Сегодня на повестке дня ультразвуковой преобразователь с вырезной (1) и плоской (2) поверхностями с контроллером лабораторного изготовления (3). Этот прибор умеет снижать артериальное давление.
Исследование, проведенное учеными из университета Каунаса (Литва), выявило возможность неинвазивного снижения артериального давления и ускорения газообмена в легочной системе. Результаты подтвердились in vivo — уже через 7 минут насыщение легких кислородом испытуемых улучшилось более чем на 10–15%, снизились артериальное давление и частота сердечных сокращений.
Для борьбы с респираторными инфекциями, такими как COVID-19, которые вызывают изменения легочной гемодинамики, такие как легочная гипертензия (ЛГ), необходимо разработать новые экстренные меры для быстрой защиты пострадавшего. Этого удалось достичь за счет использования низкочастотного ультразвукового устройства, разработанного в Институте мехатроники Каунасского технологического университета (КТУ).
Инновационный низкочастотный ультразвуковой преобразователь
Профессора КТУ Витаутас Осташевичюс и Витаутас Юренас говорят, что в отличие от широко используемых ультразвуковых преобразователей, которые генерируют исключительно продольные моды вибрации, этот недавно разработанный и в настоящее время запатентованный преобразователь работает в более высокой радиальной форме вибрации.
Этот сдвиг привел к увеличению проникновения акустического сигнала, сделал его менее рассеянным и позволил увеличить акустическое воздействие на более глубокие биологические ткани, что позволило адаптировать разработанное устройство для терапевтического применения.
«Более высокие частоты имеют ограниченную глубину проникновения в тело, поскольку волна затухает быстрее. Вот почему ультразвук более высокой частоты больше влияет на внешние ткани, чем на внутренние органы. Низкочастотная ультразвуковая бегущая волна, например, генерируемая нашей технологией, имеет большее проникновение. на глубину и может лучше получить доступ к внутренним органам», — объясняет профессор Юренас, автор изобретения.
Утверждение было подтверждено испытаниями in vivo на овцах в Лаборатории мембранной биофизики Лаборатории мембранной биофизики (LSMU) Центра биологических исследований Литовского университета наук о здоровье.
Измерения физиологических показателей н@ркотизированных овец показали, что проникновение ультразвуковой акустической волны через биологические ткани разработанного преобразователя в 4 раза выше, чем у ранее применявшихся устройств. В течение 7 минут насыщение легких кислородом улучшилось более чем на 10–15 %, а артериальное давление и частота сердечных сокращений снизились.
Быстродействующее неинвазивное средство для терапии легочной гипертензии.
«Эти результаты открывают прекрасную возможность неинвазивно оказать терапевтический эффект людям с легочной гипертензией, улучшив качество их жизни и снизив лекарственную зависимость», — говорит профессор Осташевичюс.
Далее он поясняет, что обмен газов в крови усиливается благодаря акустическим волнам, вызванным низкочастотным ультразвуком, проходящим через кровеносные сосуды пациента, которые диссоциируют агрегаты эритроцитов на отдельные эритроциты.
В результате около 300 миллионов молекул гемоглобина в одном эритроците вступают в контакт с кислородом на всей поверхности эритроцита, что значительно улучшает кислородный обмен в легочной артерии. Венозная кровь, притекающая к легким, насыщается углекислым газом, что повышает pH крови, а это помогает быстрее избавиться от углекислого газа в легких.
Артериальное давление снижается за счет того, что в пространствах между клетками крови количество одиночных диссоциированных эритроцитов в единице объема становится меньше, чем агрегатов эритроцитов, не подвергающихся воздействию ультразвука. Это значительно снижает вязкость крови. Вязкость человеческой крови прямо пропорциональна гематокриту (концентрации эритроцитов), отвечающему за транспорт кислорода и углекислого газа.
Множество возможных медицинских применений
«Высокочастотный ультразвук, используемый в настоящее время в медицинской практике, стимулирует агрегацию частиц крови, возбуждая стоячие акустические волны в жидкой фазе крови, где агрегированные эритроциты накапливаются в узлах», - объясняет профессор Юренас.
Агрегация эритроцитов человека является основной причиной многих патологических состояний – от бактериальных инфекций до рака. В отличие от стоячих волн , создаваемых высокочастотным ультразвуком, низкочастотные распространяющиеся акустические волны вызывают противоположное явление - диссоциацию агрегатов эритроцитов.
В сотрудничестве с медицинским сообществом исследователи КТУ готовятся к изучению нового метода доставки лекарств в диссоциированные ультразвуком одиночные эритроциты, который обеспечивает безопасную инкапсуляцию лекарства, избегая обработки эритроцитов ex vivo.
«Предложенный нами метод насыщает эритроциты лекарственными средствами в среде человеческого организма in vivo», — объясняет профессор Осташевичюс.
Другими возможными применениями точно ориентированного низкочастотного ультразвукового акустического сигнала для клинических исследований является разрушение тромбов при кальцинированном аортальном стенозе.
Результаты опубликованы в журнале Respiratory Research.
Дополнительная информация: Витаутас Остасявичюс и др., Низкочастотный ультразвук для терапии легочной гипертензии, Респираторные исследования (2024). DOI: 10.1186/s12931-024-02713-5