Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Обоснование применения ультразвукового излучения для воздействия на миокард и проводящие пути сердца

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Обоснование применения ультразвукового излучения для воздействия на миокард и проводящие пути сердца"

ГОХШГГСКАЯ АКЛДЕНИЯ ИЕДМЩШЗа НШ? •1АГШО"КССЯЦДОВАТЕЯЬСКИ1 ИНСТИТУТ

ОЕОСШШШЙЕ ПРИМЕНЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО тлгштм ДЛЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ШЗКДРД II ПРОВОДЯЙИЕ ПУТ?! СЕРДЦА (Яксперикегсеалыше исследования)

Специальность 03.00.13 Здошвот.я чаловека я кшкнидо

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

На правах рукописи

МЕРКУЛОВА

Лгадмида Ивановна

яликт-петербург

1995

Работа выполнена в Санкт-Петербургском Государственном Медицинском Университете имени академика И.П.Павлова (ректор - акздем»1к МАН 8Ш Н.А.Яицкий) Научные руководители: Лауреат Государственных премий

доктор медицинских наук, ' профессор Л.В.Лебедев, доктор медицинских наук, профессор Н.Н.Пэтрищев Официальные оппоненты-Лауреат Государственной премии

доктор медицинских наук

А.В.Самайлекко, доктор медицинских наук Я.Д.Енин

Ведущая организация: Институт эволюционной физиологии

и биохимии им.И.М.Сеченова РАН, Санкт-Петербург

Защита диссертации состоится в/Зчас на заседании Диссертационного Совета К.001.23.01 при Научно-исследовательском институте экспериментальной медицины РАМН по адресу: 197376, Санкт-Петербург,

ул. академика Павлова, 12.

С диссергатгией мсашо ознакомиться в библиотеке НйИЕМ РАМН (Санкт-Петербург,ул.акад.Павлова,12).

Автореферат разослан

40- на/йь. 995 года.

Ученый секретарь Диссертационного Совета, доктор биологических наук

О.Г.Куликова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Заболевания сердечно-сосудистой системы в настоящее время являются основной причиной внезапной смерти.Прогрессирующее распространение различных форм нарушений ритма сердца, а также необходимость обеспечить каждого больного с аритмиями медицинской помощью, соответствующей форме заболевания .настоятельно требуют совершенствования существующих способов лечения ч развития ».овых медицинских технологий.

Одной из актуальных проблем современной аритмологии является лечение больных с резистентными к консервативному лечению вида® аритмий.В -50% случаев смерти больных с аритмиями причиной являются тахикардии (Кушаковский М.С. ,1992).

Известные хирургические методы лечения наджелудочковых и, особенно,желудочковых тахикардий(электродеструкция,криодеструк-ция,лазерное воздействие)являются радикальными.но травматичными и нередко выполняются с применением искусственного кровообр. де-ния (Бокерия Л.А.,1989).Последнее сдерживает их широкое применение. В связи с этим разрабатываются и совершенствуются новые, менее травматичные способы локального воздействия на аритмогенкые структуры, запример, чрезвенозная радиочастотная деструкция (На-vercarcp V..Hendrlks G..1991; Ivanov М..Evdoklmov V.1994) недостатком которой являются инвазивность.необходимость рентгентеле-визионного контроля во время процедуры.Кроме того.глубина повреждения тканей в зоне воздействия б ряде случаев недостаточна для достижения эффекта (Ellas JL.Tonet J.„Rosas F..Ellaiú M..1994). поэтому при необходимости белее глубокой деструкции применение данного способа проблематично

Фокусированный ультразвук(ФУЗ) мегагерцевого диапазона частот имеет уникальные свойства, например,возможность действ-я на глубинные структуры органов без влияния на поверхностные.

К настоящему времени показала возможность использования фокусированного ультразвука для нузд экспериментальной нейроанатомии (Газрилов Л.Р..Цирульников Е.М. .1980). при лечении опухолей методом гипертермии (Sonapati N..Ovejera А.,1982;Саггу Р.М..Barloóle В.,1982;0лстер И..1983;Sibille A.,Prat F..1993)для уточнения диагностики и особенностей нарушения слуха (Зартанян И.А., Гаврилов Л.Р.и др.,1085;Дирулы:икоз ,1&93;1Ватилов М.С. .1992) Лигш в 1994 году в литературе появились данные о предварительных результатах использования ультразвуковой энергии для деструкции миокарда желудочков собак с использованием фокусирующих

- z -

излучателей ультраавука(Гаврилов Л.Р..Бокерия Л.А.и др. ,1994) и миниатюрных плоских или цилиндрических излучателей ультразвука, подводимых к нужному участку ткани с помощью катетера (Не D.S., Zimmer J.E..Hynynen К.et al.,1994).однако кет сведений об исследованиях биологических эффектов,производимых высокочастотными ультразвуковыми колебаниями при локальном воздействии на проводящую систему и важнейшие структуры сердца.

