распространению ультразвука через нее. Сильнее всего этот эффект проявляется в мозге и печени (см. рис. 12.18). В жире интенсивность сначала растет, а затем падает до 50% первоначальной величины. Первоначальный подъем интенсивности был связан с нагревом жира, вызывающим уменьшение коэффициента поглощения.

Мартин с соавт. [83] изучали воздействие ультразвука частотой на печень мышей, причем облучение велось через контактную среду. На частотах для интенсивностей выше наблюдались локализованные поверхностные повреждения на стороне печени, обращенной к источнику ультразвука. На частоте 3 МГц вплоть до интенсивности таких повреждений не отмечено. Измеренное повышение температуры

Рис. 12.18. Диаграмма, показывающая падение интенсивности ультразвука, прошедшего через различные ткани, происходящее через 120 с облучения. Падение обусловлено образованием пузырьков в тканях [68]. 1 — Печень; 2 — мозг, белое вещество; 3 — яичко; 4 — поджелудочная железа; 5 — селезенка; 6 — мышца; 7 — жир; 8 — кожа; 9 — почка; 10 — легкое.

составляло 7,5° С. Интенсивность ультразвука, при которой появлялись первые повреждения, совпадала с интенсивностью, при которой возникал субгармонический сигнал. Исследование показало, что наблюдаемые эффекты обусловлены кавитационными явлениями в контактной среде. Используя гель или накладывая на печень тонкую пленку, повреждения можно было предотвратить.

Тер Хаар и Даниеле [54] использовали 8-мегагерцевую ультразвуковую визуализирующую систему для наблюдения за образованием пузырьков в конечностях анестезированных морских свинок. Эта система, разработанная для изучения кессонной болезни, не позволяла получить сведения об активности образовавшихся пузырьков. При облучении ультразвуком с частотой и длительностью 5 мин пузырьки впервые были замечены при интенсивности При иснользовании этого метода можно обнаружить пузырьки диаметром больше т. е. существенно больше резонансного размера. В более поздней работе тер Хаар с соавт. [55] продемонстрировали, что повышение внешнего давления приводит к исчезновению пузырьков. На рис. 12.19 схематически показана картина ультразвукового изображения на частоте перед (а) облучением и во время (б) облучения ультразвуком частотой Некоторые из наблюдаемых пузырьков после возникновения стабильно существуют в определенной точке, другие видны в течение короткого времени. Большинство пузырьков возникает в части конечности, на которую падает пучок ультразвука; по-видимому, они локализуются около жировых прослоек и межмышечных

Рис. 12.19. Ультразвуковые изображения конечности морской свинки: а) контрольное изображение; б) изображение, показывающее новые эхо-образы, которые приписываются пузырькам внутри конечности, возникающим при ее облучении ультразвуком частотой и интенсивностью Местоположение зонда диагностического прибора; 2 — местоположение терапевтического излучателя.

фасций. Если считать, что каждое событие на изображении — это возникновение нового пузырька, то рис. 12.20 показывает, как меняется общее количество пузырьков со временем при различных интенсивности для двух животных. Рис. 12.20а - 12.20в показывают, событий меняется при изменении внешнего давления и как оно растет с увеличением интенсивности ультразвука. Таким

(кликните для просмотра скана)

Рис. 12.20в. Влияние интенсивности ультразвука на число событий. Данные взяты для четырех животных. Черточки показывают количество ложных событий, регистрируемых в контрольных опытах.

способом можно определить порог образования пузырьков. Исследования показали, что достаточно низкие, терапевтические интенсивности ультразвука (см. гл. 13) могут привести к образованию пузырьков in vivo. Однако об активности этих вновь образованных пузырьков ничего нельзя сказать. Необходима уже другая система, чтобы выяснить как ведут себя эти пузырьки в ультразвуковом поле.

12.5.2.2. Акустические течения

Белл [4] выполнил гистологические исследования тканей млекопитающих после их облучения ультразвуком частотой 1 МГц и отметил часто наблюдающиеся повреждения стенок кровеносных сосудов. Дайсон с соавт. [27] наблюдали подобные эффекты при облучении куриных эмбрионов ультразвуком частоты 3 МГц. На некоторых препаратах сосудов было видно, что повреждается облучаемая сторона плазматической мембраны. Подобные результаты получены тер Хаар с соавт. [58], которые использовали электронную микроскопию для изучения воздействия ультразвука частотой 3 МГц на матку мышей. И в этом случае повреждения были замечены на облученной стороне плазмалемм, а в просвете сосудов были видны сгруппированные в определенных местах фрагменты оболочек. Предполагается, что этот тип повреждений обусловлен высокими сдвиговыми напряжениями, связанными с акустическими течениями в плазме крови вблизи стенок кровеносных сосудов.

12.5.2.3. Стоячие волны

Гольдман и Лепешкин [46] показали, что при помещении растительных клеток в поле стоячих волн все наблюдаемые биологические эффекты были пространственно связаны с пучностями давления. Хотя проведение подобных экспериментов in vivo в тканях млекопитающих затруднительно, в некоторых работах была сделана попытка исследовать воздействие стоячих волн на кровоток. Шмитц [124] впервые продемонстрировал на лягушках, что при достаточно высокой интенсивности ультразвука эритроциты собираются в сгустки на расстоянии в половину длины волны друг от друга. Дайсон с соавт. [27] продемонстрировали тот же эффект на куриных эмбрионах в возрасте дня, а тер Хаар с соавт. [57, 58] на кровеносных сосудах млекопитающих. При включении звука эритроциты удерживаются в сгустке постоянно, в то время как плазма продолжает течь по сосуду. Этот эффект обычно обратимый, поскольку сгустки рассасываются после выключения звука, распределяясь параболически (в соответствии с распределением скорости течения) по сечению сосуда.