В медицине чаще всего используется диапазон от 800 до 3000 кГц (0,8 – 3 МГц). Выбор частоты ультразвука зависит от глубины расположения органов и тканей, подлежащих воздействию. При поверхностном их расположении применяют ультразвук высокой частоты (3 МГц), при более глубоком – более низкие частоты.

— при частоте 1600-3000 кГц ультразвук проникает на глубину 1-1,5 см (поглощается кожей).

— при частоте 800-900 кГц – на 4-5 см.

— при частоте 20-45 кГц проникает на глубину 8-14 см.

Интенсивность ультразвуковых колебаний – это количество энергии, проходящее через 1 см² площади излучателя аппарата в течение 1 секунды (Вт/см²). Применяемая в физиотерапевтической и косметологической практике интенсивность:

— малая (0,05-0,4 Вт/см²) — стимулирующее действие;

— средняя (0,5-0,8 Вт/см²) — противовоспалительное, обезболивающее действие;

— большая (0,9-1,2 Вт/см²) — рассасывающее действие.

Низкочастотный (20-45 кГц) ультразвук со сверхбольшой интенсивностью (до 3 Вт/см²) вызывает разрушающее действие (ультразвуковая липосакция).

Скорость распространения ультразвуковых колебаний в тканях зависит от их плотности и величины акустического сопротивления. Чем плотнее ткань, тем больше скорость распространения ультразвука. В воздухе она равна 330 м/с, в воде – 1500 м/с, в сыворотке крови – 1060-1540 м/с, в костной ткани – 3350 м/с. В неоднородных средах, какими являются ткани организма, распространение ультразвука происходит неравномерно. Максимум поглощения ультразвуковой энергии наблюдается в костной ткани, на границе разных тканей, а также на внутренних мембранах клеток.

Ультразвуковые волны малой интенсивности обычно используют для воздействия на область головы и симпатические ганглии, большой интенсивности – на конечности. Ультразвуковому воздействию подвергаются отдельные участки (поля), при этом площадь одного поля не должна превышать 150 – 250 см². продолжительность воздействия на одно поле составляет в среднем 5 – 10 мин, на несколько полей – не более 5 мин. Длительность всей процедуры не должна превышать 15 мин. Процедуры назначают ежедневно или через день. Курс лечения 8 – 10 процедур.

Три основных механизма действия: механический, тепловой и физико-химический.

1. Механический фактор, обусловленный колебательным смещением частиц среды в УЗ-волне и возникающим при этом переменным акустическим давлением, проявляется в вибрационном микромассаже тканей на клеточном и субклеточных уровнях. Это происходит за счет изменения проводимости ионных каналов мембран клеток и усиления микропотоков метаболитов в цитозоле и органеллах, повышения проницаемости клеточных и внутриклеточных мембран.
2. Тепловой эффект. При распространении УЗ в биологических средах происходит поглощение энергии волны и её переход в тепло. Тепло накапливается на границах различных сред (граница раздела тканей с различным акустическим импедансом), в тканях больше всего поглощающих УЗ-энергию (нервная, костная, богатых коллагеном фасциях, что повышает их эластичность), и в местах с недостаточным кровоснабжением, так как кровь отводит тепло. Повышение температуры приводит к изменению скорости биохимических реакций и диффузионных процессов, улучшению микроциркуляции. Прогревание соединительной ткани повышает ее эластичность и расширяет диапазон физиологических напряжений, что приводит к увеличению амплитуды движений суставов в случае их контрактуры. Нагревание тканей способствует ослаблению фантомных болей и уменьшает мышечный спазм.
3. Физико-химический фактор. Увеличивается количество биологически активных веществ и свободных радикалов, стимулируются окислительно-восстановительные процессы, изменяется pH и ферментативная активность. Стимулируется регенерация тканей, ускоряется заживление ран и трофических язв.

Биологическое действие ультразвука зависит от его дозы, которая может быть для тканей стимулирующей, угнетающей или разрушающей. Наиболее адекватными для лечебных воздействий являются небольшие дозировки ультразвука, особенно в импульсном режиме.

1. Было исследование, что в тропическом лесу во время дождя полезный ультразвук с частотой >20000 Герц. 

Вопросы:

а. Как это возможно, если ультразвук можно воспроизвести только через специальное устройство? 

Ультразвук в природе встречается и как компонент множества естественных шумов (водопада, ветра, дождя, перекатываемой прибоем гальки, а также в сопровождающих разряды грозы звуках и т. д.), и как неотъемлемая часть животного мира. Некоторые виды животных пользуются им для ориентирования в пространстве, обнаружения препятствий. Ультразвук в природе используют мыши, хомяки, кролики, морские свинки (до 55 кГц), дельфины (в основном, 80 — 100 кГц, но могут — до 200 кГц), летучие мыши (20 — 100 кГц), светлячки и мотыльки (до 160 кГц), и даже обезьяны и человек могу издавать ультразвук (до 100 кГц) (Каркищенко и др., 2011). В городской среде источниками ультразвука служат датчики движения, сушилки для рук, общественные системы голосового оповещения, телевизоры с электронно-лучевой трубкой, электрические трансформаторы и т.д.

б. Можно ли записать и воспроизвести потом? 

Да. Передовые цифровые аудионосители, такие как диски Blu-ray и аудио высокого разрешения, позволяют записывать неслышимые ВЧК.

в. Какая частота точно является полезной для человека?

Доказательства воздействия ультразвука на человеческий мозг или здоровье человека недостаточно изучены и неоднозначны (Ascone и др., 2021). Исследования длительного воздействия отсутствуют, и требуются методологически строгие рандомизированные контролируемые испытания.

