超声的生物效应.pptVIP

* 超声的生物效应 一、超声的特征 1.声压、振幅、加速度 例题：设水中有频率为500KHz的超声源，水中某点的声强为 105Wm-2,试求声压、振幅、加速度。已知u=1500m/s,?=1000kg/m3 解： 超声波的声压中等，振幅极小，加速度极大。 2、辐射压 当超声射到任何界面或媒质时，只要沿声的传播方向有声强的减弱，就有压强作用于界面，叫辐射压。不同于交变声压，是单向的，即沿传播方向：P’=I/u 上例P’=66Pa 这压强能使水喷出水面6.7mm，这是辐射压引起的骚动效应。这种效应可使蛋白质、细胞、组织变性，另一效应是在溶剂分子和悬浮粒子之间产生内摩擦，力可大到断开碳键，使生物大分子解聚。 3、特性 方向性好：近似直线传播，可得到定向而集中的超声波束 穿透本领大：易穿透水、脂肪和软组织；不易穿透骨骼和肺组织 产生显著的反射：钢体中的气泡，人体组织中的病变，是超声诊断的基础 二、超声波的生物效应 1、生物大分子 超声对水溶液中的大分子尤其是DNA的作用很明显，其效应主要是导致降解。 0.25~4MHz、1W/cm2的超声能使DNA的双螺旋断裂，平均分子量从107降到2.5×105。原因可能是由于超声引起液体的空化作用将螺旋链切断。 2、细胞 可使细胞膜破裂：（是用超声波破碎细胞技术的基础），引起细胞膜的损伤，电泳迁移率下降，反映了细胞膜表面净电荷的减少，原因是空化作用 通透性有所增加：原因是热作用 破坏悬浮红细胞：溶血作用 3、生物组织 生物组织对超声有相对高的吸收系数和低的热传导系数，所以温度的上升成为主要问题。使其功能改变，是超声理疗的基础。医学上通过对超声波聚焦，照射皮下一些病变组织，用来治疗腰肌扭伤、疼痛，关节周围发炎和软组织折炎症。 （1）对血流和血管的作用：用频率1MHz、强度小于0.5W/cm2的超声照射小血管，可使血流阻断；以较弱的超声照射血管，可引起扩张，以强超声照射，则引起血管收缩，用超声直接照射颈部迷走神经，可看到明显的降压作用。 （2）对恶性肿瘤的作用：因吸收热引起局部温度升高，可用来人工加热治疗肿瘤。实验表明，高强度的聚焦超声可破坏神经胶质瘤和抑制肿瘤生长，例如，用峰值聚焦强度达1000 W/cm2持续时间2秒的超声照射，表明可抑制移植到小鼠的神经胶质瘤的生长，并注意到超声照射增强了鼠的免疫活性。 （3）对组织再生的作用：用兔耳实验性损伤作实验，利用频率3.6MHz、强度0.5W/cm2、脉冲时间2ms的超声波，隔日进行5分钟照射，可使损伤的修复率达30%。 4、动物整体 最早发现超声破坏效应的是，置于超声束中小动物的死亡以及悬浮液中单细胞机体或微生物的破坏。不同机体对超声的敏感不同，面且有些 效应是可逆的。 一般认为低强度的超声，对人体不会引起有害效应。至于在高强度超声作用下出现的疲劳、头痛、恶心和呕吐，则可能不是超声引起的，而是伴发噪声的作用结果。 超声诊断时是否有危险与强度和时间有关，有人认为：每月受超声作用3次，一年30次，无危险，强度小于40W/cm2，无论作用多长都无关系。脉冲超声（强度30W/cm2，脉宽0.7微秒，重复频率1000Hz的总作用时间不应超过5.5小时，由于安全限无定论，只有必要时，才进行超声诊断。 三、超声的生物作用机制 能够引起生物效应的 超声作用，可分为热作用、机械作用、化学作用，而空化现象则同时包含了上述三种作用。 1、热作用 超声在介质中传播时，将会有一部分能量被 介质吸收而转化为热量，引起介质温度升高，称为热效应或热作用。产生热量的大小决定于介质的吸收系数，以及超声波的强度和辅照时间。在生物组织中，在部分损耗掉的声能由蛋白质分子经各种弛豫过程所吸收。早期用于临床理疗，近年来，它作为加温治疗癌症的一种热源受到重视。 2、机械作用 （1）辐射压强：当超声入射到两种介质的界面时，除反射和透射外，在界面处还产生一个稳定的沿传播方向的静压强，称为辐射压强。 辐射压强对生物体产生两种生物效应： (a)骚动效应。当强声束通过液体时，可看到很强的骚动效应，如水的沸腾现象和喷射现象。可使蛋白质变性，细胞变形。 (b)摩擦现象。辐射压给予溶剂和大分子以不同的加速度运动，从而使小分子和大分子之间发生强烈摩擦，其力量之大可能导致碳键的断裂而使大分子降解。 （2）超声压强 出现交替的正压和负压，对中等频率的超声，这种压差可达数百Kpa的压强差。有人用这种压强差来解释超声对细胞的分解作用和胞内胞质发生的流动作用。 3、化学作用 增加化学反应速度，促进氧化、分解。特别是对胶体系统的化学键和范德瓦尔斯型的分子键有明显作用。影响超声化学作用因素有频率、强度、持续时间和温度。二级作用，首先是引起组织内空化、电现象、升温、压强变化等效应，它们都