Фізичні основи застосування ультразвукового методу дослідження у біофізиці та медицині

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Уманський державний педагогічний університет імені Павла Тичини

Кафедра фізики та інтегративних технологій навчання природничих наук

Фізичні основи застосування ультразвукового методу дослідження у біофізиці та медицині

І. Ткаченко, д.п.н., професор

Ю. Краснобокий, к. ф.-м. н., доцент

К. Ільніцька, к.п.н., ст. викладач

м. Умань, Україна

Анотація

У статті обґрунтовується можливості впровадження аналітико-синтетичного підходу до пояснення фізичних процесів, які відбуваються в живій та неживій природі під час виникнення та поширення звукових явищ. Доведено, що ультразвук може поширюватися в середовищах за допомогою чергування зон стиснення і розрідження молекул речовини, які здійснюють коливальні рухи. Звукові хвилі, в тому числі й ультразвукові, характеризуються періодом коливання - часом, протягом якого молекула (частка) здійснює одне повне коливання; частотою - числом коливань за одиницю часу; довжиною - відстанню між точками, що коливаються в одній фазі і швидкістю поширення, яка залежить головним чином від пружності і щільності середовища.

З точки зору синергетичних уявлень у природі основним наслідком дії інфразвуку на живий організм є порушення органів балансу, а саме - вестибулярного апарату. Для дослідження впливу інфразвуку на людину або тварину використовують спеціальні генератори та гучномовці. Можливим механізмом впливу інфразвуку на живі організми слід вважати зміщення перилімфи - рідини, що заповнює внутрішнє вухо, за рахунок періодичних змін тиску, які передаються цій рідині через овальне віконце.

У статті аналізуються також ультразвукові апарати, які визначають відстань до відбиваючих структур, вимірюючи час, протягом якого ультразвукова хвиля проходить до певних структур і повертається до перетворювача, що знайшло своє відображення у вигляді тривимірної (ультразвукової реконструкції) та чотиривимірної (спостереження тривимірного зображення у режимі реального часу) методики.

Ключові слова: ультразвук, інфразвук, ультразвуковий метод дослідження, біоакустика, механізм утворення звуків, частотний діапазон.

Abstract

I. Tkachenko, Dr Ped. Sci., Professor; Yu. Krasnobokyi, C. Ph.-Math. Sci., Ass. Professor; K. Ilnitska, C. Ped. Sci., Senior Lecturer of the Department of Physics and Integrative Technologies of Natural Sciences, Pavlo Tychyna Uman State Pedagogical University, Uman, Ukraine

The article substantiates the possibility of implementing an analytical-synthetic approach to the explanation of physical processes that occur in living and non-living nature during the occurrence and spread of sound phenomena. It has been proven that ultrasound can propagate in media by means of alternating zones of compression and rarefaction of molecules of matter that carry out oscillating movements. Sound waves, including ultrasonic ones, are characterized by a period of oscillation - the time during which a molecule (particle) makes one complete oscillation; frequency - the number of oscillations per unit of time; length - the distance between points oscillating in the same phase and the speed of propagation, which depends mainly on the elasticity and density of the medium.

From the point of view of synergistic ideas in nature, the main consequence of the action of infrasound on a living organism is a violation of the balance organs, namely - the vestibular apparatus. To study the impact of infrasound on a person or animal, special generators and loudspeakers are used. A possible mechanism of the influence of infrasound on living organisms should be considered to be the displacement of perilymph - the liquid that fills the inner ear due to periodic pressure changes that are transmitted to this liquid through the oval window.

The article also analyzes ultrasonic devices that determine the distance to reflective structures by measuring the time during which an ultrasonic wave travels to certain structures and returns to the transducer, which is manifested in the form of three-dimensional (ultrasound reconstruction) and four-dimensional (observation of a three-dimensional image in real time) methods.

Keywords: ultrasound, infrasound, ultrasound research method, bioacoustics, mechanism of sound formation, frequency range.