ЦЕЛЬ КССЛЕДОВАЬМЯ: Целью работы является обоснование возможности применения фокусированного ультразвука для согдания ло-калъньс; зон повреждения при воздействии на миокард и проводящие пути сердца в эксперименте и разработка требованкй к ультразвуковой аппаратуре для неинвазивного локального воздействия.

Для достижения этой цели былидоставлены следующие задачи.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.Изучить зависимость размеров зоны повреждения миокарда от величины ультразвуковой дезы при прямом воздействию! на сердце.

2.Установить характерные признаки точного попадания фокальной области излучателя ультразвука на проводящую систему сердца в области атриовентрикулярного соединения.

' • 3.Изучить влияние воздействий фокусированным ультразвуком на функциональные структуры сердца:аорту,правую коронарную артерию,правый желудочек,правое предсердие,трехстворчатый клапан.

4:Выяснить возможность получения ограниченных очагов повреждения миокарда с минимальной травмой окру;,хающих ткачей npif воздействии фокусированным ультразвуком через грудную стенку.

5.Определить характер и величину изменения агрегационнък свойств венозной крови in vivo.

6.Разработать медицинские и технические требования к ультразвуковой экспериментальной . установке для неинвазивного воздействия ка миокард и проводящую систему сердца.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА:Установлена возмоглость создания локальных повреждений миокарда различной степени(Авторское свид.М 182.7240 от 30.01.S2 ). При этом размеры и степень повреждения имеют прямую зависимость от величины ультразвуковой добы.Показано,что воздействие фокусированным ультразвуком на проводящие пути сердца в зоне атриовентрикулярного соединения сердца при открытой грудной клетке вызывает изменение проведения возбуждения по ат-риовектрикулярному соединению от блокады I степени до полкой блокады в зависимости от ультразвуковой дозы¡характерным призна-

- 3 -

ком раздражающего действия ультразвука на проводящие пути сердца в зоне атриовентрикулярного соединения,является учащение ритма. Обнаружено снижение агрегациончой активности тромбоцитов ч венозной крови собак после ультразвукового облучения in vivo.

Установлено,что фокусированный ультразвук проходит через грудную стенку без существенного искажения геометрии ультразвукового поля и фокальной области; при этом окружающие ткани находятся в условиях минимальной травмы.

Разработана экспериментальная ультразвуковая установка для неннвазивного локального воздействия на проводящие пути сердца (Патент РФ N.... пола*.решение от 29.10.94 ).

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ:Доказана возможность при воздействии фокусированным ультразвуком нарушать проводимость атриовентрикулярного соединения «плоть до полной блокады.Установлены характерные изменения электрокардиограммы при точном попадании фокальной области излучателя ультразвука на проводящую систему сердца б зоне атриовентрикулярного соединения. Доказана возможность получения ограниченных зон повреждения миокарда с минимальной травмой округаающих тканей при воздействии фокусированным ультразвуком через грудную стенку.

Полученные в результате экспериментальных исследований данные позволили разработать.требования к параметрам экспериментальной ультразвуковой установки для неинваьпвного локального воздействия на сердце.

ВНЕДРЕНИЕ. Способ деструкции атриовентрикулярного соединения внедрен в экспериментальную практику НИЦ СПбГМУ для моделирования частичной и полной блокады в тех случаях,когда по условиям эксперимента противопоказано вскрытие камер сердца.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ,ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:

1.При прямом воздействии на сердце фокусированным ультразвуком можно создать локальные зоны повреждения миокарда с различной степенью изменений (от отека до коагуляционного некроза кишечных волокон).

2.Характерным признаком раздражающего действия ультразвука на проводящую систему сердца в области атриовентрикулярного соединения является возникновение ускоренного ритма.

3.При воздействии фокусированным ультразвуком на сердце через грудную стенку,возможно создание локальных зон повреждения миокарда.

- 4 -АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на:

- Всесоюзном семияаре"Биоритмические процессы в организме" (Н.Новгород,1991);

- заседании хирургич. общества им.Н.И.Пирогова(СПбМИ,1993);

- заседаниях кафедры факультетской хирургии СП6МИ(1993,1994г);

- заседании проблемной комиссии по сердечно-сосудистой хирургии СПбМИ (19^3);

- II Всероссийской научно-практической конференции по хирургии аритмии и элекгрокардиостимуляции (СПб,1391);

- II Всерос.съезде сердечно-сосудистых хирургов(СПб,1993);

- I Междунар. славянском конгрессе по стимуляции и электрофизиологии сердца "КАРДИОСТШ" (СПб,1993);

- 2 Междунар.конгрессе аритмологов (Carol1р.Heart Inst.,1994);

- II Междунар.славянском конгрессе по стимуляции и электрофизиологии сердца "КАРДИОСТИМ" (СПб,1995).

