Ультразвук: на службі медицини
З кожним роком застосування ультразвуку набуває все більшого поширення як у фармацевтичній промисловості, так і у клінічних методах діагностики та лікування різних захворювань. Подальше вивчення впливу цих акустичних коливань на лікарську сировину та лікарські засоби, а головне — на організм людини сприятиме більш високій ефективності та безпеці їхнього використання
За межами слуху людини
Як відомо, вухо людини сприймає звукові коливання лише у діапазоні від 20 Гц до 20 кГц, а більш високі частоти називають ультразвуком (УЗ). У природі він має місце як компонент природного шуму (вітру, дощу, водограїв, грози тощо), а також серед звуків тваринного світу: деякі тварини використовують створювані ними УЗ-хвилі для виявлення перешкод на своєму шляху, орієнтації у просторі та спілкуванні (кити, дельфіни, летючі миші, гризуни та ін.).
З розвитком фізики з’явилася можливість виробляти та реєструвати й штучні УЗ-коливання різної частоти та потужності. Випромінювачі УЗ можна розподілити на дві великі групи. До першої з них належать випромінювачі-генератори, коливання в яких збуджуються за допомогою встановлення перешкод на шляху сталого потоку (струменя газу або рідини), до другої — електроакустичні пристрої, що перетворюють вже задані коливання електричної напруги або току в механічні коливання твердого тіла, яке й випромінює в навколишнє середовище акустичні хвилі. Межі УЗ-частот, які застосовують у промисловості, становлять від кількох десятків кГц до одиниць МГц.
Різноманітні технології із застосуванням УЗ набули поширення у багатьох галузях діяльності людини, але особливо популярними вони стали як при виготовленні ліків, так і при діагностиці та лікуванні цілої низки захворювань.
«Помічник» фармацевтів
Відомо, що фармакологічна активність лікарських засобів значною мірою залежить від ступеня дисперсності лікарських речовин. Диспергування є однією з основних технологічних стадій під час виготовлення емульсій, суспензій, лініментів тощо. На сучасних фармацевтичних підприємствах для цього широко застосовують УЗ-хвилі, що створюють значний тиск внаслідок кавітації та анігіляції бульбашок.
Перспективним вважають застосування УЗ для збільшення виходу соку при обробці свіжої сировини з лікарських рослин, а також для висушування лікарської сировини.
Нині все більшої популярності набуває така лікарська форма, як ліпосоми, де лікарські речовини перебувають в інкапсульованому стані. Існують різні способи одержання ліпосом, однак перевагу надають УЗ, особливо при виготовленні одношарових ліпосом діаметром 25–30 нм, де вихідним матеріалом є водна суспензія фосфоліпідів.
Разом з тим слід мати на увазі, що за певних значень частоти та потужності УЗ може суттєво вплинути на якість препаратів внаслідок деструкції наявних в них активних речовин, перш за все великої молекулярної маси. Так, наприклад, відомо, що адреналін може суттєвого зменшувати здатність звужувати судини. Більшість алкалоїдів та азотистих основ (атропін, кофеїн, хінін, морфін, кодеїн, ефедрин) під дією УЗ також можуть частково або повністю втрачати свої фармакологічні властивості. А от антибактеріальна активність деяких антибіотиків, наприклад, стрептоміцину та тетрацикліну, під впливом УЗ підвищується.
Читайте також: Ультразвук у доставці лікарських засобів
Слід зазначити, що для кожного виду мікроорганізмів існує певна межа потужності УЗ енергії, після якої спостерігається ефект стерилізації, але механізм цього ефекту є досить складним й не до кінця вивченим. УЗ здатен руйнувати кишкову, черевнотифозну та дифтерійну палички, збудники дизентерії, правця, сальмонели тощо, а от найбільш стійкою до його дії залишає туберкульозна паличка.
Ультразвук у медицині: доступна діагностика
У сучасній медицині одним з найінформативніших способів діагностики захворювань серцево-судинної системи поряд з ЕКГ та МРТ визнано ультразвукове дослідження (УЗД). Під час цієї процедури УЗ-хвилі, що генеруються датчиком апарата УЗД, спрямовують на досліджуваний орган. Різні тканини організму по-різному поглинають, відбивають та розсіюють УЗ. Відбиті від досліджуваного органа хвилі реєструє той самий датчик, а їхні характеристики аналізує комп’ютер за спеціальною програмою в режимі реального часу. Результатом є візуалізація одержаних даних на моніторі.
УЗД відіграє важливу роль у встановленні діагнозу захворювання й обстеженні внутрішніх органів, таких як черевна порожнина та органи малого таза [1]. Оскільки УЗД належить до методів, що мають порівняно невисоку вартість та високу доступність, воно набуло широкої популярності.
Слід зазначити, що моніторинг безпеки застосування УЗД з точки зору доказової медицини здійснюють кілька авторитетних міжнародних організацій: Американський інститут ультразвуку, Європейський комітет з безпеки медичного ультразвуку та Британське товариство медичного ультразвуку. Зокрема, вони розробили такі принципи безпечного сканування:
- УЗД необхідно застосовувати суворо з метою діагностики й не використовувати як рутинне дослідження;
- для проведення УЗД спеціаліст повинен мати відповідну кваліфікацію;
- величина потужності УЗ та тривалість УЗД мають бути мінімально достатніми для встановлення діагнозу;
- УЗД не слід проводити з метою одержання фото та відео «На пам’ять!» (актуально в період вагітності) без діагностичної доцільності;
- з підвищеною увагою потрібно проводити УЗД головного мозку, серця та очей у новонароджених, щоб виключити небажані теплові та механічні ефекти.
