Ультразвук в легочной хирургии

Сегодня использование ультразвука (УЗК) в медицине получило прочное научное обоснование и позволяет наилучшим образом решать многие вопросы диагностики и терапии.

В МВТУ имени Н. Э. Баумана и на кафедре травматологии ЦОЛИУврачей Г. А. Николаевым, В. И. Лошиловым, В. А. Поляковым и Г. Г. Чемяновым впервые в 1964 г. была начата разработка метода ультразвуковой резки костных и мягких тканей, а затем и сварка костных тканей. После экспериментальных исследований (более 500 опытов) В. А. Поляков в 1967 г. успешно применил в клинике ультразвуковую резку мягких и костных тканей, а также произвел несколько успешных операций остеосинтеза.

К настоящему времени ультразвуковой метод нашел широкое применение в ортопедии и травматологии при различных костно-пластических операциях. Советские специалисты используют ультразвук в торакальной хирургии при рассечении рубцово-склеротической ткани, декортикации и пневмолизе, а также при распиливании костной ткани. Хирургический ультразвук используется также при лечении инфицированных ран.

Представляют особый интерес экспериментальные исследования по ультразвуковой сварке культи бронха после резекции легкого, а также внедрение в арсенал хирургов гибких и длинных волноводов для интраторакальных манипуляций на трахее и бронхах (Г. А. Николаев, В. П. Борисов и др.). Ранее такие работы не проводились ни в СССР, ни за рубежом. Значительный интерес и для науки, и для практики представляют исследования по ультразвуковому соединению легочной ткани.



Заслуживают внимания и перспективные исследования по изучению местного воздействия низкочастотных ультразвуковых волн на микробактерии туберкулеза непосредственно в каверне (ультразвуковое «орошение» и санация легочных каверн).

Ультразвук и болезни легких... Лет десять назад эти физические и медицинские понятия никак не соприкасались. Сейчас ультразвук становится незаменимым диагностом и целителем большинства легочных заболеваний.

Ультразвук. Краткая характеристика. Ультразвук — упругие механические колебания среды, частота которых превышает верхний предел слышимости уха человека (около 18 кГц). Они находятся в диапазоне частот от 18 кГц до 15 МГц. Колебания эти распространяются в виде волн, которые представляют собой периодически чередующиеся области растяжения и сжатия. Скорость распространения упругой волны определяется свойствами среды и не зависит ни от частоты, ни от интенсивности ультразвука. Особенности ультразвуковых колебаний — их направленность и возможность фокусирования энергии на небольшой площади рабочего инструмента.

Основную характеристику распространяющейся упругой волны представляет расстояние, которое она проходит за один период. Эта величина — длина волны, зависящая от скорости распространения звука в материале, а также от частоты.

Звуковая волна, распространяясь в среде, несет определенную энергию, которая периодически переходит из потенциальной в кинетическую и обратно.

Для оценки энергии звукового поля определена величина, называемая интенсивностью звука. Интенсивность — количество энергии, переносимой звуковой волной за одну секунду через площадку 1 см2, перпендикулярно к направлению распространения.

При распространении плоских ультразвуковых волн в среде часть энергии затрачивается на преодоление необратимых потерь: (например, вязкости материала). Такой процесс носит название «поглощение ультразвука», когда энергия переходит в тепло, нагревая среду.

Если распространяющаяся волна попадает на границу раздела между двумя средами, то часть ультразвуковой энергии проходит во вторую среду, а другая — отражается обратно. Распределение энергии между прошедшей и отраженной энергией зависит от соотношения акустических сопротивлений двух сред.

Специфические свойства ультразвуковых колебаний для воздействия на биологические ткани заключаются в следующем:
—       отмечается высокая интенсивность энергии с максимальными амплитудами колебаний;
—       звуковое радиационное давление появляется в поле продольных звуковых волн с конечными амплитудами смещения. Давление всегда направлено от среды с большей плотностью к среде с наименьшей;
—       возникает кавитация: процесс разрыва жидкости под действием растягивающихся напряжений с образованием газовых полостей;
—       наблюдается нагрев тканей под действием ультразвука.

Основной параметр ультразвуковых колебаний, определяющий биологическое воздействие, — интенсивность ультразвука. Величина интенсивности определяет степень разрушения биологических структур.

Время воздействия ультразвука тоже играет немаловажную роль.

С увеличением времени воздействия свыше 10 минут при средней интенсивности ультразвук может вызвать необратимые изменения в клетках и разрушение живых тканей. Импульсивный режим действия источника колебаний позволяет удлинить время воздействия (до 20 мин) без существенных морфологических изменений в биологических тканях.

Величина поглощения ультразвуковой энергии зависит от гистологического строения тканей. Поглощение в жировых тканях, например, меньше, чем в обычных. Значительное поглощение отмечается в ателектазированных легких, а хрящи и мышцы обладают более высокими значениями коэффициента затухания, чем паренхиматозные ткани. Коэффициент поглощения ультразвуковой энергии зависит и от направления введения ультразвука по отношению к направлению коллагеновых волокон. Кость имеет максимальный коэффициент поглощения, а следовательно, при ультразвуковом распиливании в ней выделяется наибольшее количество тепла.

При высокой частоте ультразвуковых волн больше образуется тепла на поверхности раздела мягкая ткань — кость. При этом примерно 40% ультразвуковой энергии отражается в тканях.

Кавитация в мягких тканях крайне затруднена из-за большой вязкости тканевых жидкостей и большей концентрации клеток в них. Кавитация в кровеносных сосудах возникает легче, нежели в других тканях.

Для объяснения механизма действия ультразвуковых волн в последнее время появились новые гипотезы, теоретические основы которых связаны с акустическими течениями. Для врачей и биологов представляет интерес возникновение акустических течений в слое жидкости, граничащей с колеблющимся ультразвуковым инструментом. Цитологические и функциональные изменения клеток, вызываемые ультразвуковыми волнами, обусловлены возникновением микроскопических течений на границе клетка — жидкость и внутри клеток. Характер и форма микроскопических течений зависят не только от интенсивности ультразвука, но и от вязкости цитоплазмы и ряда других физических параметров такой сложной системы, как живая клетка.

При использовании ультразвуковых колебаний для воздействия на мягкие ткани и осуществления процесса их рассечения необходимо учитывать как биологические свойства самой ткани, так и физические параметры ультразвука.