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликованы 11 научных чабот,получено авторское свидетельство N1827240 от 30.01.92 на "Способ лечения аритмий", положительное решение по заявке на патент РФ "Устройство для лечения тахиаритмкй"от 29.10.94,патент Г-Ф N 2022549 от 15.11.94 "Способ гемостаза при травмах паренхиматозных органов в эксперименте на животных".

ОБЪЁМ И СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ.Диссертация излажена на 170 страницах машинописного текста и состоит из введения,обзора литературы .описания методик исследования,3 глав экспериментальных данных,обсуждения результатов исследования; выводов и указателя литературы,включающего 162 источника (из них 83 иностранных).Работа иллюстрирована 48 рисунками и 5 таблицами.

- 5 -СОДЕРЖАНИЕ РАШГЫ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Исследования выполнены на 49 беспородных собаках разного возраста массой 8 - 25 кГ в условиях острых и хронических опытов,после серии предварительных экспериментов на }3 ¡'.рисах и 15 лягушках. Всего выполнено 282 эксперимента.Распределение экспериментального материала по трем объемам исследований представлено в таблице:

НАЗВАНИЕ ОПЫТА (воздействие ФУЗ) КОЛ-ВО ЗКСПЕРИМ. СРОКИ НАБЛЮДЕНИЯ

1.ПРИ ВСКРЫ1СЙ ГРУ МОЙ КЛЕТКЕ: - изучение размеров повреждения миокарда - моделирование блокады АВ.соединения - воздействия на структуры сердца - морфологические исследования тканей 12+33 24 16(х5) 12+6+15 3 часа до 40 сут. 3 часа до 40 сут.

2.ЧЕРЕЗ ГРУДНУЮ СТЕНКУ: - измерение температуры в ГС in vivo - исследования крови - рордействия на миокард - морфологические исследования тканей 11 10 11 5(х5) 6 су т. 6 сут 6 сут.

3. СТЕНДОВЫЕ: - измерение температуры в ГС In vitro - исследование геометрия ФУЗ пучка - оценка степени затухания УЗ - отработка методики наведения 30 21 12 5 5 -

Сокращении,принятые ь тгблщегФУЗ-фокусированкый ультоазвук, АВ-атриовеьтрику.ляряэго,ГС-грудная стенка, ФО-фо.чазьная область.

Экспериментальные исследования по воздействию фокусированным ультразвуком на миокард и проводящие пути сердца при открытой грудной клетке были проведены с помощью ультразвукового генератора и фокусирующих излучателей,разработанных в Акустическом институте т.акад.Н.Н.Андреева (Москва) и метрологически обеспеченных по известным в акустических измерениях ыетодикам.

Для воздействий на сердце через грудную стенку и в стендовых опытах, применяли комплекс гшпаратуры.Екгючаиший б себя ультразвуковой генератор,фокусирующие излучатели ультразвука,эхокар-дисгрэф с эхочондом,электрокардиограф и координатное устройство.

Основные эксперименты по исследованию влияния фокусированного ультразвукового излучения на миокард и проводящую систему сердца прснедены на собаках. После премедикашга 0,25^ раствором

дроперкдола собаку укладывали на операционный стол в положении на спине и фиксировали лапы к стол1/. Под местной анестезией производили венопункцию подкожной вены на лапе к устанавливали катетер для внутривенных введений.Обееболивачие проводили методом зиугривенного введения тиопентала натрия в сочетании с искусственной вентиляцией легких.

Для проверю», возможности селективного разрушения аритмоген-чого очага была выбрана методика моделирования полной атриовент-рику.гяряой блокады сердца (Wieberdink G.,1S66) по аналогии с известными методами физического воздействия:криодеструкция (Harrison L. .Gallagher Y..1977).электродеструкция (Кемкоь A.C..1988), лазерная деструкция (Curtis A.B..Marjsour М..Friedl S.E..1394), радиочастотная деструкция (Huang S.,Jordan N.,Grahan A. ,1985).

Воздействие на проводящие пути сердца в зоне атриовентрику-лярного соединения осуществляли через неповрежденную стенку правого предсердия.Всего лрозедено 24 эксперимента,из них- 6 хронических и 18 острых. Ивлучатель располагали перед правым предсердием и через слой жидкого стерильного вазелина прижимали конус непосредственно к эпикарду. Не меняя положения сердца,не вскрывая полости сердца,не вскрывая эпикардиального дара действовали фокусированным ультразвуком в зону атриовентрикулярного соединения, расположенную в глубине правого предсердия.Ориентирами локализации атриовентрикулярного соединения при таком доступе являлись корень аорты и аортопредсердная борозда.Атриовентрикуляр-ное соединение расположено в 4-6 мм от этих структур,по направлению к трехстворчатому клапану. Аналогичным образом осуществляли ультразвуковое воздействие на атриовентрикулярное соединение через невскрытый перикард (2 эксп.),а также - через правый желудочек (2 эксп.).Статистическая обработка результатов и построение графиков выполнен с помощью ПЭВМ LASER 386SX-T.

