Инна Вартанян - Коснуться невидимого, услышать неслышимое

Смешанное действие — тепловое и механическое, лежащее в некоторой промежуточной для этих крайних режимов области интенсивностей, — характеризуется различными особенностями структурных изменений, которые зависят от сочетания теплофизических и механических свойств тканей облучаемой области. Физико-химические явления всегда имеют место при действии фокусированного ультразвука. В настоящее время нет оснований для каких-либо заключений о физико-химических процессах, индуцируемых действием ультразвука на ткани мозга. Известно, что химические факторы, связанные с разрывом молекулярных связей, проявляются лишь при наличии в среде кавитации. Акустические микропотоки, сопровождающие распространение ультразвука, также дезорганизуют структуру клеток и представляют собой, таким образом, потенциальный фактор функционального воздействия или деструктивных изменений.

Мы обратили внимание на следующий интересный феномен: повреждающие дозы фокусированного ультразвука при оценке разрушений мозговой ткани лягушки существенно меньше при импульсном режиме облучения, чем при действии непрерывных режимов. И чем короче импульсы, тем большие дозы ультразвуковой энергии не оказывают повреждающего воздействия на ткани мозга. В опытах на лягушках нами установлены повреждающие дозы фокусированного ультразвука при использовании непрерывного ультразвукового облучения различной длительности и величины энергии импульсного ультразвука, вызывающие минимальные морфологические изменения в тканях мозга лягушки (рис. 26). Импульсный ультразвук (длительность импульсов 1 мс) даже при значительной продолжительности воздействия и высоких дозах энергии вызывает только функциональные изменения, как правило, полностью компенсируемые через различные промежутки времени. Анализ срезов мозга животных, у которых наблюдались функциональные изменения поведения, проведенный через различные сроки после облучения (от 24 до 76 ч), не выявил каких-либо морфологических изменений облученных структур мозга. В то же время значительно меньшие дозы облучения в непрерывном режиме приводили не только к изменению функции облученных структур, не компенсируемому со временем, но и к четко определяемым разрушениям структур мозга в зоне облучения.

Рис. 26. Зависимость морфологических изменений тканей головного мозга травяной лягушки от интенсивности и длительности воздействия фокусированным ультразвуком.

По оси абсцисс — время воздействия, с, по оси ординат — интенсивность ультразвука в фокальной области (осреднена по площади фокальной области), Вт/см 2. Светлые кружки — отсутствие видимых морфологических изменений при световой микроскопии, черные — локальные изменения в центре фокальной области, черные треугольники — очаги изменений без четких границ с расширением сосудов и кровоизлияниями, светлые — обширные диффузные изменения с кровоизлияниями и разрывами тканей. Частота фокусированного ультразвука 2.34 МГц.

Эти данные позволяют заключить, что функциональные показатели оказались значительно лучшим индикатором изменения деятельности облученных структур мозга, чем морфологические. Они дали также возможность выявить корреляции между глубиной повреждения и степенью изменения функции и, кроме того, поставить задачу выявить те особенности действия на мозг фокусированного ультразвука, которые характерны для очень малых длительностей импульсов — составляющих десятые и сотые доли миллисекунд.

Здесь представляется уместным привести некоторые аналогии, связанные с возникновением боли при разных длительностях воздействия фокусированным ультразвуком на кожу руки человека. Достаточно обоснованная экспериментальными фактами точка зрения о том, что при возникновении кавитации в тканях наступает их разрушение, привела нас к сопоставлению интенсивностей ультразвука, вызывающих кавитацию в мягких тканях пальцев и ладони, с теми интенсивностями, которые приводят к возникновению боли. Применялась акустическая аппаратура, позволяющая регистрировать субгармонические составляющие акустического шума, появляющегося в среде при развитии в ней ультразвуковой кавитации. Исходя из данных о кавитации в водных растворах, за порог возникновения кавитации условно принимали интенсивность фокусированного ультразвука, вызывающую появление импульса, величина которого на 40 дБ превышала уровень шумов специальной аппаратуры.

Оказалось, что связи между появлением кавитации и порогом ощущения боли не существует. Наиболее интересным фактом является то, что при коротких импульсах ультразвука (1 мс) болевые ощущения не возникали во всем диапазоне возможных в наших условиях интенсивностей, хотя кавитация в среде была отчетливой. Следовательно, точка зрения о том, что болевые ощущения связаны прямой и даже количественной зависимостью с величиной разрушающих воздействий, оказывается неприемлемой. Более того, необходимо иметь в виду, что укорочение длительности импульсов является перспективным путем изучения влияний фокусированного ультразвука на функции центральных мозговых структур в силу уменьшения разрушающего воздействия, связанного как с тепловым, так и с кавитационным процессами. Последние резко уменьшаются при сокращении длительности импульса.

Можно надеяться, что именно очень короткие импульсы микросекундного диапазона дадут возможность получить сведения о режимах, при которых возможно осуществлять направленное воздействие на определенные структуры мозга без структурных повреждений облученных участков. Основанием для этого служат данные, полученные при изучении различных видов чувствительности (глава 3), а также результаты изучения функциональных эффектов, возникающих при воздействии на мозг импульсным фокусированным ультразвуком, не вызывающим структурных изменений в облученных зонах.

Применение в клинике фокусированного ультразвука сдерживается отсутствием серийных генераторов с фокусирующими ультразвук излучателями. В настоящее время их разработкой занимаются сотрудники Акустического института им. акад. Н. Н. Андреева АН СССР и некоторых других учреждений.

Известно, что целый ряд неврологических заболеваний характеризуется изменением чувствительности к действию адекватных стимулов. Мы привыкли ассоциировать невропатолога с неврологическим молоточком, иголкой и кисточкой. Два последних нехитрых инструмента позволяют выявить нарушения чувствительности и оценить их диагностическую значимость и роль в развитии заболевания. Нанося легкие уколы иглой или проводя кисточкой по коже, врач спрашивает, чувствует ли больной соответственно боль или прикосновение. Отсутствие или изменение чувствительности — первый признак неврологических нарушений. Врач просит больного сравнить ощущения при воздействии в соседних участках или на симметричных участках туловища и конечностей. При значительных нарушениях чувствительности такие приемы помогают. Больной отмечает, например, что с одной стороны он чувствует уколы острее, чем с другой. Врач должен решить, снижена или, напротив, повышена чувствительность. Иногда это не так-то просто, ведь единственный критерий — различие ощущений — может зависеть от разных причин, например от неодинаковости силы уколов, произведенных в разных участках. Значение такого обследования резко возрастает, если его дополнить количественным описанием ощущений. Такие попытки принимались неоднократно.