Постановка проблеми

Ультразвуковий метод дослідження - це спосіб отримання зображення на основі реєстрації та комп'ютерного аналізу відбитих від біологічних структур ультразвукових хвиль, тобто на основі ефекту відлуння. Метод нерідко називають ехографією. Сучасні апарати для ультразвукового дослідження (УЗД) є універсальними цифровими системами з високою роздільною здатністю та з можливістю сканування в усіх режимах.

УЗД наразі стало одним з поширених методів, які найбільш часто використовуються в клінічній практиці. У розпізнаванні захворювань багатьох органів УЗД може розглядатися як переважаючий (кращий), перший і основний метод діагностики. У діагностично складних випадках дані УЗД дозволяють намітити план подальшого обстеження хворих з використанням найбільш ефективних променевих методів.

Перші спроби використання ультразвукового методу для діагностичних цілей у медицині стосуються кінця 30-х p.p. XX століття. Широке застосування УЗД в клінічній практиці почалося з1960-х р.р.

Об'єкт дослідження: ультразвуковий метод дослідження.

Предмет дослідження: фізичні основи використання ультразвукових технологій візуалізації діагностичного зображення з метою подальшого застосування у біофізиці та медицині.

Мета статті є вивчення можливостей впровадження аналітико- синтетичного підходу щодо вивчення ролі звуку як засобу передачі інформації в світі живої та неживої природи.

Завдання дослідження:

- вивчення всіляких існуючих у природі способів звукового зв'язку між живими істотами;

- з'ясування механізмів утворення та сприйняття звуків, а також принципи кодування і декодування переданої інформації в живих біоакустичних системах.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Детальному дослідженню можливостей безпосереднього використання аналітичного підходу до пояснення фізичних процесів, які відбуваються у живій природі, а також біологічних системах, зокрема вивчення механізмів утворення звуків людиною та тваринами, звукову сигналізацію та спілкування тварин (біокомунікацію) в природі, їх орієнтацію у просторі присвячені праці відомих дослідників Костюка П.Г., Посудіна Ю.І., Чалого О.В. та інших [1; 3; 4; 5; 7].

Вивчаючи ультразвукові коливання, які генеруються низькочастотним промисловим устаткуванням, було доведено їх вплив на організм живої істоти. Тривалий систематичний вплив ультразвуку, що поширюється повітряним шляхом, викликає зміни нервової, серцево-судинної й ендокринної систем, слухового і вестибулярного аналізаторів. Найбільш характерним є наявність вегето-судинної дистонії й астенічного синдрому. Ступінь виразності змін залежить від інтенсивності і тривалості впливу ультразвуку і підсилюється за наявності в спектрі високочастотного шуму, за цього відбувається часткове зниження слуху. У випадку продовження контакту з ультразвуком зазначені розлади набувають більш стійкого характеру.

Дослідження біологічної дії інфразвуку на організм показали, що при рівні від 110 до 150 дБ і більше він може викликати в людей неприємні суб'єктивні відчуття і численні реактивні зміни, до числа яких варто віднести зміни в центральній нервовій, серцево-судинній і дихальній системах, вестибулярному аналізаторі. Незаперечним фактом є те, що інфразвук викликає зниження слуху переважно на низьких і середніх частотах.

Виклад основного матеріалу

Ультразвук поширюється в середовищах у вигляді чергування зон стиснення і розрідження молекул речовини, які здійснюють коливальні рухи. Звукові хвилі, в тому числі й ультразвукові, характеризуються періодом коливання - часом, протягом якого молекула (частка) здійснює одне повне коливання; частотою - числом коливань за одиницю часу; довжиною - відстанню між точками, що коливаються в одній фазі і швидкістю поширення, яка залежить головним чином від пружності і щільності середовища. Довжина хвилі обернено пропорційна її частоті і лежить у межах 1,5^0,1 мм. Чим менша довжина хвилі, тим вища роздільна здатність ультразвукового апарату. У системах медичної ультразвукової діагностики зазвичай використовують частоти від 2 до 10 МГц. Роздільна здатність сучасних ультразвукових апаратів досягає 1-3 мм.

