Терапевтическое применение ультразвука

Физические основы терапевтического применения ультразвука

Ультразвуковая волна — это механическое колебание с частотой выше верхнего порога слышимости человека (т.е. >20 кГц). Для терапевтических целей используются диапазоны от 0,7 до 3,3 МГц. Генерация таких волн осуществляется с помощью пьезоэлектрических преобразователей, чаще всего из кристаллов титаната бария или цирконата-титаната свинца. При подаче переменного электрического поля на пьезоэлемент он начинает вибрировать, создавая ультразвуковые волны, распространяющиеся в окружающую среду.

Распространение ультразвука в тканях

Ультразвук в биологических средах подчиняется законам распространения продольных волн. Основные физические параметры, влияющие на распространение:

Импеданс тканей — произведение плотности на скорость звука. Различие импедансов на границах раздела тканей вызывает частичное отражение волн.
Коэффициент поглощения — характеризует потерю энергии на тепло и вязкость. Он растет с увеличением частоты, ограничивая глубину проникновения ультразвука.
Рефракция и рассеяние — особенно выражены при наличии неоднородностей: сосудов, костей, соединительной ткани.

Глубина проникновения и пространственная локализация зависят от выбора частоты и режима излучения. Например, частоты 1 МГц применимы для глубоких тканей (до 5–6 см), тогда как 3 МГц эффективны при воздействии на поверхностные структуры (1–2 см).

Механизмы терапевтического действия ультразвука

Терапевтический эффект обусловлен как тепловыми, так и нетепловыми (механическими и биохимическими) механизмами. В реальных клинических ситуациях они действуют совместно.

1. Тепловое воздействие

Основывается на поглощении ультразвука тканями и преобразовании его энергии в тепло. Это приводит к:

Повышению температуры тканей до 40–45 °C;
Увеличению эластичности соединительной ткани;
Усилению кровообращения за счёт вазодилатации;
Снижению мышечного спазма;
Активизации ферментативных процессов.

Наибольший тепловой эффект возникает в тканях с высоким содержанием коллагена — сухожилиях, фасциях, хрящах.

2. Кавитация

Образование и колебание микропузырьков газа в тканях под действием ультразвуковой волны. Различают:

Стабильную кавитацию, при которой пузырьки колеблются, не разрушаясь. Это вызывает микроциркуляционные и мембранные изменения.
Нестабильную (инерционную) кавитацию, при которой пузырьки схлопываются, генерируя локальные высокие температуры и давления. Это может приводить к микроповреждениям тканей и используется строго дозированно, например, в литотрипсии.

3. Механическое воздействие

Ультразвук вызывает микромассаж тканей за счёт перемещения жидкостей и колебаний структур. Это способствует:

Уменьшению отёков и застойных явлений;
Ускорению лимфодренажа;
Распаду коллагеновых сращений и спаек;
Улучшению диффузии и метаболизма.

4. Биохимические и клеточные эффекты

Ультразвук активирует сигнальные пути, влияющие на:

Пролиферацию и миграцию фибробластов;
Синтез коллагена и матриксных белков;
Повышение активности супероксиддисмутазы и других антиоксидантов;
Ускорение репаративных процессов.

Режимы ультразвукового воздействия

Применяются два основных режима:

Непрерывный режим — постоянная подача волн, преимущественно тепловое воздействие.
Импульсный режим — чередование коротких импульсов с паузами, при котором выражены нетепловые эффекты.

Выбор режима определяется клинической задачей: например, для снятия мышечного гипертонуса применяют непрерывный режим, а для стимуляции заживления — импульсный.

Применение в различных клинических областях

Физиотерапия опорно-двигательной системы

Артриты, артрозы;
Контрактуры, спайки;
Миозиты, миалгии;
Восстановление после травм.

Ультразвук ускоряет регенерацию тканей, уменьшает болевой синдром, улучшает подвижность суставов.

Спортивная медицина

Используется для быстрого восстановления спортсменов после нагрузок и травм. Особенно популярен в лечении тендинитов, надрывов мышц, ушибов, периоститов.

Стоматология и челюстно-лицевая хирургия

Улучшение заживления после операций;
Снижение воспаления при периодонтите и гингивите;
Ускорение остеоинтеграции имплантатов.

Дерматология и косметология

Ультразвуковой фонофорез — введение препаратов через кожу;
Повышение проницаемости клеточных мембран;
Стимуляция выработки коллагена и эластина;
Коррекция рубцов, стрий, целлюлита.

Хирургия и онкология

Высокоинтенсивный сфокусированный ультразвук (HIFU) применяется для термической абляции опухолей (например, при раке простаты, печени);
Таргетированная доставка химиопрепаратов с помощью ультразвука и липосом;
Ультразвуковая деструкция патологических сосудов.

Урология и гастроэнтерология

Литотрипсия — разрушение камней в почках и желчном пузыре;
Ультразвук стимулирует перистальтику ЖКТ;
Терапия хронических простатитов.

Техника безопасности и противопоказания

Хотя ультразвук безопасен при правильном применении, необходимо учитывать ряд ограничений:

Нельзя направлять ультразвук на области роста костей у детей, глазное яблоко, кардиостимулятор, головной мозг;
Противопоказан при острых воспалениях, тромбозах, злокачественных новообразованиях (если не используется специально для их лечения);
Требуется контроль интенсивности: превышение 2–3 Вт/см² может вызывать термические ожоги и повреждения тканей;
Во избежание стоячих волн рекомендуется непрерывное перемещение аппликатора.

Особое внимание уделяется обучению медицинского персонала: неправильное применение может привести к микроповреждениям, некрозам или усугублению патологического процесса.

Биофизические параметры и дозиметрия

Основные параметры, которые настраиваются при терапии:

Частота ультразвука (1 или 3 МГц);
Интенсивность излучения (обычно 0,1–2,0 Вт/см²);
Режим подачи (непрерывный или импульсный);
Продолжительность воздействия (3–10 минут на область);
Площадь облучения — не более 2–3 полей одновременно;
Кратность процедур — 10–15 сеансов через день.

Обязательным является использование акустического контактного геля, исключающего воздушную прослойку между аппликатором и кожей.

Перспективы развития

Современные направления включают интеграцию ультразвука с нанотехнологиями, использование биосенсоров и микропузырьков в качестве носителей лекарств, а также развитие неинвазивных методов точечной доставки энергии в глубокие структуры с использованием магнитных и оптических навигационных систем.

Разработка многофункциональных ультразвуковых установок с обратной связью и автоматизированной настройкой параметров позволяет значительно повысить эффективность и безопасность процедур.