В процессе ультразвукового воздействия осуществляли регистрацию электрокардиограммы и артериального давления для контроля за состоянием животного, а также для фиксации момента изменения ритма сердца и эффективности проведанного воздействия.Регистрацию давления в бедренной артерии осуществляли с помощью катетера, соединенного с элекгроманометром 746/4"Сименс-Элема",на пели-rpa4ie"Mingograf-34"cc скоростью 10 и 100 мм/сек с одновременной записью ЭКГ.Запуск генератора ультразвуковых колебаний осуществлялся от R-зубца электрокардиограммы подопытного тавотного..

— — t

При получении полной атриовентрикулярной блокада к электроду, имплантированному в правый келудочес,подключали электрокардиостимулятор ЗКС-222 для поддержания адекватной гемодинамики.** острых опытах животных наблюдали до 3-х часов,в хронических -до 40 дней.

Для уточнения возможности повреждения фокусированным уль- . тразвуком различных структур сердца проведены 16 зксйериментов на животных в условиях торакотомии.Выполняли воздействие на аорту, перикард, праЕое прздсердие,правый желудочек,трехстворчатый клапан и правую коронарную артерию.Производили регистрацию электрокардиограммы и артериального давления до воздействия,в процессе эксперимента к после него.Ультразвуковое облучение выполняли при различных режимах:при рабочей частоте f=lMTn интенсивность изменяли от 400 до 1000 Вт/см2,время экспозиции t3 составило 5 и 15с пои непрерывном излучении.

В стендовых опытах выполняли биофизические исследования, целью icQ-ropux являлось доказательство возможности локального разрушения фокусированным ультразвуком глубоких структур сердца неинвззивяо,без повреждения окружающих тканей.Исследована возможность прохождения фокусированного ультразвука через кости грудной стенки без изменения aro геометрии различными методами:

- применен тэкеьой метод Теплера(Bergrcan L.,1954).позволяющий наблюдать поле сходящихся волн в воде и ..осле прохождения ультразвукового лучка чеоее фрагмент грудной стенки (j 2 эксп.);

- выполнены измерения звукового давления с помощью гидрофона в акустической ванне(12 эксп.);

- выполнены измерения температуры во фрагментах грудной стенки собак в процессе ультразвукового воздействия (21. эксп.).

Качественный анализ структуры акустического ноля в окрестностях фокальной области излучателя и в трёх поперечных сечениях сходящегося ультразвукового пучка,а также оценку степени затухания ультразвука при прохождении через грудную стенку выполняли с помощью специально разработанной метрологической аппаратуры (ВКИИТВЧ.Сзнкг-иетерСург): миниатюрного измерительного гидрофена (приемник звукового давления).координатного устройства и регистратора параметров ультразвукового поля (двухканаЕъный осциллограф С1--93).

Для того, чтобы оценить степень повреждения тканей в области сходящегося ультразвукового пучка, а также степень нагрева

костей грудной клетки, производили измерение температуры в нескольких точках с помощью специальной нестандартной установки (Акустический институт им.акад.H.H.Андреева), состоящей из ман-ганин-константановых микротермопар,усилителя постоянного тока и регистрирующего прибора (цифровой вольтметр В7-35).

Фрагменты грудной стенки собак погружали в термостат с дистиллированной водой вместе с излучателем ультразвука на расстоянии 8-10 мм от поверхности излучателя.Температуру измеряли одио-новременно в тр^х точках:1-под кожей,2-лод надкостницей,3 -в мышечной ткани грудной стенки.Воздействие осуществляли в импульсном режиме со следующими параметрами:Ьи=500 и 100 мс,Т=1000 мс, f-1 МГц,1=1000 Вт/см2. При этом интенсивность ультразвука на поверхности кожи была нь более 3 Вт/см2 (коэффициент концентрации излучателя,применявшегося в эксперимекте-кт^3в/3ф=лн2/лг02й=--340), что не превыоает предельно допустимую интенсивность,применяемую в физиотерапии (Улащгк B.C..Чиркин A.A.,1983).Время экспозиции ультразвука во всех экспериментах было 10 мин.Результаты экспериментов обработаны статистически.

При нешшазивноы воздействии фокусированным ультразвукам на сердце собач,животные находились на самостоятельном дыхании,закрепленные в специальном станке в положении на левом боку. После предварительной эхолокации условную акустическую ось излучателя ориентировали на верхушку сердца,что в большинстве случаев совпадало с верхушечным толчком.Корпус излучателя фиксировали к коже отдельными швами.

Для измерения температуры в передней грудной стенке собак применяли методику и аппаратуру, описанные ранее.Фокальная область излучателя находилась при этом на глубине 15-20 мм от поверхности кожи.

Режимы ультразвукового облучения в экспериментах по воздействию на сердце через грудную стенку были выбраны по результатам опытов со вскрытой грудной клеткой:

•• при контакте излучателя с кожей через слой геля:f=1 МГц, 1=1000 Вт/см2,ta=20 мин-Ди=100 мс.ч^тота следования импульсов (ЧСИ) равна частоте сердечных сокращений животного (ЧССМ, 7Гц).

