Лекция 7. Биологическое действие акустического поля
При возбуждении колебаний в воздухе или каком-либо другом газе говорят о воздушном звуке (воздушная акустика), в воде - подводном звуке (гидроакустика), а при колебаниях в твердых телах - звуковой вибрации.
Акустическое поле и акустические сигналы рассматривают как средство коммуникативного общения, которое может вызвать дополнительную реакцию как положительную (например, рост производительности труда от звуков определенной музыки), так и отрицательную (например, оглушение).
Представления об акустическом поле как загрязнителе окружающей среды появилось относительно недавно. Различают два основных механизма раздражения: непосредственно воздействия звука на слуховые органы через слуховые клетки и нервы; косвенные - через возбуждение сигналов в нервных клетках, не являющихся слуховыми (инфразвук, воздействие ультразвуковых и низкочастотных акустических полей).
Акустическая эмиссия - как предвестник разрушений. Установлено, что разрушению объектов, обвалам горных пород в шахтах, землетрясениям и пр., предшествует образование микро разломов и трещин. Их образование сопровождается излучением акустических импульсов (явление акустической эмиссии). Более мощному готовящемуся разрушению соответствует и более низкая частота.
При воздействии любых физических полей на организм человека существенным вопросом является выяснение степени безопасности пациента и оператора. Ультразвук, с этой точки зрения, не является исключением, так как абсолютных доказательств безопасности данного метода быть не может. Цель настоящего раздела состоит в рассмотрении ряда аргументов, которые можно привлечь для решения вопроса.
Величину экспозиции для тканей человека, подвергающихся облучению при использовании ультразвукового медицинского оборудования, оценить сложно. Параметры на выходе аппаратуры обычно измеряются в водяной ванне в условиях свободного поля. Для полного описания ультразвукового поля требуется много параметров [6]. Они могут включать частоту, размеры излучателя, коэффициент заполнения при импульсном режиме, среднюю по времени мощность, пространственную и временную пиковые интенсивности.
Характерные значения параметров облучения для различных типов медицинских ультразвуковых приборов показаны в таблице. Разумеется, это неполный список, но он дает значения для сравнения [6].
Во время ультразвукового облучения энергия передается в ткань через какую-либо контактную среду. Для большинства диагностических исследований контакт осуществляется с помощью геля, который намазывают на поверхность кожи. В случае неудобных геометрий либо облучаемый объект погружается в ванну с дегазированной водой, либо к коже прикладывается мягкий мешок с водой, сглаживающий неровности поверхности.
Воздействие на организм человека акустических колебаний (шума).
Шум, его воздействие на организм человека. Средства защиты
Шум (звук), инфразвук и ультразвук по своей физической сущности являются акустическими колебаниями, т.е. волнообразно распространяющимися колебаниями плотности упругих сред, в том числе воздуха. Акустические колебания, лежащие в зоне 16 Гц - 20 кГц, воспринимаются человеком с нормальным слухом как звук и называются звуковыми. Акустические колебания с частотой менее 16 Гц не воспринимаются ухом человека и называются инфразвуком, выше 20 кГц - ультразвуком. С физиологических позиций звук - это ощущение, возникающее в ухе человека в результате изменения давления. По своей физической сущности шум - это звук. С гигиенической точки зрения шумом является любой нежелательный для человека звук.
Основными характеристиками звуковых волн являются их частота, длина волны, интенсивность, скорость распространения. Ухо человека может воспринимать и анализировать звуки в широком диапазоне частот и интенсивностей. Границы частотного восприятия существенно зависят от возраста человека и состояния органа слуха. У лиц среднего и пожилого возраста верхняя граница слышимой области понижается до 12 - 10 кГц. Область слышимых звуков ограничена двумя кривыми: нижняя кривая определяет порог слышимости, т.е. силу едва слышимых звуков различной частоты, верхняя - порог болевых ощущений, т.е. такую силу звука, при которой нормальное слуховое ощущение переходит в болезненное раздражение органа слуха. Болевым порогом принято считать звук интенсивностью 140 дБ. Среди многочисленных проявлений неблагоприятного воздействия шума на организм можно выделить снижение разборчивости речи, неприятные ощущения, развитие утомления, снижение производительности труда и, наконец, появление шумовой патологии. Среди многообразных проявлений шумовой патологии ведущим клиническим признаком является медленно прогрессирующее снижение слуха. Причины возникновения шума - механические, аэродинамические и электрические явления, определяемые конструктивными и технологическими особенностями оборудования, а также условиями эксплуатации. В связи с этим различают шумы механического, гидродинамического, аэродинамического и электрического происхождения. Широкое распространение получили методы снижения шума на пути его распространения посредством установки звукоизолирующих и звукопоглощающих преград в виде экранов, перегородок, кабин и др.
При действии ультразвука на биологические объекты в облучаемых органах и тканях на расстояниях, равных половине длины волны, могут возникать разности давлений от единиц до десятков атмосфер. Столь интенсивные воздействия приводят к разнообразным биологическим эффектам, физическая природа которых определяется совместным действием механических, тепловых и физико-химических явлений, сопутствующих распространению ультразвука в среде.