Биофизические характеристики тканей человека - Березовский В.А.
ISBN 5-12-001374-0
Скачать (прямая ссылка):
В организме существуют следующие источники акустических волн (в основном звукового диапазона):
1. Сердце н сердечно-сосудистая система (табл. 6.16, 6.17). Акустическое давление, развиваемое сердцем на поверхности тела, составляет 1— 10—1 Н • м—2 в низкочастотной области звукового диапазона и 10—1— 10—2 Н • м® в высокочастотной [23];
2. Система органов дыхания (табл. 6.18);
3. Пищеварительный тракт [8];
4. Суставы опорно-двигательного аппарата [38];
5. Сердечно-сосудистая система плода [43];
6. Неоднородности структуры, на которых возникают комбинационные ввукн,— результат взаимоналожения акустических волн, генерируемых указанными выше источниками.
На клеточном уровне обнаружено существование упругих волн в нервном волокне. Процесс распространения нервного импульса (по седалищному нерву лягушки) сопровождается пульсацией поверхности нервного волокна: до 30 нм по амплитуде прн частоте следования импульсов 4 Гц [13, 32]. При прохождении нервного импульса по аксону краба наблюдаются поперечные упругие волны [17]. Скорость проведения нервных импульсов (1— 100 м • с-1) одного порядка по величине со скоростью упругих поперечных волн (1—20 м • с-1) частотой 2 кГц, распространяющихся в агаровых стержнях [27].
Существование клеточных и молекулярных источников упругих воли предполагается, но еще не доказано экспериментально. Считают, что хорошо наблюдаемые периодические колебания объемов клеток, митохондрий, ядер, макромолекул белков могут приводить к генерации акустических волн в среде. Предварительная теоретическая оценка дает следующие диапазоны излучений: для ферментов — от 10—3 до 3 • 10е Гц [35, 36], для эритроцитов человека — от 0,2 до 30 Гц [39].
Акустическое излучение (нлн иначе акустическая эмиссия [7]) обнаружено при некоторых химических реакциих (рис. 6.8), процессах изменения концентраций веществ в жидкости (рис. 6.9), кристаллизации и плавлении веществ (табл. 6.20), прохождении ионизирующих частиц через жидкие среда [1, 5]. Однако достаточно высокочувствительная техника визуализации и измерения акустических полей применяется в медицине лишь для задач диагностики [29, 33].
Предполагают, что эндогенные акустические колебания клеток и тканей могут участвовать в процессах передачи межклеточной информации 115, 35], транспорте воды и других веществ [24], процессах морфогенеза 130], синхронизации биохимических процессов в тканях организма [35, 36].
Таблица 6.1. Шкала механических волн [16, 28]
f. Гц Наименование Некоторые i рнмеры
диапазона
0,6-20 Инфразвуковой Цунами; тоны сердца
20---2 • 10* Звуковой Голос человека; звуки, изда
ваемые животными; звуки му
зыкальных инструментов; фо
нокардиограмма
2 • 104---105 Низкочастотный Звуки, издаваемые некоторыми
1№---107 ультразвуковой животными (дельфинами, ле
Среднечастотный тучими мышами, саранчой и
ультразвуковой т. п.); колебания магнитострик-
ционных и пьезоэлектрических
излучателей
10т---109 Высокочастотный
ультразвуковой
10*---1013 Гиперзвуковой Тепловые колебания молекул
Рис. 6.1. Амплитуда колебательного смещения А частнц воды прн распространении акустических волн различной частоты и интенсивности Т (16)
Рис. 6.2. Образец диафнзной части большеберцовой кости человека (цифрами обозначены исследуемые зоны; распространение ультразвука — вдоль образца) [4]
Таблица 6.2 Колебательная скорость V, амплитуда изменения плотности смещения частиц А прн воздействии ультразвука различных начальной
1ф, Вт-сы 2 Р, 11а V. -ыс ' Ар
Воздух
ю-10 3-10“2 6,8-10-3 2- Ю~7
10_6 9 2,1 6- Ю“5
1 3-10» 6,8-10» 2-10-2
Вода
ю-5 5.5- 10а 3,7-10~2 2,5-10-7
1 1.7-105 10 7-10-S
10» 1.7-106 10* 7 -10
Таблица 6.3. Скорость продольных С\ и поперечных Cf воли звука в твердых материалах при температуре 20 °С [16]
Материал С/ в стержнях, С| в неограничен Cf ¦ неограничен
м-с-' ной среде, м-с ' ной среде, м-с-1
Алюминий 5080 6260 3080
Гнпс --- 4970 2370
Железо 5170 5850 3230
Каучук --- 1479 ---
Латунь 3490 4430 2123
Лед 3280 3980 1990