- при облучении через слой воды:IM МГц,Ы403 Вт/см2, ts=S-45 мш:Ди=100 мс,ЧСИ=ЧСС.

Исследована агрегацчонная активность тромбоцитов венозной крови у собак, так как известно,что наиболее чувствительными к

ультразвуковому облучению являются тромбоциты кропи.Повреждение тромбоцитов может привести к значительному риску из-за возможного образования тромбов (Вашкинель В. К., Петров М.К. ,198Г.), кроме того, из-за тотального повреждения тромбоцитов,может возникнуть кровоточивость мелких кровеносных сосудов. Моделирование процесса тромбообразования в сосудистом русле осуществляли посредством дозированного воздействия в течение 30 с на бедренную вену фокусированным ультразвуком.Режимы облучения были выбрана на основании теоретических расчетов:частота ультразвука Г=1 КТц,интенсивность 1=20 Вт/'см2, период следования импульсов Ти-500 мс, длительность импульса ^100 мс,время экспозиции Ьэ=Ю0 с.

Морфологическая оценка препаратов,взятие из зон миокарда и из передней грудной стенки собак,подвергнутых ультразвуковому облучению, проводилась макроскопически и микроскопически.Для оценки степени изменений тканей использовали комплекс методик, разработанных . в С1ШИИК(Аминева Х.К..Митрофанова Л.В.,1994). После выведения животно из опыта образцы т;саней фиксировали в нейтральном формалине.Гистологические срезы окрашивали гематок-силин-эозином.по ван-Гизон, но Гейденгайну и по

Микроскопические исследования проводили методом световой микроскопии на приборе Р-16.Измерения объема зоны деструкции производили по стандартной методике, измеряя их плещздь и глубину (Меркулов Г.А.,1969).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Зависимость объема повреждения миокарда от параметров ультразвукового облучения.

В экспериментах на мелких чивогных показано,что при воздействии фокусированным ультразвуком на периодически сокращающийся миокард,возможно создание ограниченных зон деструкции.Размеры зон деструкции незначительно превышает теоретически рассчитанные размеры фокальной области излучателей, использованных в экспериментах.- при прямом воздействии на миокард крысы фокусированным ультраввуком с фокальной областью длиной 14 мм и диаметром 2 мм,при частоте излучения 2 МГц,интенсивности 1200 Вт/см2 и времени экспозиции 15 с,макроскопические изменения получены я виде зон некреза глус.лой 2-3 мм и диаметром 2-2 мм.

При воздействия;! форсированным ультразвуком на атриовент-оикулярное соединение собак через неповрежденную стенку правого

предсердия полная атриовентрикулярная блокада смоделирована в 12 случая/, из 18.Интенсивность ультразвука в фокальной области излучателя (без у^ета затухания) составляла от 370 до 1200 Вт/см2, время экспозиции-от 20 до 140 с,частота ультразвука-1 МГц.Произведение интенсивности на суммарное время действия ультразвука принято называть ультразвуковой дсзсй: УЗД = 1(Вт/см2)^t(с) (С.R.¡1111,1986).При указанных режимах воздействия атриовеятрику-лярная блокада воспроизводилась при длительностях облучения 20 с и более. Проведены гистологические исследования зон деструкции.

Аналиг и статистическая обработка полученных результатов позволили определить оптимальные параметры облучения.Оптимальная (средняя) ультразвуковая доза составила - УЗD =(33±10)-103Дж/смг при среднем объеме повреждекия-\^(25±8)ш3. Относительно большой разброс измеренных параметров относительно средних значении можно объяснить неточностью наведения фокальной области излучателя ультразвука на зону атриовентрикулярього соединения и необходимостью эё ПОИСКЕ.

При минимальной УЗД=20*103Дж/ом?- (20 с, 1000 Вт/см2) микроскопические изменения в атриозентрикулярном узле выявлены в виде вакуольной дистрофии клеток узла с уплотнением, дегидратацией цитоплазмы. В тех случаях,когда полна? блокада была вызвана при больших ультразвуковых до^ах,микроскопические изменения имели характер коагуляциокногс некроза.Независимо от интенсивности ультразвука в фокальной области,гистологические изменения тканей в зоне воздействия характеризовались очаговость» с различной степенью изменения. Вне зоны воздействия миокард не изменен,выявляются лишь рассеянные контрактуры кардиомиоцитов.В соответствии с определениями,сформулированными другими исследователями в этой области применения ультразвука, полученные нами изменения в зоне деструкции можно назвать"фокальными"(С.R.Hil1,1986).