Ці рекомендації є обов’язковими для виконання всіма лікарями та медичними установами.
Ультразвук у медицині – «на всі руки майстер»
УЗ-терапію застосовують при лікуванні різноманітних захворювань, зокрема, серцево-судинних (ішемічна хвороба серця, артеріальна гіпертензія, стенокардія), а також при в’ялому паралічі, первинній м’язовій атрофії, ушкодженнях опорно-рухового апарату, хворобах шлунка й кишечнику, спазмі судин, циститі, пієлонефриті, гінекологічних запаленнях, простатиті, захворюваннях верхніх дихальних шляхів, трофічних виразках.
Найпопулярніша сфера застосування УЗ — усунення наслідків травм та лікування захворювань периферійної нервової системи (хвороби хребця, грижі, неврит, невралгія, остеохондроз, міозит, міалгія), а також запалень суглобів (артрит, епікондиліт, тендиніт, хвороба Бехтерєва).
УЗ знижує чутливість нервових рецепторів, регулює роботу вегетативної нервової системи, впливає на швидкість проходження нервових імпульсів.
УЗ високої інтенсивності здатний спричиняти вибіркове руйнування в тканинах, тому його використовують переважно для роздроблення каменів у сечових шляхах, як скальпель у хірургії [1], а також для посилення трансдермального введення ліків [2].
Останнім часом УЗ використовують також у косметичних цілях, для корекції фігури, під час процедур апаратного масажу, пілінгу тощо.
Протипоказання до застосування УЗ: онкологічні захворювання, період вагітності, наявність металевих імплантатів у ділянці проведення процедури, стан після імплантації кардіостимулятора, запальні процеси, загальне виснаження.
Персонал, що бере участь в експлуатації УЗ-обладнання, має проходити попередні та періодичні медичні огляди.
Перспективні дослідження
Вельми цікавими є результати нових досліджень щодо можливості використання ультразвуку у медицині для боротьби з цукровим діабетом та захворюваннями головного мозку.
Так, співробітники Університету Джорджа Вашингтона (США) на лабораторних тваринах досліджували можливість лікування порушень вуглеводного обміну через стимуляцію вивільнення інсуліну з β-клітин під впливом УЗ [3]. Вони дійшли висновку, що цільовий УЗ-вплив можна розглядати як потенційний ефективний немедикаментозний та неінвазивний спосіб підвищення рівня інсуліну у людей з цукровим діабетом 2-го типу. Вчені сподіваються, що виявлений ними ефект допоможе розробити безпечний метод контрольованої прицільної стимуляції вивільнення інсуліну з β-клітин підшлункової залози. Звичайно, перш ніж впровадити такий метод у практику, необхідно ретельно вивчити оптимальні параметри УЗ, оскільки підшлункова залоза виконує ще низку функцій, окрім синтезу інсуліну, включаючи вироблення інших гормонів та ферментів травлення, на яке така процедура, можливо, також буде чинити вплив.
На увагу заслуговує й перспективний спосіб боротьби з цілою низкою захворювань, від нейродегенерації до депресії. Дослідники з південнокорейського Інституту фундаментальних наук вперше описали механізм, за яким така стимуляція відбувається [4]. Вони з’ясували, що сфокусований УЗ низької інтенсивності можна використовувати як ефективний інструмент для лікування захворювань головного мозку, наприклад, хвороби Паркінсона. На відміну від електростимуляції й встановлення імплантатів ця методика є неінвазивною й безпечною для тканин.
Вважають, що застосування УЗ-технологій є перспективним й для розробки імунобіологічних препаратів нового покоління, оскільки процеси кавітації можуть бути використаними для переміщення деяких біомолекул всередину бактеріальних клітин, зумовлюючи спрямовані зміни їхніх біологічних властивостей.
Отже, пошук нових можливостей ультразвуку у медицині триває, що дозволяє сподіватися на вагомі новації за його участю як у фармацевтичній промисловості, так і у методах діагностики та лікування різноманітних захворювань.
Підготував Руслан Примак, канд. хім. наук
Література
- Резников И.И., Федорова В.Н., Фаустов Е.В. и др. Физические основы использования ультразвука в медицине. – М., 2015. – 97 с.
- Кравченко И.А., Михайлова Т.В., Скипа М.И. Ультразвук в усилении трансдермального введения лекарственных препаратов // Актуальные проблемы транспортной медицины. – 2011. – № 2 (24). – С. 13-22.
- Newman T. (2019) Ultrasound: The future of diabetes treatment? Medical news today, May 20 (www.medicalnewstoday.com/articles/325160.php).
- Soo-Jin Oh, Jung Moo Lee, Hyun-Bum Kim et al. Ultrasonic Neuromodulation via Astrocytic TRPA1 // Current Biology. – 2019. – Vol. 29, Issue 20. – P. 3386-3401. DOI: 10.1016/j.cub.2019.08.021.
“Фармацевт Практик” #10′ 2020
