Влияние ультразвукового хирургического инструмента на рассекаемую ткань

Длины продольных акустических волн в мягких тканях и в жидких средах в диапазоне частот ультразвука, используемого в хирургии, составляют 7,5 - 2 см, следовательно, градиенты давлений, смещений, колебательных скоростей в ускорений в биологических тканях невелики, и клетки с размерами 10^-3 – 10^-4 см не испытывают в поле низкочастотного ультразвука практически никакого воздействия. Значительно большее влияние на ткани могут оказывать поверхностные сдвиговые волны, возникающие в рассекаемых тканях под действием хирургического инструмента и быстро затухающие в тонком слое, граничащем с ультразвуковым инструментом, или на границах тканей с отличающимися сдвиговыми характеристиками.

При повышении амплитуды колебаний ультразвукового хирургического инструмента возрастает и амплитуда поверхностных сдвиговых колебаний, и соответственно увеличиваются потери энергии на границах сред, отличающихся по своим сдвиговым характеристикам. Чем больше различия в этих характеристиках, тем, больше потери акустической энергия и тем, больше тепла выделится на границе сред. Например, при практически равных объемно-упругих свойствах, модули сдвига здоровых и патологических тканей, могут отличаться в несколько раз. Это позволяет, используя специальные инструменты дезинтеграторы, производить селективную дезинтеграцию папиллом, ангиом, гемангиом и других новообразований до состояния аэрозоля, не нарушая целостности здоровых тканей. Селективность разрушения наглядно проявляется на модели, состоящей из двух соприкасающихся слоев, например, желатинового или агарового геля. Чем больше отличаются эти слои по содержанию воды, тем больше различие в их сдвиговых характеристиках. Результаты экспериментов на двухслойных гелях качественно совпадают с результатами разрушения новообразований, граничащих со здоровой тканью. Механизм селективной ультразвуковой дезинтеграции новообразований может быть представлен в виде следующей цепочки событий: появление интенсивных сдвиговых волн на границе между слоями, отличающимися по величине модуля сдвига→ возникновение в зоне раздела разрывов, заполняемых выделившимися из среды микропузырьками газа → рост и раскачка газовых пузырьков, приводящие к возникновение дополнительных разрывающих усилий → появление газовой среды между слоями, локализующее ультразвуковое воздействие в пределах одного слоя → селективная дезинтеграция. Очевидно, что, эффективность ультразвукового разделения слоев двухслойной полужидкой структуры и селективность разрушения слоя, в который введен волновод, зависят от различий в модулях сдвига этих слоев.

Способность ультразвука, при достаточно высокой плотности энергии, разрушать клетки тканей, эмульгировать жир, снижать эффективную вязкость веществ нашла применение в липосакции - вакуумном удалении подкожного жира после его ультразвуковой дезинтеграции. Этот метод на сегодняшний день считается самым популярным способом хирургической коррекции фигуры.

Низкочастотные колебания ультразвукового хирургического инструмента даже при амплитудах, измеряемых единицами мкм, вызывают увеличение проницаемости клеточных мембран тканей, соприкасающихся с инструментом. В этом легко убедиться в модельных опытах на ткани клубня картофеля. Производя ультразвуковым скальпелем, вибрирующим с различной частотой, надрезы на пластинках из ткани клубня картофеля при различных температурах, можно видеть, что толщина слоя ткани с повышенной по отношению к ионам йода проницаемостью клеточных мембран, увеличивается пропорционально амплитуде колебания инструмента и температуре ткани (Рис. 2). Под влиянием ультразвукового хирургического инструмента увеличивается также и скорость диффузии антибиотиков, цианакрилата и других веществ в костную и мягкие ткани.

Цианакрилат и некоторые другие клеи используются в хирургии для склеивания резаных ран, герметизации швов и в ряде других случаев. Однако между пленкой клея и тканью начинают размножаться болезнетворные микробы, вызывая раздражение, нагноение и другие патологические изменения. Воздействие низкочастотным ультразвуком на клей способствует его внедрению в ткань и подавлению микрофлоры. Кроме того, ультразвук ускоряет полимеризацию клея, и соединение получается прочным. Метод склеивания мягких и костных тканей в ультразвуковом поле получил название ультразвуковой сварки. Использование этого метода значительно снижает вероятность послеоперационных осложнений.

Обработка низкочастотным ультразвуком раневых поверхностей и слизистых оболочек через растворы фармакологических препаратов, приводит не только к очистке и обеззараживанию поверхностей, но и к фонофорезу и депонированию лекарственных веществ в тканях.

Некоторые особенности механизма фонофореза и зависимость наблюдаемых при фонофорезе явлений от параметров используемого ультразвука удобно исследовать на модели - ткани клубня картофеля. Эта ткань имеет биологическую природу и клеточное строение, а отсутствие рефлекторных и сосудистых реакций существенно упрощает наблюдаемую картину. В клетках (и только в клетках) клубня картофеля содержится крах­мал, который можно использовать как естественный внутриклеточный индикатор на йод. Однако при исследовании влияния ультразвука на ионную проницае­мость, в клетку могут попасть лишь ионы йода, которые не дают в комплексе с крахмалом характерной сине-фиолетовой окраски. Окра­шивание наступает при "проявлении" образцов в 0,5 -2% раство­ре перекиси водорода. Механизм проявления сводится к тому, что ионы йода, окисляясь, переходят в атомарный йод, который при взаимодействии с крахмалом, находящимся в пластидах внутри кле­ток, дает характерную яркую сине-фиолетовую окраску.

Использование ткани клубня картофеля позволяет изучить особенности процессов фонофореза, найти зависимость наблюдаемых при фонофорезе явлений (например, глубины проникновения ионов йода в ткань клубня картофеля) от условий воздействия (времени, температуры) и параметров используемого ультразвукового инструмента (амплитуды колебаний режущей кромки, частоты).

Поиск по сайту: