ЗНАК ВОПРОСА 2002 № 02: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

При переходе из одного состояния в другое частицы тканей испытывают гигантские, превосходящие в несколько сот тысяч раз земные ускорения. Если бы, например, человек оказался в поле таких ускорений, он весил бы столько же, сколько и современный океанский лайнер. Такая физическая нагрузка сопровождается биологическими «откликами» организма. Улучшается кровоснабжение тканей, ускоряются обменные процессы и увеличивается проницаемость сосудистых и тканевых мембран. Все это способствует более эффективному проникновению и повышению концентрации лекарственных средств, усилению их местного лечебного воздействия.

Ультразвук находит все большее применение в физиотерапии, но пользоваться им нужно осторожно. Очень важно правильно выбирать дозировку, режим работы ультразвуковых приборов и частоту. Доза, как правило, определяется продолжительностью воздействия ультразвука средней интенсивности. Частоту ультразвуковых колебаний выбирают с таким расчетом, чтобы поглощение было минимальным. Это позволяет лучше воздействовать на внутренние органы.

Ученые Института мозга Академии медицинских наук совместно с Акустическим институтом Академии наук создали универсальный зонд-излучатель для бескровных нейрохирургических операций. Сфокусированные ультразвуковые колебания зонда-излучателя беспрепятственно проникают сквозь живую ткань и нужную точку мозга. Размеры этой точки могут составлять доли миллиметра.

В обычной хирургии ультразвук тоже стал завоевывать признание. Еще в своде законов царя Хаммурапи перечислены различные хирургические операции, при которых ткани больного рассекались бронзовым ножом. Во времена Гиппократа в Греции уже начали применять хирургические ножи с впаянным стальным лезвием. С тех пор хирургический инструмент непрерывно совершенствовался, но за последние сто-двести лет он изменился мало. В основном все те же стальной нож и нитки. Теперь хирурги получили такие наисовременнейшие «скальпели», как лазерный и ультразвуковой лучи, главное достоинство которых — универсальность.

В настоящее время имеется четыре способа нарушения довольно прочного кожного покрова: обычное механическое разрезание тканей скальпелем; лазерное, выжигающее остро, как нож, и одновременно стерилизующее; электролитное и ультразвуковое, менее болезненное. Ультразвуковой «скальпель» режет ткань на границах контакта клеточных мембран.

Используя ультразвуковой инструмент, можно и рассекать, и соединять почти все живые ткани. Так, ультразвук уже применяется при трепанациях черепа и других костей. Проводятся опыты по ультразвуковой сварке внутренних органов в местах повреждения сердца, легких, печени, селезенки, мочевого пузыря.

Содружество врачей и инженеров привело к появлению еще одного новшества: ультразвуковые инструменты наделили чувствительностью. По цвету больная ткань может не отличаться от здоровой, и хирург всегда рискует захватить лишнее или оставить пораженные клетки. Однако патологическая больная ткань отличается от нормальной по плотности. Это и использовали ученые. Они снабдили скальпель специальным акустическим узлом с блоком регистрации давления. Он звуковым сигналом предупреждает хирурга, если тот прилагает усилие, большее или меньшее, чем требуется в данном случае. Поэтому ультразвуковой инструмент мягко расслаивает ткани, отодвигая сосуды, нервы и здоровые ткани, и как бы вылущивает опухоль вместе с капсулой.

Для того чтобы исправить различные врожденные и приобретенные деформации костей, специалистам нередко приходится прибегать к остеотомии — операции по рассечению кости. Сейчас все чаще в таких случаях хирург берет в руки не долото и пилу — традиционные инструменты, а ультразвуковой волновод. Ультразвук режет кость так же легко, как горячий нож масло. И это очень важно — применение его полностью исключает образование костных сколов, мелких отломов. Разрез, произведенный ультразвуком, получается ровным и гладким.

С помощью ультразвука можно не только легко и быстро разрезать кость, но и вновь соединить ее. На опаленные поверхности наносится специальный клей-циакрин и костная щебенка. Затем костные отломки соединяют, и под действием ультразвука специфический «припой» отвердевает, удерживая отломки кости в нужном положении. Прочный и надежный сварной шов постепенно рассасывается, заменяясь живой костной тканью. Ультразвук применяют и тогда, когда послойной наплавкой надо заполнить дефект в кости, сварить отломки кости при многоскольчатых переломах или «наварить» новую суставную головку.

Ультразвук применили и в зубоврачебной практике. Им обрабатывают полости зубов и удаляют зубной камень. Ультразвуковая обработка зуба совершенно безболезненна, не вызывает неприятных ощущений. Однако у ультразвуковой бормашины есть недостаток — врач не может по реакции больного определить момент подхода инструмента к нему. Хорошие результаты получены при использовании ультразвука для сварки и пломбирования зубов. При любых современных методах лечения зубов между пломбировочным материалов и обработанными стенками зубных полостей остается щель, и хотя она очень мала, она часто становится причиной возобновления кариесного процесса, расшатывания и выпадения пломбы. Ультразвуковая пломбировка исключает этот недостаток.

