Книга: Коснуться невидимого, услышать неслышимое

Функциональное действие ультразвука — медицине

Функциональное действие ультразвука — медицине

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.

Изобретено множество приспособлений для количественного определения порогов боли, тактильных, температурных ощущений. Предложены, в частности, методики измерения болевых порогов с учетом силы давления на иглу, площади воздействия (острота кончика иглы и т. д.). Широкого распространения подобные способы не получили. Оказалось, что колебания показателей чувствительности весьма значительны даже у здоровых людей, возникали трудности с измерением времени воздействия и времени ощущения, сложным оказалось оценить глубину проникновения иглы и т. д. Способы измерения болевых ощущений сопряжены с нанесением человеку травм, хотя и незначительных.

Не меньшие затруднения вызывали измерения тактильной и температурной рецепции. Для количественного измерения тактильных порогов М. Фрей предложил использовать специально обработанные волоски разной толщины. Номером волоска, который до прогиба вызывал ощущение прикосновения, и выражался тактильный порог. При этом не учитывалось время соприкосновения волоска с кожей, направление давления, наконец, изменение эластичности волосков при их хранении. В клинической практике волоски Фрея не привились. Врачи предпочитают качественный способ — при помощи кисточки.

Количественная оценка температурной чувствительности вообще не разработана. В лучшем случае врачи пользуются пробирками с горячей и холодной водой. Были попытки использовать температурные раздражители — термоды, в которых исследователь мог регулировать температуру воздействия. Однако при клинической оценке таких способов у них выявляется значительно больше недостатков, чем при оценках тактильной и болевой чувствительности.

С позиций результатов изучения температурной рецепции с помощью фокусированного ультразвука совершенно отчетливо выступила важность интенсивности кровоснабжения области для величины порогов ощущений температуры, а также выявлена роль изменений температуры окружающей среды. До последнего времени не удавалось провести измерения температурной чувствительности таким образом, чтобы во время их под влиянием температурного стимула не происходили изменения кровоснабжения, существенно влияющие на величину порога.

При определении порогов ощущений с помощью фокусированного ультразвука появление ощущений зависит от режима воздействия, включающего различные параметры: интенсивность стимула, его продолжительность, размер области, подвергнутой воздействию, и т. д. Для измерения пороговых температурных и болевых ощущений особенно важно, что ультразвуковое воздействие осуществляется в такой короткий промежуток времени, что не успевает проявиться действие регулирующих механизмов, меняющее величину порога. Необходимо подчеркнуть, что болевой порог в наших исследованиях, как правило, измеряли в каждой точке один раз. Такой метод однократных измерений обусловлен тем, что при повторном воздействии в ту же точку порог менялся, чаще повышался. После первого воздействия, по-видимому, включались регулирующие механизмы.

Если два стимула предъявляли непосредственно один за другим, ощущение боли усиливалось, поскольку механизмы снижения чувствительности не успевали срабатывать.

Фокусированный ультразвук позволил реально ввести в неврологическое исследование ощущений количественный критерий. При действии одиночных стимулов — это возможность оценки величины, времени, места воздействия и объема ткани, подвергнутой стимуляции.

Для тактильных и болевых ощущений как будто ясно. А для температурных? Выше уже указывалось на необходимость учитывать такие, например, факторы, как кровоснабжение в области измерения или зависимость порогов от температуры окружающей среды. В наших исследованиях влияние этих факторов стабилизировалось, когда испытуемый погружал руку в ванну с водой определенной температуры и достигал состояния температурной адаптации. Несомненно, что подобная методика в условиях клиники существенно усложняет обследование. Не каждый больной может опустить руку в воду; а если потребуется определить пороги в точках на спине или животе — не обойтись без ванны. Все это не очень-то удобно. Однако ультразвук дает еще одну возможность — вообще отказаться от погружения в воду. При этом иногда невозможно знать заранее, какое температурное ощущение испытывает больной — тепла или холода, но характер ощущения не влияет существенно на величину порога, выраженную в микронах смещения среды в фокальной области излучателя. Вместе с тем появляется дополнительная информация: если в условиях комнатной температуры воздуха и при нормальной температуре тела появляется ощущение холода — это свидетельство малого или ухудшившегося кровоснабжения, тепла — свидетельство его увеличения или обильности. Не исключено, что в процессе дальнейших исследований могут быть разработаны и количественные оценки кровоснабжения. Все изложенное — непосредственные выводы из гипотезы температурной рецепции. Они нуждаются в дальнейшей физиологической и патофизиологической разработке, в клинической проверке.

