АКУСТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ НА ПОВЕРХНОСТИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ТКАНИ

Клочков Б. Н.
Институт прикладной физики РАН, 603600 Н.Новгород
Экспериментально и теоретически исследованы линейные и нелинейные поверхностные упругие волны на биологической ткани, которая могла находиться в условиях с различным уровнем кровоснабжения, механохимических процессов, изменения слоистой структуры. Исследование и контроль механохимических процессов, развития напряжения мышечными слоями ткани осуществлялось при помощи измерения параметров "звуков мышцы" - собственных, присущих внутреннему устройству ткани, акусто-эмиссионных явлений. Использовали комплекс вибро-акустической аппаратуры фирм Брюль и Къер, Роботрон. Вибрации задавались вибростендом, а измерялись акселерометром в диапазоне частот 3-400 Гц. Акселерометрически (или микрофоном) измерялась акусто-эмиссия от мышечных слоев. Объектом исследования являлась поверхность предплечья руки человека. Показано, что увеличение уровня акустической эмиссии от мышцы руки при ее напряжении в "классическом" низкочастотном диапазоне 20-50 Гц на 10-15 дБ увеличивает скорость распространения поверхностной волны на ткани руки в 1.6-2.5 раза на частотах 120-200Гц. Кроме того, при мышечном напряжении зависимость разности фаз от частоты в двух точках поверхности ткани становится существенно более монотонной, что связано с изменением толщины слоев ткани и их механохимических параметров. Проведены расчеты ближних акустических полей на поверхности такой слоистой реагирующей ткани, соответствующие результатам измерений. Предложены алгоритмы определения структурных, вязкоупругих и активных параметров ткани при помощи поверхностных волн. Изучены характерные слоевые эффекты резонансного типа при вибровоздействии на поверхность ткани. Развиты теоретические представления о природе звуков мышцы, основанные на нелинейной механохимической модели ткани, включающей взаимодействующие и развивающие силу активные белки-осцилляторы. Сделанные оценки характерных параметров акустической эмиссии, сопровождающей квазистатическое мышечное напряжение, близки измеряемым. Исследовались нелинейные акустические эффекты при воздействии на поверхность ткани двух вибраторов с различными частотами (двухчастотное воздействие), причем ткань могла находиться в различных состояниях: напряженном и расслабленном. Измерялись уровни суммарной и разностной частоты. Показано, что в случае f1=80Гц и f2=140Гц относительный уровень f1+f2 уменьшался при напряжении (4кГ) из расслабленного состояния в 2.8 раза, а относительный уровень f2-f1, наоборот, увеличивался в 1.3 раза. Аналогичные результаты получены и на других парах частот. Для сравнения отметим, что при одночастотном воздействии на поверхность ткани наибольший уровень гармоник однозначно связан с расслабленным состоянием, при напряжении уровень гармоник существенно падает; на определенных частотах были зарегистрированы также параметрические эффекты как проявление нервно-мышечного виброрефлекса. Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект № 97-02-18612).