При лечении таких заболеваний, как туберкулез, бронхиальная астма, катар верхних дыхательных путей, а также для профилактики некоторых заболеваний применяют аэрозоли различных лекарственных веществ, т. е. веществ в распыленном виде. Такой вид физиотерапии называется ингаляцией. Здесь ультразвук участвует в лечении косвенно. С его помощью распыляют лекарственные вещества, особенно такие, как антибиотики, которые затем вдыхают больные.

Ультразвук незаменим в фармацевтической промышленности в процессах приготовления различных медицинских препаратов. Если раньше для получения настоек валерианы и полыни требовалось семь суток, то теперь благодаря ультразвуку эта операция выполняется всего за полтора часа. Значительно ускоряется приготовление настоек йода и других препаратов, сокращается расход сырья. С помощью ультразвука удается увеличить выход активных начал из различных лекарственных растений, таких, как мак, ландыш, красавка, спорынья и др. Ультразвук позволяет получить тонкую взвесь камфорного масла в воде, что раньше вообще было невозможно. Под воздействием ультразвуковых колебаний возникают новые эффекты — повышается чувствительность живой клетки к воздействию химических веществ. Это открывает пути к созданию новых, более безвредных вакцин, ибо при их изготовлении можно будет использовать химические реактивы.

Чрезвычайно модными в последние годы стали экстрасенсы. И это не случайно. В тяжелые для страны времена люди начинают верить во что-то необычное, сверхъестественное, особенно если это касается их здоровья. Отсюда и повышенный интерес к экстрасенсам, популярность которых все возрастает. С точки зрения специалистов, имеется в виду способность отдельных людей на расстоянии рукой определять нарушения здоровья и даже оказывать лечебное воздействие. Первое время ученые объясняли это явление неизвестным пока науке действием биополя, регистрируемого приборами. Такое объяснение, естественно, у физиков вызвало скептическое отношение, они решили в этом разобраться, т. е. подтвердить феноменальное явление или опровергнуть.

Исследователи изучали, конечно же, никакие ни биополя, которыми пытались объяснить феномен, а обычные, известные каждому электрическое и магнитное поля, а также излучения — инфракрасное, радио-тепловое, оптическое, акустическое. Все они дают, как оказалось, ценную и малоизвестную информацию о человеке. В зеркале этих полей можно увидеть, образно говоря, не отдельные фотографии, а целые кинофильмы, показывающие жизнедеятельность человека.

Используя приборы с очень высокой точностью измерений, на экране термовизора можно увидеть, например, пульсирующие у рта и носа «облака» выдыхаемого углекислого газа, видно лицо, открытые части тела, руки светятся, причем окраска изображения постоянно меняется, отражая динамику терморегуляции дыхания, кровенаполнения, По руке экстрасенса, обладающей большей мощностью, можно лучше судить о характере происходящих в человеке процессов. Скажем, при переходе в «рабочий режим» видно, как рука нагрелась, увеличилось обычно слабое свечение, появились низкочастотные колебания электрического потенциала. Как эти сигналы действуют на испытуемого, на пациента? Вероятно, происходит своеобразный бесконтактный массаж тела тепловым излучением движущейся разогретой руки экстрасенса. При этом оказалось, что сильнее нагреваются те области, где нарушена терморегуляция, т. е. участки кожи (тела), соответствующие больным местам.

Исследования ученых в последние годы не только подтвердили положительное воздействие звуковых колебаний на человеческий организм, но и позволили сделать вывод о том, что возможности этого метода лечения еще не исчерпаны. Кожа и наружный покров человека являются посредниками между внешней и внутренней средой. Они принимают любые виды излучения и потоков (звуковых, тепловых, биологических), которые совершают в организме определенную работу. Ученые, например, после исследований пришли к выводу, что больному человеку помогает даже бубен шамана. Это объясняется воздействием звуковых волн на разные органы, а определенные музыкальные мелодии могут оказывать действие даже на нейроны и мозговые клетки.

Как уже упоминалось, звуки могут оказывать на живые организмы необычное воздействие. В 1989 году русский исследователь И. Догель опубликовал научный труд «Влияние музыки и цветов спектра на нервную систему человека и животных». Он убедительно показал, что у человека, как, впрочем, и у собак, кошек, кроликов, под воздействием музыки изменяются кровяное давление, частота сердечных сокращений, ритм и глубина дыхания. Даже растения не остаются «равнодушными» к воздействию звуков. При мажорных мелодиях мимоза и петуния растут гораздо быстрее, даже зацветают на две недели раньше положенного.

Древнейший целитель Асклепий успешно применял музыку и пение. Мастера специальной японской системы киайдзю-цу используют во время борьбы «боевые крики», при этом применяется «воскрешающий» крик, восстанавливающий сердечную деятельность и дыхание, и «умертвляющий» — способный убить мелких животных и парализовать человека.

Звуки могут по-разному воздействовать на разных людей. Например, скрип железа по стеклу у многих вызывает непроизвольное сокращение мышц, а на кого-то вовсе не действует. Зато для них непереносим звук рвущейся бумаги. При таких воздействиях огромную роль играет сочетание звуков, их гармоничность, ритм. В Японии провели такой эксперимент: из 120 матерей, кормящих грудью детей, одни слушали классическую музыку, другие — джаз и поп-музыку. В первой группе количество молока у женщин увеличилось на 20— 100 %, а во второй группе уменьшилось почти вдвое.