В 24 опытах на собаках (18 остр.и 6 хрснкч.) при моделировании блокады атриовентрикулярнога соединения установлено,что воздействие фокусированным ультразвуком на проводящую систему сердца ь зоне атриовэнтрикулярного соединения приводит либо к частичному нарушению проведения импульса возбуждения, либо к полкой блокаде проведения в зависимости от ультразвуковой дозы. При этом установлено, что характерным признаком точного попадания фокальной области излучателя ультразвука на проводящие пути сердца б зоне атриовеятрикулярнсго соединения служит регист-

рация ускоренного ритма сокращений сердца на ЭКГ. Через 5-10 с после появления ускоренного ритма развивается полная блокада, сохранявшаяся до 40 дней в тех случаях,когда ультразвуковое воздействие продолжалось при полной атрисвеьтрикулярнсй блокаде не менее 10 с.При прерывании ультразвукового воздействия на любой фазе развития блокады,проводимость восстанавливалась.

Оценка безопасности применения фокусированного ультразвука.

Поскольку задачей исследований являлось обоснование возможности применения фокусированного ультразвука для неинвазивного локального разрушения аритмогенных структур сердца, было важно знать,ке сопровождается ли достижение указанной цели поражением окружающих тканей. Для оценки возможного повреждения различных функциональных структур сердца: аорты,коронарной артерии,правого предсердия,правого желудочка,трехстворчатого клапана - выполняли прямое ультразвуковое воздействие на указанные структуры при вскрытой грудной клет.:е.Установили,что воздействие ультразвуком даже при 1=1000 Вт/см2 и с не вызывает значимых морфологи-

ческих изменений в указанных структурах.

Измерения звукового давления одновременно с визуализацией ультразвукового поля теневым методом Тендера показали,что при прохождении фокусированного ультразвука через фрагмент передней грудной стенки собаки,фокальная область излучателя смещается относительно расчётного положения не более,чем на 2 мм(к поверхности излучателя);диаметр фокальной области увеличивается на 1-2 мм, то есть ультразвук проходит через грудную стенку собаки без существенного искажения его геометрии и размеров фокальной области. Из полученных результатов следуот,что наилучшими будут условия, когда цель облучения располагается в центре кривизны облучаемого участка кости,поскольку в этом случае имеет место нормальное падение ультразвуковых волк на кость и преломление через нее без преломления.Кроме того,необходимо чтобы участок облучаемой кости имел постоянные толщину и радиус кривизны.

Предполагая применение разрабатываемого метода в клинике, следует отметить,что расстояние между ребрами грудной стенки человека Оольгсе.чем у собаки и составляет 12-15 мк.Зтс на порядок больше длины волны у-ьтразвука с частотой 1 МГц в мягкой биологической ткани и«=1.,5мм) и исключает дал-э «теоретически возможность дифракции уяьтрглвукового луча при прохождении м>>жду реб-

рам».Кроме того,радиус кривизны ребра грудной стенки человека больше,чем у собаки и толщина ее более однородна, что создает ещё более выгодные условия для прохождения ультразвуковых волн,чем в эксперименте.

По результатам измерений звукового давления также установлено. что затухание ультразвукового поля по интенсивности при прохождении через ребра грудной стенки составляет 10 ДБ (10 pas).

Для оценки возможного повреждения тканей передней грудной стенки собак б ультразвуковом поле,вследствие их перегрева из-за поглощения ультразвуковой энергии,были произведены измерения температуры в коже,подкожной клетчатке и в надкостнице в зоне аппликации излучателя. Температура воды в термостате и исходная температура образцов были одинаковы.10 образцов были подвергнуты облучению в импульсном режиме со скважностью Q=10(tn=0,lc,T«=lc), при атом исходная температура Т0 была 23°С.il образцов облучали в импульсном режиме со скважностью Q*2 (tH=0,5c,T=lc) при начальной 'температуре Тй-20°С.

Установлено,что ири Q=10 максимальное изменение температуры ЛТгпах=5°С клбдо место в надкостнице;в подкожной клетчатке ДТ составило 4,5°С,з мысечной ткани - 2,5°С ва 10 кинут облучений. При зтсм суммарное время действия ультразвука с учетом tH равно: 1хи=С0аЮ*0, 1=60 c.ilpii Q=2 характер изменения температуры сохранился надаостниде - ЛТшах= 8,5°С,в коже - и в мышечкой ткани * <РС.Однако градиент температуры ДТ увеличился,так как увеличилось суммарное время действия ультразвука (ЕЬИ=300 с).

Исследования температурного режима тканей передней грудной стечки собак при воздействии на сердце через грудную клетку, а также гистологические исследования показали,что при указанном режиме ультразвукового облучения ткани передней грудной стенки в зоне аппликации излучателя ультразвука травмируются минимально. Так,температура в подкожной клетчатке грудной стенки животного при частичном погружении в воду не превышала 38°С,а температура в надкостнице достигала 40,5°С на 10-й минуте наблюдения л оставалась постоянной до конца сеанса,до 20-ти минут воздействия.