Будь-яке середовище, зокрема й різні тканини організму, перешкоджає поширенню ультразвуку, тобто має різний акустичний опір, величина якого залежить від їх щільності і швидкості ультразвуку. Чим вищі ці параметри, тим більший акустичний опір. Така загальна характеристика будь-якого еластичного середовища позначається терміном - «імпеданс».

Досягнувши межі двох середовищ з різним акустичним опором, пучок ультразвукових хвиль зазнає суттєвих змін: одна його частина продовжує поширюватися в новому середовищі, в тій чи іншій мірі поглинаючись нею, інша - відбивається. Коефіцієнт відбивання залежить від різниці величини акустичного опору тканин, що межують одна з одною: чим ця різниця більша, тим більше відбивання і, природно, більша амплітуда зареєстрованого сигналу, а отже, тим світліше і яскравіше він буде виглядати на екрані апарату. Повним відбивачем є межа між тканинами і повітрям.

Принцип ультразвукового методу візуалізації діагностичного зображення полягає в можливості отримання фокусованого променя ультразвукових механічних коливань частотою 1-20 МГц, уведення його в досліджувану речовину через акустичне вікно та реєстрацію хвиль, відбитих від межі різних середовищ. Пучок ультразвукових коливань вводять у досліджувану частину тіла через шкіру за допомогою ультразвукового генератора-п'єзоперетворювача. Поширення ультразвуку залежить від форми п'єзоперетворювача, властивостей ультразвукового променя та середовища, через яке він проходить, і формується за законами його відбиття та заломлення на межі різних середовищ, а також за законами дифракції та розсіювання.

Існує одновимірна методика УЗД: - метод (А - амплітуда) дозволяє на екрані осцилографа реєструвати ультразвукові імпульси, що мають вигляд вертикальних підйомів на прямій лінії, відбитих від межі різних середовищ та тканин. Застосовують два варіанти двовимірної ехографії: В (яскравість) та М (рух). У разі використання В варіанту відбиті імпульси реєструються на екрані у вигляді світлових цяток, яскравість яких прямо пропорційна інтенсивності відбиття ультразвуку. M-варіант дозволяє отримати в часі інформацію про рухомі структури.

Ультразвукові апарати визначають відстань до відбиваючих структур, вимірюючи час, протягом якого ультразвукова хвиля проходить до певних структур і повертається до перетворювача. Існують також тривимірна (ультразвукова реконструкція) та чотиривимірна (спостереження тривимірного зображення у режимі реального часу) методики. Довжина хвилі становить 1,5-0,1 мм [2]. Чітке зображення виникає лише у тому випадку, коли розміри об'єкта перевищують довжину хвилі. При збільшенні частоти УЗ-коливань збільшується роздільна здатність методу дослідження, але зменшується проникна здатність УЗ-коливань у тканини.

Вони є основним засобом зв'язку, пеленгації і локації під водою. Пояснюється це тим, що поглинання ультразвуку у воді дуже незначне (повітря значно більшою мірою поглинає ультразвук, ніж вода).

Звук сприймається людиною завдяки наявності в її організмі слухової системи, яка слугує органом слуху і рівноваги. Це аналізатор зовнішнього середовища, що виконує дві важливі функції - сприймання звукових коливань, підтримання рівноваги і регулювання положення та рухів тіла в просторі. Слухова система включає в себе: вухо і провідний шлях статокінетичного аналізатора .

Рецептори органа слуху і рівноваги містяться в товщі кам'янистої частини скроневої кістки. Відповідно до виконуваної функції в органі слуху і рівноваги розрізняють (див. рис. 1):

- зовнішнє вухо,

- середнє вухо,

- внутрішнє вухо.