Частота ультразвука определяет глубину его проникновения. Биологическое действие ультразвука весьма существенно зависит от его интенсивности, меняя которую, можно получить любые эффекты — от стимуляции до разрушения.

При интенсивностях ниже 0,05 Вт/см² ультразвук практически неэффективен для лечения, а при интенсивностях, превышающих 1 Вт/см², может вызвать нежелательные эффекты, такие, как подавление физиологических функций организма, перегрев тканей, деструкцию клеток и клеточных органелл.

В физиотерапии опорно-двигательного аппарата лучше всего действует, не вызывая отрицательных последствий и быстро приводя к выздоровлению, ультразвук с интенсивностями в интервале 0,1-0,4 Вт/см². Под влиянием низких интенсивностей ультразвука, стимулирующих обменные процессы, снижается экссудация, разрыхляется фиброзная ткань, начинается декальцификация сформировавшихся и формирующихся остеофитов и экзостозов. Увеличение интенсивности и длительности воздействия приводит к разрежению кортикального слоя кости в зоне воздействия ультразвука и другим нежелательным последствиям.

Под действием ультразвука (0,88 МГц; 0,5 Вт/см²; 3-5 мин) раны размером 3 — 5 см в поперечнике заживают на 18-20-й день после их появления.

Ультразвук с интенсивностью, превышающей 1 Вт/см², вызывает нежелательные явления в структуре глаза — помутнение стекловидного тела, образование катаракты, слущивание эпителия на роговице, отек и некроз передних слоев стромы и пр. Поэтому для лечения болезней глаз используют ультразвук с интенсивностью 0,2 — 0,4 Вт/см², а время воздействия обычно не превышает 5 мин. Ультразвук в таком режиме заметно активизирует обменные процессы, а также увеличивает проницаемость тканей глаза для лекарственных препаратов. В связи с этим на практике, как правило, используют фонофорез.

Ультразвук низких интенсивностей (0,4- 2,5 Вт/см²) редко применяется в онкологии. С одной стороны, он стимулирует иммунную систему, что в ряде случаев приводит к рассасыванию опухолей, в том числе и тех, которые не подвергались непосредственному воздействию ультразвуком, а с другой — интенсифицирует обменные процессы, ускоряя разрастание опухолевых тканей. Такая двойственность обусловливает определенную степень непредсказуемости, что и препятствует применению ультразвука низкой интенсивности в онкологии.

2. Разница между ультразвуком, гиперзвуковом и гиперзвуковым эффектом. Что полезно для человека? Достаточно ли просто слушать, или необходима большая площадь воспроизведения и вибрации на теле? 

Границы, разделяющие отдельные диапазоны акустических колебаний, достаточно условны. Ультразвуковым считается диапазон с частотой от 20 кГц до 1 ГГц.

Гиперзвуком — более 1 ГГц (10⁹ Гц).

Ультразвук можно слушать в наушниках, тогда он воздействует на слуховой аппарат, или слушать без наушников, тогда волны воздействуют на весь организм (в первую очередь воздействуя на кожу и кровь в капиллярах). Гиперзвуковой эффект наблюдается только при воздействии на все тело.

3. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5962611/

Вот это исследование изучить и решить, что полезно для человека. Почему тут ультразвук 20000 герц называется гиперзвуковой эффект?

Некоторые естественные звуки окружающей среды, такие как звуки тропических лесов, содержат множество высокочастотных компонентов (ВЧК) выше диапазона, который слышит человек. В этом исследовании мыши жили при постоянном воспроизведении звуков тропического леса через колонки, установленные в клетках. Были 2 экспериментальные группы: весь диапазон звуков и только узкий диапазон (до 20 кГц). Достоверное увеличение продолжительности жизни на 17 % относительно контроля наблюдали только в группе узкого диапазона звуков. В группе всего диапазона звуков продолжительность жизни тоже была больше, но отличие от контроля не было статистически значимым.

Звуки, содержащие значительное количество ВЧК (выше 22 кГц), значительно повышают регионарный мозговой кровоток в среднем мозге и таламусе и альфа-частотный компонент в затылочной области на спонтанной ЭЭГ по сравнению с идентичным звуком, из которого удалены ВЧК (Oohashi и др., 2000). ВЧК отдельно такого эффекта не вызывали, только в сочетании с низкочастотными компонентами (НЧК). Кроме того, добавление ВЧК делало звук более приятным для людей, и слушатели склонны спонтанно увеличивать комфортный уровень прослушивания предъявляемого звука.

Обнаруженную реакцию организма человека на ВЧК звука выше слышимого диапазона назвали «гиперзвуковым эффектом». Это название не связано с определением гиперзвука.

Акустическое улучшение среды с использованием гиперзвукового эффекта применялось для улучшения городской акустической среды и для достижения клинического улучшения при различных психических заболеваниях.

В исследовании Fukushima и др., 2014, обнаружили как положительный, так и отрицательный гиперзвуковой эффект. При добавленных к музыке (традиционная музыка, исполняемая индонезийским оркестром — гамелан, частоты достигают 100 кГц) частотах выше 32 кГц наблюдали значимое повышение альфа-2 (10-13 Гц) компонента на ЭЭГ (положительный гиперзвуковой эффект), тогда как при частотах ниже 32 кГц наблюдали его снижение (отрицательный гиперзвуковой эффект). Причем гиперзвуковой эффект наблюдался только при воздействии на все тело, не через наушники.

У крыс вокализация с частотой 22 кГц используются для сообщения об опасности, тогда как вокализация с частотой 50 кГц связана с положительными эмоциями. То есть, возможен общий механизм реакции на высокие частоты.

4. Изучить пункты доказательной базы из 5. Звуки и музыка https://vsh25.net/scientific-approach