Человеческое ухо способно улавливать звуки, частота которых находится в пределах диапазона 16-20000 колебаний в секунду. Низкочастотные (инфразвук; частота менее 16 колебаний в секунду) и высокочастотные звуковые волны (ультразвук; частота колебаний более 20 тысяч в секунду) не воспринимаются слуховым аппаратом, поэтому для их обнаружения человек использует специальные приборы. Благодаря огромному количеству исследований, целью которых было изучение свойств ультразвуковой волны и воздействие ультразвука, возникли предпосылки, позволившие широко использовать ультразвук в различных отраслях промышленности, медицине, биологии, современной военной технике, народном хозяйстве, в производстве отдельных лекарственных препаратов, в физике и в повседневной жизни.
Что представляет собой ультразвук
Ультразвук представляет собой высокочастотную звуковую волну (частота его колебаний превышает десятки и сотни тысяч герц), способную распространяться в жидкости, твердых материалах, а также в газообразной среде, благодаря действию упругих сил.
Ультразвук имеет как искусственное, так и естественное происхождение. Так, в природе органами чувств, позволяющими воспроизводить и воспринимать колебания, создаваемые ультразвуковой волной, наделены летучие мыши, дельфины, киты, бабочки, кузнечики, саранча, сверчки, некоторые виды птиц и рыб. Благодаря этому они могут хорошо ориентироваться в пространстве, в том числе и в ночное время, и общаться со своими сородичами. Киты и дельфины могут посылать информацию на десятки тысяч километров. Также способны улавливать ультразвук кошки и собаки.
На скорость распространения и интенсивность ультразвука оказывают непосредственное влияние свойства вещества, в котором он распространяется: удаляясь от источника в воздухе, звук ослабевает довольно быстро; и, напротив, в жидкостях и при прохождении через твердое вещество его сила снижается медленно. В отличие от обычных звуков, распространяющихся от источника сразу во всех направлениях, ультразвук представляет собой волну в виде узкого луча.
Благодаря этим своим особенностям ультразвук применяется для исследования дна морей и океанов, обнаружения подводных лодок и затонувших кораблей, а также возможных препятствий под водой и определения точного расстояния до них.
Однако, распространяясь в водной среде, ультразвуковые волны способны также причинять вред организмам, обитающим в ней. Под воздействием ультразвука рыбы всплывают к водной поверхности кверху животом, у них резко нарушается чувство равновесия, и вследствие этого они не могут принять нормальное для себя положение. Продолжительное интенсивное воздействие ультразвука, превышающее допустимые пределы, в конечном результате приводит к крайне тяжелым повреждениям, а также к гибели рыб. В тех же случаях, когда воздействие ультразвука носит временный характер, а его интенсивность невысока, после его прекращения поведение и образ жизни рыб становится прежним.
Воздействие ультразвука на человеческий организм
Аналогичным образом ультразвук воздействует и на человека. Во время проведения экспериментов в ладонь, сложенную в виде чаши, наливали воду, а затем испытуемый погружал руку в ультразвуковое поле. При этом у него возникали неприятные болезненные ощущения. В целом, можно сказать, что сущность биологического воздействия ультразвука пока еще до конца не изучена. Однако, вероятнее всего, основано оно на возникающих в тканях локальных давлениях и на локальном тепловом эффекте, напрямую связанном с поглощением энергии, которое происходит во время глушения вибраций. Поскольку жидкости и газообразная среда способны хорошо поглощать ультразвук, а твердые вещества – проводить его, то скелетная система человеческого тела также является хорошим проводником.
В первую очередь воздействие ультразвука провоцирует возникновение у человека термического эффекта, который является следствием трансформации энергии ультразвуковой волны в тепло.
Кроме того, он вызывает микроскопические сжатия и растяжения тканей (так называемый микромассаж) и стимулирование кровообращения. В результате этого улучшаются функции различных тканей организма и кровоток. Ультразвук также способен оказывать стимулирующее действие на течение обменных процессов и нервно-рефлекторное действие. Ультразвук вызывает изменения не только в тех органах, на которые им воздействуют, но и на другие ткани и органы. При этом длительное и интенсивное его воздействие приводит к разрушению гибели клеток. Это связано с тем, что под воздействием ультразвука в жидкостях организма образовываются полости (это явление носит название «кавитация»), вследствие чего ткани отмирают.
Ультразвуковая волна также способна разрушать многие микроорганизмы, что позволяет инактивировать такие вирусы, как полиомиелит или энцефалит. Воздействие ультразвука на белок приводит к нарушению структуры его частиц и их распаду.
Под воздействием ультразвука разрушаются лейкоциты и эритроциты крови, а ее вязкость и свертываемость значительно возрастает, кроме того, ускоряется РОЭ.
Ультразвук оказывает угнетающее действие на дыхание клетки, уменьшает количество потребляемого ею кислорода, а также способствует инактивации отдельных ферментов и гормонов.
Воздействие ультразвука высокой интенсивности способно привести к следующим последствиям для человека:
- Облысению;
- Возникновению сильного болевого синдрома;
- Помутнению роговицы и хрусталика глаза;
- Гемолизу;
- Повышению содержания в крови холестерина, мочевой и молочной кислоты;
- Мелким кровоизлияниям в различных тканях и органах организма;
- Серьезным нарушениям со стороны слуха;
- Разрушению клеток кортиева органа;
- Разрушению нервных клеток;
- Патологическому развитию и разрушению костной ткани.
В результате длительного воздействия ультразвуком возникают повышенная сонливость, быстрая утомляемость, головокружения, проявления вегетососудистой дистонии (нарушения памяти, расстройства сна, нерешительность, апатия, пугливость, снижение аппетита, склонность к депрессивным состояниям и т.д.).
Воздействие ультразвуком в медицинских целях
Лечебные свойства ультразвука обусловлены его способностью массажировать и прогревать ткани. Однако ультразвуковая волна обладает рядом специфических особенностей воздействия на организм. Глубоко прогреть ткани можно при помощи различных методов, но добиться хороших результатов в лечении при этом позволяет лишь использование ультразвука.
В медицине ультразвук широко применяется не только для воздействия на очаг боли, а и для косвенного влияния. При этом достигаются следующие эффекты:
- Болеутоляющий;
- Спазмолитический;
- Противовоспалительный;
- Бактерицидный.
Допускается сочетание воздействия ультразвуком с другими видами лечебной терапии. Однако лечение должно проводиться с высокой осторожностью. Это обусловлено высокой биологической активностью ультразвуковой волны.