Рис. 1. Анатомія слухової системи людини

Зрощена з барабанною перетинкою ручка молоточка змішує систему слухових кісточок, що призводить до коливань основи стремінця у вікні присінка. Основа стремінця тисне на перилімфу присінка, її коливання поширюються на перилімфу присінкових ходів і через отвір завитки передаються перилімфі барабанних ходів, закритих в основі завитки вторинною барабанною перетинкою. Коливання її перилімфи передаються барабанній стінці завиткової протоки, на якій розміщений спіральний орган, й ендолімфі завиткової протоки. Їхні коливання спричинюють зміщення покривної перетинки спірального органа, що призводить до розтягнення та згинання з'єднаних з покривною перетинкою волосків волоскових сенсорних клітин, які трансформують механічний рух у нервовий імпульс (див. рис. 2).

Рис. 2. Вестибулярний апарат

Провідний шлях статокінетичного аналізатора відіграє велику роль в орієнтації тіла в просторі, сприймає земне тяжіння й положення голови в стані спокою та руху. Рецепторами цього аналізатора є волоскові сенсорні епітеліоцити плям мішечка, маточки й ампульних гребенів перетинчастих ампул півколових проток.

Сприймання зміни швидкості та напряму переміщення тіла у просторі відбувається за допомогою вестибулорецепторів - волоскових клітин перетинчастого лабіринту внутрішнього вуха. Цей тип рецепції реалізується за допомогою вестибулярного апарату, який складається з переддвер'я і трьох напівкруглих каналів, розташованих у взаємно-перпендикулярних площинах.

У порожнині переддвер'я знаходяться рецепторні клітини з волосками, що занурені в желеподібну масу, яка містить кристали карбонату кальцію - так звані отоліти. Якщо голова тварини нахиляється, напівкруглі канали набувають прискорення, тоді як ендолімфа намагається залишитися на місці через силу інерції. Внаслідок цього отоліти змішуються і згинають волоски, що призводить до збудження нервових клітин, які пов'язані з рецепторними клітинами, і передачі інформації до мозку про положення голови або тіла у просторі.

Система, яка перетворює енергію зовнішнього акустичного подразнення у послідовність нервових імпульсів, називається слуховим аналізатором. Слуховий аналізатор ссавців (людини і високорозвинених тварин) складається із зовнішнього, середнього і внутрішнього вуха, пов'язаних з центральною слуховою нервовою системою. Зовнішнє вухо складається із вушної раковини (звуковловлювача) і слухового проходу. Вушна раковина є рупором, який направляє звукові коливання в слуховий прохід. У багатьох тварин (коней, кіз тощо) вушні раковини рухливі; за рахунок скорочення м'язів тварина обертає вушні раковини відносно поздовжньої осі, може нахиляти їх уперед, назад, убік з тим, щоб направити раковини у бік розташування джерел звуку і забезпечити краще сприймання звуків. Функції зовнішнього вуха полягають в оптимізації та підсиленні найважливіших звукових частот, що доцільно з точки зору комунікації живих істот між собою та їх виживання. У просторі, створеному слуховим проходом і середнім вухом, формується стояча хвиля. За рівності довжини цього простору, чверті довжини хвилі звуку має місце резонанс - відносно великий селективний (вибірковий) відгук коливальної системи на періодичний вплив з частотою, близькою до частоти її власних коливань. Під час резонансу відбувається різке зростання амплітуди вимушених коливань системи. Максимальна чутливість слухового аналізатора проявляється саме до резонансних частот.

Процеси утворення звуків людиною та тваринами, звукову сигналізацію та спілкування тварин (біокомунікацію) в природі, їх орієнтацію у просторі за допомогою ехолокаторів найбільш повно вивчається біоакустикою.

