Влияние ультразвукового хирургического инструмента на рассекаемую ткань

Длина продольных акустических волн в мягких тканях и жидких средах в диапазоне хирургических ультразвуковых частот составляет 2…7,5 см. Следовательно, градиенты давлений, смещений, колебательных скоростей и ускорений в биологических тканях невелики (см. § 1.2). Поэтому 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.

Низкочастотные колебания ультразвукового хирургического инструмента даже при амплитудах, измеряемых микрометрами, вызывают увеличение проницаемости клеточных мембран тканей, соприкасающихся с инструментом.

В этом легко убедиться в модельных опытах на ткани картофеля. Производя ультразвуковым скальпелем надрезы на пластинках из клубня картофеля, можно видеть, что толщина слоя ткани с повышенной к ионам йода проницаемостью клеточных мембран растет пропорционально амплитуде колебания инструмента и температуре ткани (рис. 4.1).

Под влиянием ультразвукового хирургического инструмента возрастет 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 со;

Рис. 4.1. Увеличение проницаемости клеточных мембран в ткани клубня картофеля вдоль разрезов, произведенных ультразвуковым скальпелем (22 кГц) при температурах: о — 5 *С; 6 — 20 *С; в — 40 *С.

Амплитуда колебаний режущей кромки инструмента:

1−0 мкм; 2 — 10 мкм; 3−20 мкм; 4−40 мкм; 5−60 мкм единение получается прочным. Метод склеивания мягких и костных тканей в ультразвуковом поле получил название ультразвуковой сварки. Использование этого метода значительно снижает вероятность послеоперационных осложнений. Пионерами разработки метода были ученые МГТУ им. Н. Э. Баумана.

Увеличение проницаемости клеточных мембран в тканях, подвергшихся действию ультразвука, не только способствует ускоренному введению лекарственных веществ в ткани, но и их депонированию.

Как известно, увеличение проницаемости цитоплазматической оболочки — одно из начальных звеньев цепочки реакций, возникающих в клетках, тканях, органах и организме в целом (см. подразд. 3.2.7). Очевидно, что отдельными звеньями этой цепочки являются изменения активности ряда ферментов, обнаруженные в тканях, окружающих операционное поле. К таким ферментам относятся кислая фосфатаза гистиоцитов, щелочная фосфатаза и цитохромоксидаза лейкоцитов, цитохром-С макрофагов, НАД-Н и ТОП фибробластов, щелочная фосфатаза и АТФ-аза эндотелия капилляров, ацетилхолинэстераза нервных волокон и окончаний. Происходят также изменения в структуре и свойствах клеточных органелл, расширение кровеносных сосудов, увеличение кровоснабжения и, как следствие, ускорение репаративных и регенеративных процессов, а также обезболивание, повышение сопротивляемости организма болезнетворным микробам, заживление ран без грубых рубцов, нормализация функций организма в целом.

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 энергии, и тем больше теплоты выделится на границе сред.

Например, при практически равных объемно-упругих свойствах модули сдвига здоровых и патологических тканей могут быть больше или меньше 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 ультразвукового 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: появление интенсивных сдвиговых волн на границе между слоями, отличающимися по модулю сдвига —" образование в зоне раздела разрывов, заполняемых микропузырьками газа —> рост и раскачка газовых пузырьков, приводящие к возникновению дополнительных разрывных усилий -" появление газовой фазы между слоями, локализующей 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 используется в липосакции — вакуумном удалении подкожного жира после его ультразвуковой дезинтеграции. Этот метод сегодня наиболее популярен при проведении хирургической коррекции фигуры. Последние исследования показали, что дезинтегрированный ультразвуком подкожный жир вовсе необязательно удалять искусственно. Он сам в течение нескольких дней всасывается в кровь без каких-либо дополнительных процедур или применения лекарственных препаратов и выводится естественным путем. Ультразвуковой метод одновременно подтягивает кожу, делает ее гладкой и эластичной.