Пока температурную рецепцию в клинических условиях с помощью ультразвука не оценивали. Немного данных и относительно болевой рецепции. Клиническое применение на сегодняшний день нашло измерение тактильной чувствительности. С помощью фокусированного ультразвука определялись пороги на коже пальцев рук у здоровых людей и больных с разными неврологическими заболеваниями: сирингомиелией, спондилогенным шейным радикулитом, ишемической цервикальной миелотией, остаточными явлениями мозгового кровоизлияния и некоторыми другими. У всех групп больных выявлено повышение тактильных порогов по сравнению с нормой, иногда вплоть до полного выпадения чувствительности. У части больных с повышенными тактильными порогами болевые пороги оказались сниженными по сравнению с нормой. Этот факт дает основание считать перспективным использование ультразвука в неврологии не только для сравнения ощущений в норме и патологии, но и для количественного соотношения порогов ощущений разной модальности. Только ультразвук и отчасти электрический ток дают возможность единицами одной размерности характеризовать пороги различных ощущений.

Фокусированный ультразвук в отоларингологии начали применять в первую очередь в отологии. Известно, что исследование слуха с помощью измерения порогов составляет основу отологической диагностики и даже выделяется в особый раздел — аудиологию. Для слуховых ощущений, вызываемых фокусированным ультразвуком, также можно определить пороги. Последние у нормально слышащих людей отличаются от порогов больных с различными нарушениями слуховой функции. Это один из путей использования фокусированного ультразвука в диагностике заболеваний слуховой системы. Другой путь — сравнение порогов каждого обследуемого на звук и ультразвук. В главах 3 и 4 были представлены данные о том, что фокусированный ультразвук может действовать не только на рецепторы, но и на проводящие нервные структуры уха. Место приложения отражается на пороговых величинах. В зависимости от характера заболевания можно ожидать различий в закономерностях восприятия звука и ультразвука. Ультразвук модулировали по амплитуде чистыми тонами, теми, которые применяются в аудиологии, — от 125 до 8000 Гц. При использовании импульсов ультразвука частоту их следования меняли также от 125 до 8000 Гц.

В величинах одинаковой размерности нет возможности сравнивать пороговые кривые нормально слышащих для звука и ультразвука. Однако у людей с нормальным слухом доступно сравнение в относительных величинах, например в децибелах от минимального порога слышимости, рассчитываемых как 20 lg In / I₀, где In — величина порога для звука данной частоты или для фокусированного ультразвука с той же частотой модуляции, I₀ — порог для звука 1000 Гц или для ультразвука частотой модуляции 1000 Гц. Для частоты звука или модуляции ультразвука 500—2000 Гц аудиограмма и ультразвуковая кривая совпадают. На частотах меньше 500 Гц пороги на звук выше, чем на ультразвук, а на более высоких, чем 2000 Гц, частотах — ниже. Подобное сравнение, как удалось показать, усложняет диагностическое сопоставление кривых. Поэтому для их сравнения оценивается изменение порогов слухового ощущения пациента относительно порогов нормально слышащих, которые принимаются за уровень отсчета.

Тот же принцип был использован для построения ультразвуковой частотно-пороговой кривой. Первоначально были измерены пороги в группе нормально слышащих и взяты их средние значения. Относительно этих значений по указанной выше формуле рассчитывали пороги для каждой частоты модуляции или частоты следования стимулов. Таким способом можно было сравнивать по одной и той же шкале пороги на звук и ультразвук.

В Ленинградском научно-исследовательском институте болезней уха, горла и речи были обследованы больные с различными заболеваниями. Оказалось, что с помощью ультразвука можно диагносцировать многие заболевания, а в неясных случаях — уточнить диагноз. Например, при таком заболевании, как чистая форма кохлеоневральной тугоухости, аудиограммы и кривые слуховых порогов при воздействии ультразвуком иногда полностью совпадают или имеют одинаковую конфигурацию.

При заболевании отосклерозом исследователь видит другую картину. Ультразвуковая пороговая кривая отличается по форме и величине порогов от аудиограммы как по воздушной, так и по костной проводимости. Характерным для отосклероза, как уже указывалось, является отсутствие слуха на ультразвук («провал») при некоторых частотах его амплитудной модуляции. Интересно, что это отсутствие не зависит от величины потери слуха на чистый тон соответствующих частот (см. рис. 21). Причины подобных провалов пока не вполне ясны, однако сами провалы служат надежным, как говорят, патогномоничным признаком отосклероза. Ультразуковой способ диагностики отосклероза отмечен авторским свидетельством.

Обнадеживают исследования о возможности ранней диагностики опухолей 8-го нерва и болезни Меньера, дифференциальной диагностики различных заболеваний периферического отдела слуховой системы.

Возможность вызвать ультразвуком слуховые ощущения у людей с разрушенным рецепторным аппаратом в результате активации слуховых волокон, которые сохранили функциональные свойства, создает принципиально новую основу для попыток ультразвукового слухопротезирования таких больных. На эту возможность мы уже указывали в главе 3 в разделе «Слух». Однако на пути ее реализации возникают существенные вопросы, а именно: о пороговых интенсивностях, ультразвуковом режиме, наиболее пригодном для протезирования, безопасности при длительном использовании прибора, наконец, создание самих приборов.