Специально были исследованы биологические последствия ультразвукового облучения крови,так как при неинвазивном воздействии ультразвуком in vivo ча сердце неизбежно подвергается облучению кровь. Результате проведенных экспериментов показали уменьшение агрогационкой активности тромбоцитов венозной кроей собак.Для

: - 13 -

объяснения полученного эффекта методом математнчеаюго моделирования был рассчитан объём крови, облученной ультразвуком, который составил 6,7% относительно общего объёма циркулирующей крови. После выяснения вопроса о независимости действия каадого импульса ультразвука,был рассчитан тепловой эффект от действия одного импульса,который составил всего 0,1°С/см3.

Таким образом, можно предположить, что эффекты, вызванные ультразвуковым облучением с указанными режимами,в большей степени обязаны его механическому действию,чем тепловому.

Статистическая оценка достоверности результатов выполнена разностным методом:уменьшение максимальной интенсивности агрегации составило ДТ=(55,3+5,3)% при соответствующем уменьшении времени максимальной интенсивности агрегации Atmax^(39,6+6,5) с.Тем самым подтверждается влияние ультразвукового облучения на изменение (уменьшение) агрегадаонной активности и времени максимальной интенсивности агрегации венозной крови собак.

Уменьшение агрегационной активности венозной крови собак, наблюдавшееся при указанных режимах облучения в экспериментах in vivo,возможно, связано с тем,что под влиянием механического фактора биологического действия ультразвука тромбоциты выбросили в кровь активные вещества и потеряли свою агрегационную активность. Можно предположить,что полученный эффект является функционально обратимым,так как в пробах крови,взятых спустя 30 мин после облучения,изменение агрегационных характеристик количественно менее выражено.Необходимы дополнительные,более глубокие исследования биологического действия ультразвука на реологические показатели и изменение свертывающей системы крови in vivo при различных режимах облучения.

• Изучение возможности получения ограниченных зон повреждения миокарда при воздействии фокусированным ультразвуком через грудную стенку.

Изучение возможности получения ограниченных очагов повреждения миокарда при воздействиях фокусированным ультразвуком через грудлую стенку осуществляли в хронических экспериментах с наблюдением от 4 до 38 суток.В 5 случаях из 11 получены локальные повреждения миокарда в виде белесых пятен размером не более '10*4 мм. Микроскопически воздействие на миокард через грудную стенку при 1=1400 Вт/см2 и to=20 мин (суммарное время ультраззу-

кового облучения с учетом частоты сердечных сокращений и длительности импульса воздействия равно «200 с) сопровождалось его повреждением с уплотнением цитоплазмы мышечных волокон и пикнозом их ядер.В эпикарде определены незначительные изменения, а структурных перестроек тканевых элементов грудной стенки и изменений структуры эпикардиальной ветви коронарной артерии не выявлено.

Приведенные выше результаты показывает принципиальную возможность применения фокусированного ультразвука в экспериментах для неинвазивного . воздействия на глубокие структуры сердца с минимальной травмой окружающих тканей и дают возможность предполагать использование метода в клинике.

На основании проведенных исследований предлагаются детальные требования к конструкции и техническим параметрам экспериментальной ультразвуковой установки для неинвазивного локального воздействия на сердце,которая может быть такие использована в других областях медицины.

вьзвода.

1. Прямее воздействие фокусированным ультразвуком на миокард при открыток грудной клетке приводит к локальному повреждению различной степени(от отека до коагуляционного некроза кьлзеч-ных волокон)при минимальном влиянии на окружающие ткани¡увеличение размеров и степени повреждения достигается увеличением интенсивности и времени действия ультразвука.

2. Воздействие фокусированным ультразвуком на зону атрио-вентрикуляркого соединения при открытой грудной клетке вызывает изменение функции проведения возбуждения з проводящей системе сердца от блокады первой степени до полной атриоаентрикулярной блокады.Характерным признаком раздражающего действия ультразвука на проводящие пути сердца в зоне атриовентрикулярного соединения является учащение сердечного ритма из этой зоны,что свидетельствует о точкой локализации фокальной области излучателя ультразвука. Полная атриовентрикулярная блокада развивается,как правило, через 10 секунд после начала учащения ритма.

3. Воздействие ультразвуковым излучением с 1=1000 Вт/см^ и 1Э=15 с на аорту,правое предсердие,правый желудочек,трехстворчатый клапан и правую коронарную артерию не выаывает значимых повреждений в указанных структурах во время и после воздействий.

4. При воздействии фокусированным ультразвуком на сердце через грудную стенку наблюдаются ограниченно зоны повреждения миокарда, при этом ткани в области сходящихся ультразвуковых волн травмируются минимально: температура в подкожной клетчатке не превышает 38°С,в надкостнице- 40,50f"\

5. Фокусированный ультразвук проходит через грудную стачку собаки без существенного искажения геометрии ультразвукового поля и фокальной области.