Мы привели только несколько примеров практического применения ультразвука. Рассматривать же все области, где он уже нашел прочное место, не представляется возможным. На страницах «Знака вопроса» рассказано лишь о таких областях применения ультразвука, которые понятны и интересны читателю-неспециалисту. Очень многие «профессии» ультразвука настолько сложны и уникальны, что рассказать о них в научно-популярном издании невозможно. Поэтому в заключение очерка мы только перечислим новые, перспективные области применения ультразвука в науке и технике.

УЛЬТРАЗВУК — ТРУЖЕНИК

Не каждый металл металлом возьмешь. Поэтому туда, где пасуют резцы, сверла и шлифовальные круги, пришли «научные инструменты» — луч лазера, электрическая искра, ультразвук. Если железо, чугун, сталь можно обрабатывать на токарных, фрезерных, строгальных и других станках, твердые и сверхтвердые сплавы — на электроэрозионных и импульсных станках, то для некоторых сверхтвердых и хрупких материалов, в частности электронепроводяших, эти способы обработки непригодны. Особенно трудно высверливать в таких материалах отверстия со сложной конфигурацией.

На мысль о возможности ультразвуковой механической обработки сверхтвердых и хрупких материалов натолкнул один из опытов по измельчению абразива. На дне стеклянной банки исследователи заметили углубление. Стали выяснять причину, и оказалось, что оно возникло из-за того, что стержень, которым измельчали абразив, колебался с ультразвуковой частотой.

Стало быть, если под инструмент ультразвукового станка ввести абразивный материал и включить станок, то частицы абразива обрушат на обрабатываемую деталь град ударов. Они начнут долбить деталь, а инструмент станет все больше и больше углубляться в нее. Образно говоря, станок будет действовать по классической схеме: молоток — зубило — металл с той лишь разницей, что станок работает гораздо быстрее, чем рука человека, и роль зубила выполняют крупинки абразива.

Способ ультразвуковой обработки материалов впервые был предложен в 1945 г. Его преимущество состоит в том, что, применяя инструменты различной формы, можно делать не только отверстия, но и сложные вырезы. Ультразвуковой способ позволяет вырезать оси, нарезать резьбу, изготовлять матрицы, шлифовать, штамповать, клеймить, гравировать и сверлить даже алмазы.

Алмаз — самое твердое естественное вещество земли, и сделать в алмазе калиброванное отверстие — целая проблема. Твердость его в 150 раз выше твердости корунда и в 1000 раз выше твердости кварца. Следовательно, при одинаковых условиях один миллиграмм вещества с алмаза сошлифовывается в 1000 раз медленнее, чем с кварца. Не зря греки алмаз называли «адамас», что означает «несокрушимый», и в переводе с латинского алмаз — «непреодолимый».

Сказочно красив алмаз. С давних пор он украшал короны и скипетры царей. Ювелиры оценивают обработанный алмаз — бриллиант — по игре граней, цвету, массе. Но времена, когда алмаз представлял собой только ювелирную ценность, давно прошли. Настало время, когда человек заставил драгоценный камень работать.

Как же сделать в алмазе отверстие? Первое время это делали так: брали алмазную пудру и, используя ее в качестве абразива, механически сверлили отверстия. Подобная операция тянулась долго и обходилась слишком дорого. Теперь эта проблема решается иначе. Алмаз, как и любой другой сверхтвердый материал, сравнительно легко обрабатывается на ультразвуковом станке. Для этого кристалл алмаза в специальном приспособлении помешают на станине станка. Инструмент укрепляется примерно так, как сверло на сверлильном станке. Да и вращается он как сверло. Затем включают станок, подводят инструмент к алмазной заготовке и при определенном усилии опускают его в направлении обработки отверстия, инструмент начинает колебаться с ультразвуковой частотой.

К числу трудно обрабатываемых относятся также жаропрочные, магнитные, коррозионностойкие стали и твердые сплавы, полупроводниковые материалы, радиокерамика, рубин, керсил, люкор, термосил, ситаллы, ферриты и другие материалы. Они обладают химической и термической стойкостью, огнеупорностью, структурной и оптической однородностью и другими ценными свойствами, которые обусловили изготовление из них ряда изделий в различных отраслях техники. Широкое применение перечисленных материалов ограничено из-за низкой их обрабатываемости механическим способом, вызванной высокой твердостью и повышенной хрупкостью. Обработка этих материалов металлорежущими инструментами малопроизводительна и часто приводит к возникновению сколов, трещин, а также к образованию больших внутренних напряжений в поверхностном слое.

Первые ультразвуковые станки появились в 1953 г. Их наиболее ответственным элементом является акустическая головка, состоящая из трех основных частей: электромеханического преобразователя, концентратора и рабочего инструмента. Правильный расчет всех узлов акустической головки определяют в значительной степени точность и производительность станка.