Область біоакустики охоплює: вивчення ролі звуку як засобу передачі інформації в світі живих істот, вивчення всіляких існуючих у природі способів звукового зв'язку між живими істотами, механізми утворення та сприйняття звуків, а також принципи кодування і декодування переданої інформації в живих біоакустичних системах.

Біоакустика оперує результатами досліджень зоологів, інженерів-акустиків, фізіологів, психологів, лінгвістів, математиків, інженерів-конструкторів, біоніків і низку інших фахівців.

Складність звукового спілкування тварин. Можна спостерігати перехід від «механічного» голосу, який створюється за рахунок тертя різних частин тіла, до використання в дихальних шляхах («справжній» голос) повітряного струменя. «Механічний» голос спостерігається у таких тварин, як павуки, багатоніжки, раки і краби, комахи (вібрація крил у жуків, коливні мембрани у цикади та ін.). Звуки спостерігаються у величезної кількості риб (у 42-х сімейств); вони вловлюють звук за допомогою плавального міхура, луски, щелеп тощо. ультразвуковий діагностичний живий біоакустичний медицина

Перший і найпростіший метод вивчення мови тварин - спостереження.

Біоакустика колекціонує голоси тварин - це має велике наукове значення, оскільки багато видів птахів або комах, які майже не помітні зовні, добре відрізняються за голосами, що дозволяє виділити їх в окремі види. Фонотеки також слугують джерелом матеріалу для застосовуваних на практиці біоакустичних методів (залучення або відлякування тварин).

Один із сучасних методів біоакустики полягає у визначенні сигнального значення голосових звуків. Здійснюється це за допомогою запису і відтворення тих чи інших звуків зі спостереженням за реакцією тварин. Тому звукозаписне обладнання є одним з основних інструментів біоакустики.

Корисну інформацію про тварин можуть нести сила, висота голосу, тривалість звуків, їх тембр. Дослідниками аналіз звуку проводиться за допомогою електронного осцилографа і сонографів.

Досягнення біоакустики застосовуються як для принаджування тварин (наприклад, риби для лову або шкідливих комах для знищення), так і для відлякування (наприклад, птахів від аеродромів і полів або ведмедів від селищ).

Принаджування риби на акустичну вудку, яка поширює у воді принадні звуки, дозволяє мати великі улови. У промисловому лові використовуються і відлякуючі звуки - для утримання спійманої риби в кошельковому неводі, поки він ще знаходиться у воді. Тут підбираються звуки риб, які полюють на конкретну промислову рибу. Один з таких способів (імітатор звуків, які генерують при харчуванні дельфіни-білобочки).

Механізм утворення звуків тваринами

Ссавці. Первинним джерелом звукових коливань у високорозвинених тварин є гортань (larynx) і пов'язані з нею голосові зв'язки, еластичні м'язові волокна яких можуть вібрувати. Звукові хвилі утворюються за рахунок дії коливальних структур, які у тварин характеризуються певними розмірами і частотним діапазоном м'язових скорочень. Більшість м'язів тварин, незважаючи на їх різноманіття, не здатні коливатися з частотою, що перевищує 10³ Гц (див. табл. 1). У ссавців звуки утворюються верхньою гортанню, що являє собою хрящову трубку. Повітря, яке проходить через цю трубку, примушує коливатися голосові зв'язки, розташовані у верхній частині гортані. Залежно від анатомічних особливостей голосового апарату тварини здійснюються коливання різної інтенсивності, частоти, тембру, часових інтервалів. Від цих характеристик залежать звуки, що утворюються свійськими тваринами: іржання, мукання, рохкання, мекання.

У процесі утворення звуків повітря виходить із легень і приводить у рух голосові зв'язки, в результаті чого виникають пружні коливання повітряного середовища. Голосові зв'язки містять еластичні й м'язові волокна, котрі можуть звужуватися і вібрувати. Висота звуку, що формується голосовим апаратом, залежить від напруженості голосових зв'язок, їхньої форми, довжини ділянки, де відбувається коливання; інтенсивність звуку визначається частотою та тривалістю коливань зв'язок, що залежать від тиску повітря, яке виходить; тембр голосу забезпечується порожнинами, що знаходяться над голосовою щілиною і під нею, зокрема, порожнинами глотки, рота, носа, грудної порожнини, дихальним горлом.