6. При локальном облучении участка бедренной вены in vivo фокусированным ультразвуком с 1=20 Вт/см2,f=l МГцДи=100 мс. Tf500 Mc,t3=100 с наблюдается уменьшение агрегационной активности тромбоцитов .-уменьшение максимальной интенсивности агрегации составило ДТ=(55,3±5,3)Х при соответствующем уменьшении времени максимальной интенсивности агрегации ¿\tmax=(39,6±6,5) с.

СШ'ССХ РЖОТ ,0ГГЛШК0?,ИЗЕ,К ПО TBS дасштмуш.

1. Способ купирования аритмий ультразвуком //Биоритмические процессы в организме.Сб.статей Всес.семинара.- Н.Новгород,1991.

- С.108-113.(Соавт.:Немков A.C..Ажэлас М.Н.).

2. Применение фокусированного ультразвука больших мощностей з экспериментальной хирургии аритмий сердца //Тез.докл.2 Всесоюз. научно-лрактич.конфер. по хирургии аритмий и электрокардиостимуляции. - СПб. ,1991.- С.75-78. (Соавт.: Немков A.C., Ами-нева Х.К.Аржэлас М.Н.).

3. Новый способ лечения аритмий(зкспериментальное обоснованием/Системные аспекты патологии.Сб.иаучн.трудов СП5МИ.- СПб., 1991.- С.106-108.(Соавт.:Немков A.C..Аржелас М.Н..Аминева Х.К., Корнеев В.К.).

4. Способ лечения аритмий // Авторское свидетельство N1827240 от 30.01.52,приоритет от 17.07.90.(Соавт.:Немков A.C., Егоров Д.Ф., Вероман З.Ю.).

5. Способ деструкции опухолей внутренних органов // Заявка N 4938326/14,приоритет от 20.05.91.(Соавт. :Деркач В.Ю..Версмач 8.Ю..Гранов Д.Л.).

6. Использование фокусированного ультразвука для воздействия на проводящую систему сердца (экспериментальные исследования) // Вестник хирур! ли. 1993.- N1.- С.42. (Соавт.:Лебедев Л.В., Немков A.C. .Егоров Д.Ф.,Аркелас М.Н. .Аминева Х.К.).

7. Новый способ лечения сердечных аритмий (экспериментальное обоснование применения фокусированного ультразвука)// Тез.докл.1-го меед.слав.конгр.по эл.стимул.и клинич.электрофи-зисл. сердца.- СПб.19S3.- С.164.(Соавт.: Лебедев Л.В..Егоров Д.Ф., Немков A.C.,Амикева Х.К..Аржелас М.Н.).

8. Экспериментальное обоснование применения фокусированного ультразвука для лечения сердечных аритмий //Тез.доклада 2 Всероссийского съезда серд.- сосуд.хирургов.- СПб,1993.- С.126. (Соавт.:Немков A.C..Аминева Х.К..Аржелас M.Н.,Баландов С.Г.).

9. Влияние ультразвукового излучения, на миокард и проводящую систему сердца (морфологические исследования)//'Бюлл.экспер. биол.и мед.- 1994.- N7,- С.104-107.(Соавт.:Немков A.C..Лебедев Л.В.,Аминева X.К.,Аржелас М.К.).

10. Устройство для лечения тахиаритмий//3аявка N5036161/14, полож.реш.пат.РФ от 29.10.94.(Соавт.; Немков A.C..Лебедев Л.В., Аржелас М.Н., Аминева Х.К..Карпов A.C..Гаврилов Л.Р.).

11. The Influence of the focused ultrasonic Radiation on the myocardium Aria,on the Heart conduction System //The 2 Int. Cardiac Arrhythm.Ablat.Confer..Charlotte,North Carolina,USA.-May 26-28,1994.(Соазт.:Egcrov C.F..Nemkov A.S..H.K.Amineva H.H. Argelas M.N,).

12. Способ гемостаза при травмах паренхиматозных органов в эксперименте на животных //Патент РФ N 2022549 от 15.11.94.-Еюл-N 21.(Соазт.:Горячев И.А..Велиев Е.И.Деркач В.Ю. ).

13. Изменения свертывающей системы,реологических показателей крови и иммунологического статуса под действием ультразвука / Акт.пройл.клин аллерг.и иммунол.Сборник научн.работ СПбГМУ им.И.П.Павлова.- С.-Петербург,1993,- С.146-151.(Соавт.:Гордеев H.A..Самсонов С.Б..КриЕЦова Г.Б.).

14. Новый способ лечения желудочковых тахикардии (экспериментальное обоснование применения фокусированного ультразвука) /Тез.докл.11-го межд.слав.конгр.по зл.стимул.и клинич.злектро-физиол. сердца. - СПб,1995,- С.170.(Соавт.:Немков A.C..Егоров Д.Ф. Аминева Х.К. ,'Гаврилов Л.Р. .Думпис Я.Ю.).

ГРФ з.115 03.95. т.100 У.и.л.-1,0