Коснуться невидимого, услышать неслышимое - [24]

Ультразвуковое воздействие и безопасность

В зависимости от режима и места воздействия ультразвуком у животных и человека можно вызвать строго определенные функциональные реакции, угнетение этих реакций и разрушение тканей. В связи с этим особое значение приобретают вопросы не только оптимальных режимов, но и безопасности.

Фокусированный ультразвук частотой несколько мегагерц — неспецифический стимул, поскольку в организме животных и человека отсутствуют органы чувств, способные производить или улавливать механические колебания такой частоты. Даже «классические ультразвуковые животные» — летучие мыши и дельфины — способны излучать и воспринимать ультразвук лишь до сотен килогерц. Речь идет, таким образом, о неспецифических режимах облучения ультразвуком, причем с целью не только получить определенный эффект, но и многократно его воспроизвести без какого-либо вредного влияния на облучаемую структуру или организм в целом.

Фокусированный ультразвук большой интенсивности впервые стали использовать в технике для смешивания нерастворимых друг в друге жидкостей, очистки загрязненных деталей, для нагревания ограниченных объемов среды и т. д. В биологии и медицине подобные режимы воздействия, только при меньшей интенсивности ультразвука, использовали для разрушения биологических тканей, в частности патологически измененных структур мозга. Эта наиболее очевидная область применения ультразвука получила признание не только в эксперименте, но и в клинике, например в нейрохирургии. Другая, сравнительно новая область, в которой успешно используется способность ультразвука вызывать деструкцию биологических тканей, — офтальмология. Фокусированным ультразвуком пытаются задержать отслойку сетчатки, образуя в ней очаги асептического воспаления, фиксирующие сетчатку к соседним оболочкам и препятствующие тем самым ее дальнейшей отслойке. Облучение ультразвуком хрусталика глаза ускоряет формирование катаракты. Формирование, развитие, или, как говорят офтальмологи, созревание, катаракты — необходимая предпосылка для ее успешного оперативного лечения. Как правило, такое созревание завершается за несколько месяцев. Облучение хрусталика фокусированным ультразвуком ускоряет этот процесс до нескольких минут.

Результатом исследований последнего десятилетия стало выявление раздражающего действия фокусированного ультразвука. Кроме того, стало известно и другое функциональное его действие, включающее обратимую блокаду проведения нервных импульсов и еще некоторые феномены.

Для угнетающих, разрушающих и некоторых активирующих воздействий чаще всего применяют непрерывное облучение ультразвуком. В таких случаях полнее используется один из действующих факторов ультразвука — выделение тепла в области воздействия. Прямое раздражение ультразвуком рецепторных и нервных структур, когда у человека возникают специфические ощущения, а у животных можно зарегистрировать электрические специфические ответы, осуществляется одиночными стимулами ультразвука или при помощи ультразвука, модулированного по амплитуде полезным сигналом. С точки зрения безопасности, в ряде случаев предпочтительнее импульсное воздействие — стимулами, следующими друг за другом в случайном порядке или с определенной частотой. Это важно учитывать особенно тогда, когда эффекты, получаемые при том и другом способах воздействия, сходны. Например, одинаковое по высоте слуховое ощущение человек испытывает при использовании ультразвука, модулированного по амплитуде колебаниями частотой 500 Гц и ультразвука в импульсном режиме с длительностью импульсов 1 мс и частотой их повторения 500 в секунду. Пороги ощущения для людей с нормальным слухом, измеренные по интенсивности ультразвука, в этих случаях близки. Естественно, выгоднее импульсный режим: при меньшей затрате энергии, а следовательно, при меньшей потенциальной возможности повреждений достигается тот же результат. Дело здесь не только или, вернее, не столько в реализации суммарного количества введенной ультразвуковой энергии, сколько в существовании физиологических механизмов, реагирующих не на общее количество энергии, а на другие параметры стимуляции.

Приведем еще пример. Для непрерывного облучения мозга лягушки в течение 30 с ультразвуком частотой 2.5 МГц безопасная интенсивность ультразвука, т. е. не вызывающая деструктивных изменений, составляет около 100 Вт/см² (интенсивность осреднена по площади фокальной области). В импульсном режиме облучения (длительность прямоугольных импульсов ультразвука 1 мс, частота их следования — 500 в секунду) аналогичная интенсивность — уже порядка 800 Вт/см². Суммарная энергия, введенная в организм, в 4 раза больше во втором случае, чем в первом. Пример демонстрирует существенное значение распределения ультразвуковой энергии во времени.

В наших опытах минимальная интенсивность амплитудно-модулированного ультразвука, вызывающего у человека слуховое ощущение, была принята за пороговую; при этом максимальная интенсивность, которая использовалась в экспериментах, составляла около 60 дБ над порогом. При этом случае появлялось ощущение тепла на месте контакта акустически прозрачной полиэтиленовой пленки с кожей головы. Максимальная интенсивность (в дБ) рассчитывалась как 20 lg