Особенности и свойства УЗ при его распространении в среде.

При достаточно больших частотах (малых l), УЗ обладает некоторыми свойствами:

1.УЗ имеет малую «l», поэтому дифракция (огибание) происходит на объектах малых размеров. Другие препятствия УЗ огибает плохо и оставляет за ними «акустическую тень»

при n = 1 кГц l = 1,5 м

n = 1 МГц l = 1,5 мм.

2. УЗ обладает направленностью и может фокусироваться в узкие направленные пучки с помощью специальных линз или придания определённой формы излучателю.

3. УЗ поглощается при взаимодействии со средой и это в значительной степени зависит от его частоты и свойств самой среды. В различных тканях интенсивность поглощения УЗ разная. Глубина, на которой интенсивность УЗ уменьшается вдвое, называется глубиной полупоглощения.

На частоте n = 1 МГц глубина полупоглощения:

— в мышечной ткани – 2,1 см

— в жировой ткани – 3,3 см

— в костной ткани – 0,23см

— в крови – 35,0см.

Поглощение в жидкой среде намного меньше, чем в мягких тканях, особенно, в костной.

4. УЗ может преломляться, отражаться, рассеиваться. Преломление и отражение наблюдается при прохождении УЗ через границу раздела сред с различным акустическим сопротивлением. Почти полное отражение наблюдается при переходе УЗ из твёрдого тела в жидкость или газ. На границе вода-воздух отражение» 99%, следовательно, при введении УЗ в ткань между телом человека и излучателем должна быть связующая среда (водная, масляная).

 

 

Z₂ – Z₁ ²

r = — коэффициент отражения.

Z₂ + Z₁

кг×м кг

Z = r´n — акустическое сопротивление = =

м³×с м² ×с

III. Виды физического воздействия УЗ

И их характеристика.

1. Тепловое – обусловлено поглощением УЗ в среде, в результате чего выделяется тепло, то есть механическая энергия УЗ волны переходит в тепловую. Это обусловлено:

– периодическим сжатием участков среды;

– трением частиц среды, особенно выраженном на границе раздела;

– поглощением УЗ средой;

Так как поглощение УЗ различно различными средами, то и выделение тепла не будет одинаковым. При j_УЗ = 5 Вт/см² и t = 1 мин. Температура мышц повышается на 1 ⁰С, а костного мозга на 5 ⁰С.

Сравнительно много тепла выделяется на границе мягких тканей и кости. Ткани со сложной структурой более чувствительны, чем однородные. Локальный нагрев ткани на доли градусов увеличивает жизнедеятельность биологических объектов, интенсивность процессов обмена. Длительное воздействие приводит к перегреву.

 

2. Механическое – обусловлено переменным давлением, возникающим в среде при прохождении УЗ. Перепады давления приводят в колебательное движение частицы среды, что обуславливает его «дробящее» действие и более равномерное распределение частиц по всему объёму (приготовление эмульсий, аэрозолей и т.п.). При распространении УЗ в жидкости в момент разряжения (УЗ – продольная волна) происходит микроразрыв жидкости – то есть образуется полость, в которую устремляются растворённые в жидкости газы и пары самой жидкости (образуется кавитационный пузырёк). В момент сжатия происходит захлопывание пузырьков. При этом создаются кратковременные (t» 10^-6 с) импульсы давления (r» 10⁸ Па и более). Они способны разрушить весьма прочные материалы. Захлопывание пузырьков сопровождается адиабатным нагревом газа в пузырьке и его ионизацией. Кавитация происходит при j ³ 8 кВт/м².

Ещё одно механическое воздействие УЗ волн – возникновение акустических

потоков – звуковой ветер. С их помощью перемешиваются жидкости.

 

3. Физико-химическое – тесно связано с явлением кавитации, так как в кавитационных пузырьках кроме больших давлений возникают электрические потенциалы, что приводит, в частности, к образованию свободных радикалов и атомарного водорода в воде. Под действием УЗ происходят процессы окисления в некоторых растворах, а также ускоряются различные химические процессы (звуковая химия).

 

IV. Биофизическое действие УЗ.

Особенности распространения УЗ в тканях.

 

Комплексное действие УЗ на биологические объекты основано на механических, тепловых и химических факторах. Биологическое действие УЗ зависит от частоты, интенсивности, от времени действия, от типа ткани, её физиологического состояния, от вида воздействия.

В медицине выделяют УЗ разных интенсивностей:

Малые и средние величины – оказывают положительный биологический эффект (стимуляция роста и развития клеток способствует жизнедеятельности объекта, повышает интенсивность обмена веществ). Микромассаж тканей происходит за счёт микровибрации на клеточном и субклеточном уровне.

Высокие и сверхвысокие интенсивности - вызывают замедление роста клеток, разрушение биоструктур. Например, большие дозы УЗ снижают активность вирусов гриппа почти в тысячу раз, а некоторые бактерии (стрептококки, стафилококки) уничтожаются полностью.

Очень чувствительна к УЗ нервная ткань и внутренние органы. При воздействии больших доз УЗ на сердце может возникнуть стенокардия, на кожу – физиологическое и функциональное её изменение.

УЗ оказывает воздействие на клеточные мембраны. Акустические потоки приводят к переносу вещества и перемешиванию жидкостей. Внутри клетки микропотоки могут менять взаимное расположение клеточных органелл, перемешивать цитоплазму, изменять её вязкость. Они могут отрывать от мембраны биологические макромолекулы, изменять поверхностный заряд мембран и их проницаемость, оказывая влияние на жизнедеятельность клетки. Под действием УЗ мембраны могут разрушаться.