Если твердое тело или ткань граничат с жидкой средой — водой, физиологическим раствором, раствором антибиотиков или других лекарственных веществ, то ультразвук вызывает в жидкости на границе раздела появление интенсивных потоков с большими градиентами скоростей. В результате этого поверхность очищается, а вещество из раствора быстро диффундирует в ткань. Этот эффект широко используется в хирургии для мытья медицинских инструментов, рук хирурга-оператора, для санитарной обработки полостей и ран.

Для санации полостей в организме или глубоких ран их заполняют раствором антибиотика и погружают в раствор ультразвуковой инструмент — дезинтегратор, рабочая часть которого представляет собой цилиндрический волновод диаметром в 3…5 мм. Для предотвращения травмирования инструментом слизистых оболочек в закрытых полостях, где визуальный контроль затруднен или невозможен, рабочий конец волновода ограждают устройством из крупноячеистой защитной сетки.

Если необходимо санировать поверхностные раны, то вокруг них выкладывают стенку из размягченного пчелиного воска или прижимают к коже, окружающей рану полый пластмассовый или стеклянный цилиндр, в который и наливают раствор антибиотика.

Иногда обработку раны проводят, постоянно подавая раствор лекарственного вещества так, чтобы слой раствора оказывался между волноводом и раневой поверхностью.

Под влиянием колеблющегося ультразвукового инструмента, введенного в раствор, в нем возникают неустойчивые кавитационные полости. Пульсации и схлопываниеэтих полостей приводят к появлению энергичных микротечений и ударных волн. Эта совокупность кавитационных эффектов обеспечивает смыв с поверхностей полостей и ран отмерших частиц тканей, фибринозных и других отложений, а также клеток болезнетворных микроорганизмов. Часть микроорганизмов разрушается в кавитирующей жидкости, часть гибнет под действием растворенного антибиотика.

Следует отметить, что после воздействия ультразвуком жизнеспособность оставшихся целыми бактериальных клеток заметно подавляется, резко снижается их способность размножаться и образовывать колонии, в 2−4 раза увеличивается чувствительность к действию большинства антибактериальных препаратов.

Обработка низкочастотным ультразвуком раневых поверхностей и слизистых оболочек через растворы фармакологических препаратов приводит ие только к очистке и обеззараживанию поверхностей, но и к фонофорезу и депонированию лекарственных веществ в тканях. Кроме того, благодаря сосудорасширяющему действию ультразвука улучшается снабжение тканей кровью, ускоряются обменные процессы, активируются макрофаги, сокращаются сроки заживления ран, уменьшается вероятность осложнений. Например, при кишечнополостных операциях санация полости более чем вдвое сокращает число случаев гибели от перитонитов.

Совокупность эффектов, обусловливающих полезные свойства ультразвуковых инструментов, стала основой их применения в стоматологической практике. Ультразвук, использованный впервые в 1955 г. для удаления зубных камней, в дальнейшем стали применять для очистки, санации и шлифовки поверхности зубов. Разработаны специальные стоматологические методы фонофореза и электрофонофореза, позволяющие существенно повысить концентрацию лекарственных веществ в тканях, окружающих корень зуба.

Традиционные ультразвуковые инструменты оказались весьма полезными и удобными при челюстных операциях. Их кровоостанавливающее и аналгезирующее действие ярко проявляется при операциях на пронизанной кровеносными сосудами и богатой болевыми рецепторами слизистой рга.

Ультразвуковые ванны широко используются для санитарной очистки стоматологических инструментов, изделий зубных техников и т. д. Следует отметить и появление ультразвуковых зубных щеток, легко очищающих даже стойкий налет с поверхности зуба.

Применение низкочастотного ультразвука также весьма перспективно в ветеринарной хирургии. Наряду с использованием хирургического инструмента для оперативных вмешательств, санации ран и полостей, ускорения полимеризации биологических клеев для бесшовного соединения краев ран представляет интерес использование специальных ультразвуковых ванн для лечения ряда болезней копыт и копытец, приносящих ощутимый урон промышленному животноводству.