Влияние на ултразвука върху животински и растителни клетки

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-16 15:58

Кавитацията в околната среда е основната причина за разрушителното въздействие на ултразвука върху микроорганизмите. Ако образуването на мехурчета беше потиснато чрез увеличаване на външното налягане, тогава разрушителният ефект върху протозоите намалява. Почти моменталното разкъсване на обекти в ултразвуковото поле е причинено от въздушни мехурчета или въглероден диоксид в растителни клетки, уловени вътре в тези организми.

Това показва, че големите разлики в налягането, възникващи по време на кавитация, водят до разкъсване на клетъчните мембрани и цели малки организми. Ефектът на ултразвука върху различни видове гъби е изследван многократно. Така че ултразвукът се използва успешно във фитопатологията. Върху семена от захарно цвекло, заразени по естествен път с Phoma betae, Cercospora beticola, Alternaria sp. или Fusarium sp., беше възможно да се унищожат тези гъбички и бактерии много по-добре чрез краткотрайно облъчване с ултразвук във вода, отколкото е било възможно да се направи с ецване. Облъчването на семената с ултразвук по време на дресинг значително засилва ефекта на фунгицидно или бактерицидно вещество. Причината, очевидно, е, че звуковите вибрации увеличават скоростта на дифузия на водата и разтворените в нея вещества през мембраните на растителните клетки, което постига по-бърз ефект върху гъбичките и бактериите.

Ултразвукът има отрицателен ефект и върху отделните клетки на висшите организми. При облъчване на червените кръвни клетки (еритроцити) се наблюдава следното: губят първоначалната си форма и се разтягат; в същото време е настъпило обезцветяването им (в резултат на хемолиза). При по-нататъшно облъчване те накрая се разкъсаха и се разпаднаха на много отделни малки топчета.

Още през 1928 г. е установено, че светещите бактерии се унищожават чрез ултразвук. През следващите години бяха публикувани голям брой трудове за ефекта на ултразвуковите вълни върху бактериите и вирусите. В същото време се оказа, че резултатите могат да бъдат много разнообразни: от една страна се наблюдава повишена аглутинация, загуба на вирулентност или пълна смърт на бактериите, от друга страна, се наблюдава и обратният ефект - увеличаване на броя на жизнеспособните индивиди. Последното се среща особено често след краткотрайно облъчване и може да се обясни с факта, че при краткотрайно облъчване на първо място се получава механично отделяне на натрупвания на бактериални клетки, поради което всяка отделна клетка поражда нова колония.

Установено е, че тифозните пръчици са напълно убити от ултразвук с честота 4, 6 MHz, докато стафилококите и стрептококите са увредени само частично. Със смъртта на бактериите, тяхното разтваряне настъпва едновременно, т.е. разрушаването на морфологичните структури, така че след действието на ултразвука не само намалява броят на колониите в дадена култура, но преброяването на броя на индивидите разкрива намаляване на морфологично запазени форми на бактерии. Когато се облъчват с ултразвук с честота 960 kHz, бактериите с размер 20–75 µm се унищожават много по-бързо и по-пълно от бактериите с размер 8-12 µm [23].

В Московския централен изследователски институт по травматология и ортопедия на името на V. I. NN Приоров провежда изследване [24] за ефекта на нискочестотната ултразвукова кавитация върху жизнената активност на различни щамове стафилококи. При експерименти in vitro са получени следните резултати. Ултразвуковата обработка е извършена при температура 32°C с помощта на ултразвуков дезинтегратор от MSE (Великобритания), който има следните технически параметри: мощност 150 W, честота на вибрации 20 kHz, амплитуда 55 μm. Времето на експозиция е 1, 2, 5 "7, 10 минути. За всяка експозиция се използват отделни флакони с 5 ml микроорганична суспензия, съдържаща 2500 микробни тела в 1 ml течност. от средата веднага след ултразвукова обработка не само не отслабват, но при някои експозиции на сондиране (1-3 мин.) дори леко се засилват. са незначителни и почти не се различават от контролните. Ефектът на ултразвука върху микроорганизмите може да се прояви ^ не веднага, а след известно време, необходимо за развитие на метаболитни нарушения в клетките, поради което инокулацията на стафилококи върху твърда хранителна среда е изследвана 24, 36 и 48 часа след ултразвук Преди сеитбата върху петриевите блюда се култивират ултразвукованите щамове на стафилококи и в епруветки с бульон в термостат при 37°С. Установено е, че след 24 и 36 часа след ултразвукова обработка броят на порасналите колонии стафилококи в сравнение с контролата намалява, скоростта на засяване на стафилокока е обратно пропорционална на времето на сондиране на микроорганизмите. След 7-10 минути обработка с ултразвук, засяването или не даде никакъв растеж, или единични колонии, нетипични за стафилококи, растат върху петриевите блюда. След 48 часа инхибиторният ефект на ултразвука е по-изразен и се проявява в по-нататъшно намаляване на засяването на микроорганизми при всички експозиции.

Проучване на чувствителността на звуковите микроорганизми към действието на някои антибиотици и антисептици показа, че при 8 от 13 използвани лекарства минималната инхибиторна концентрация след ултразвуково третиране на стафилокок намалява 2-4 пъти. Това показва осъществимостта на комбинираното използване на нискочестотни ултразвукови вибрации и антибактериални разтвори за по-ефективен ефект върху микробната клетка [7, 10].

Разрушителният ефект на ултразвуковите вълни зависи от концентрацията на бактериалната суспензия. В твърде гъста и следователно много вискозна суспензия не се наблюдава унищожаване на бактерии, а може да се отбележи само нагряване. Различните щамове от един и същи бактериален вид могат да имат напълно различно отношение към ултразвуковото облъчване [11].

По този начин можем да заключим, че ефектът на ултразвука върху биоматериала като цяло и микроорганизмите в частност зависи от много фактори на околната среда и от състоянието на живата материя и в действителност е доста трудно да се предвиди.

В катедрата на SSTU бяха проведени експерименти по ултразвуково почистване на титанови вътрекостни зъбни импланти в различни работни разтвори.

Почистването на продуктите е толкова по-ефективно, колкото по-близо са те до излъчващата повърхност на излъчвателя. С отдалечаване от излъчвателя, интензитетът на ултразвуковите вибрации се променя по идеализирана крива. Най-добрият резултат е получен при интензитет от 16 W/cm2 в чешмяна и индустриална вода при 50 + 5°C с концентрация на сулфанол 0,25% с време на обработка с ултразвук 5-10 минути (фиг. 2.1). Обработените с ултразвук продукти са разположени на разстояние не повече от 10 mm от излъчващата повърхност.

Така, според експериментите, увеличаването на интензитета от 0,4 до 16 W / cm2 дава подобрение в качеството на почистване (фиг. 2.2), но 100% стерилизация на продуктите не се постига в никакъв режим.