Использование ультразвука для слухопротезирования не исчерпывается изложенным. Если с его помощью можно судить о функциональном состоянии волокон слухового нерва, следовательно, можно отобрать глухих людей с: сохранившимися волокнами для электроимплантационного протезирования. За последние десятилетия оно успешно развивается в ряде стран. Сделаны попытки такого протезирования и у нас в СССР. Суть способа заключается в том, что в улитку, утратившую функцию, или в слуховой нерв вводится один или несколько электродов. Через них сохранившиеся функциональные элементы активируются электрическим током. Ультразвук должен помочь отбору людей, которым может быть рекомендовано электроимплантационное протезирование. Прямое подтверждение точности рекомендации, конечно, может быть получено только после протезирования отобранных больных. Предпосылками для успешности отбора служат слуховые ощущения в ответ на ультразвуковую стимуляцию, а также объективные данные — при сравнении так называемых ранних стволомозговых потенциалов в ответ на стимулы звука и ультразвука. При сравнении потенциалов, зарегистрированных у здоровых людей на импульсы длительностью около 2 мс звука и ультразвука, выявлена разница в картине потенциалов и латентном времени их появления.

Клинические электрофизиологические исследования с применением ультразвуковой стимуляции весьма актуальны в педиатрии, особенно в тех случаях, когда из-за возраста ребенка или наличия патологического процесса невозможна психофизическая методика определения порогов. Для диагностики заболевания и уровня поражения у детей особенно важно сравнить потенциалы в ответ на звуковую и ультразвуковую стимуляцию.

Как уже подчеркивалось ранее, фокусированный ультразвук нашел разностороннее применение в офтальмологии, например для ускорения созревания катаракты, для лечения такого грозного заболевания, как отслойка сетчатки. Однако здесь используются разрушающие режимы. Относительно возможной активации элементов сетчатки или волокон зрительного нерва ясности пока нет. Уже отмечалось, что работы, выполненные у нас в стране и за рубежом, пока не привели к положительному результату. Вопрос еще не решен.

В свое время совместно с хирургами были начаты работы, имеющие существенное практическое значение. Представим себе нередкую в клинике ситуацию. У человека произошел перелом кости. Оказана помощь, отломки костей сопоставлены, но как установить, когда наступит заживление? От правильного ответа зависят не только сроки пребывания на больничной койке. Иногда при слишком ранней нагрузке возникает вторичный перелом в том же месте, а при слишком поздней — выраженная атрофия мышц. Сейчас сроки заживления определяются преимущественно на основании клинического опыта и контрольных рентгеновских снимков. По этим данным сроки весьма колеблются, а так называемая костная мозоль на рентгенограмме не всегда точно свидетельствует о заживании. Здесь, вероятно, сможет оказаться полезным ультразвук. После перелома надкостничные болевые пороги повышаются. В процессе заживления перелома надкостница также восстанавливается, регенерирует. Болевые пороги ее должны снижаться. Есть основания предполагать, что по восстановлению или по динамике снижения порогов можно будет судить о полноценности регенерации.

К настоящему времени с помощью фокусированного ультразвука получены данные о существовании различных видов боли: кожной, мышечной, надкостничной, суставной. Клинические наблюдения позволяют выделить и другие виды: зубная боль при пульпите, при парадонтите, плевральная боль, брюшинная и т. д. Для боли, изученной с помощью фокусированного ультразвука, удалось получить специфические характеристики: разные виды отличались друг от друга по величине порога в сравнении с кожной болью, по степени неприятности, по площади иррадиации, по величине скрытого периода и последействия. Если указанные или иные характеристики окажутся приемлемыми и для других видов боли, появится целый ряд новых возможностей диагностики самых различных заболеваний по измерению ощущений боли.

Изученные виды боли дают возможность проверить избирательность действия обезболивающих препаратов, сравнительно охарактеризовать их по степени обезболивающего эффекта. В любой области медицины, когда заболевание связано с изменением характера ощущений, имеется возможность провести клинико-физиологическое исследование и затем практически использовать ультразвуковые методы в диагностике.

В процессе физиологических, клинических, клиникофизиологических наблюдений естественно обогащающее взаимодействие теории и практики, в результате которого можно ожидать формирование и развитие представлений о сходных и различных чертах в функции разных органов чувств, об особенностях рецепторной функции соматической и вегетативной систем. В этой связи полезно развивать исследования органов зрения, обоняния, глубинных рецепторных систем организма, сочетая традиционные методы стимуляции с применением фокусированного ультразвука. Изучение механизмов ультразвуковой активации приближает нас к пониманию общих, основополагающих механизмов рецепции и к возможности их коррекции при патологии.