Таблиця 1

Частотний діапазон звуків та максимальна акустична чутливість до них живих організмів

За допомогою голосу і його відтінків, які визначаються висотою, інтенсивністю, тембром та інтервалами часу, тварини, птахи і комахи спілкуються з подібними до себе, подаючи сигнал про навколишню ситуацію, небезпеку, наявність корму тощо.

Ультразвукова комунікація тварин

Тварини утворюють та використовують ультразвукові коливання з метою ехолокації - випромінювання ультразвукових хвиль у простір та сприймання відбитого сигналу для отримання інформації щодо розташування, розмірів та руху об'єктів або для навігації. Крім того, комахи використовують ультразвук для соціальної комунікації.

Кажани використовують ультразвукові сигнали для знаходження жертв, фруктів та дерев або для орієнтації у просторі. Деякі з них видають короткочасні клацання, тоді як інші - генерують частотно-модульовані або з постійною частотою імпульси. Частотний діапазон ультразвукових сигналів, що утворюються кажанами, становить 14000-100000 Гц. Частота імпульсів може варіювати від 4-10 до 150-200 імпульсів за секунду.

Собаки. Частотний діапазон сприйнятливості ультразвукових коливань собаками становить 18-22 кГц. Цю здатність використовують власники собак для подавання команд спеціальними ультразвуковими свистками.

Кішки. Верхня границя сприйнятливості ультразвукових коливань кішками дорівнює 50 кГц, що дає можливість відчувати високочастотні крики жертв та полювати на них.

Китові. Такі як зубаті кити, дельфіни, ластоногі використовують ультразвукові коливання для знаходження підводних об'єктів та комунікації. Частотний діапазон дельфінів становить 0,25-150 кГц; низькочастотні (0,25-50 кГц) сигнали використовуються для спілкування, тоді як високочастотні (50-150 кГц) - для ехолокації. Кожний дельфін має свою власну гаму ультразвукових свистків, які являють собою ультразвукові імпульси тривалістю 50-128 мкс. Ці сигнали відбиваються від конфокальної за формою кістки у черепі, після чого фокусуються спеціальним органом ліпідної природи, який виконує функції лінзи.

Ультразвукові коливання, що генеруються дельфіном, поширюються у водному середовищі зі швидкістю 1500 м/с, відбиваються від підводного об'єкта та потрапляють у заповнені жиром порожнини в кістках нижньої шелепи, звідки передаються до слухового апарату дельфіна. Завдяки цьому дельфін здатний визначати напрямок до жертви, її місцезнаходження, розміри, форму та швидкість руху.

Риби. Деякі види риб здатні детектувати ультразвукові сигнали частотою до 180 кГц; інші - до 4 кГц.

Комахи. Природа нагородила метеликів здатністю детектувати ультразвукові сигнали частотою до 80 кГц, що випромінюються кажанами, з тим, щоб запобігти атаки хижака. Крім того, метелики самі виробляють ультразвукові коливання крилами для спарювання. Мурашки, представники роду Ectatomma, застосовують ультразвукові сигнали з частотою до 75 кГц, що генеруються завдяки руху окремих частин тіла, для комунікації.

Інфразвук є пружною хвилею з частотою меншою за частоти, що сприймаються слуховим апаратом людини. Діапазон інфразвукових коливань становить від 16-25 Гц до 0,01 Гц. Інфразвукові хвилі характеризуються високою інтенсивністю, здатністю поширюватися вздовж земної поверхні на великі відстані без втрат.

У природі джерелами інфразвуку є рослини і дерева, що коливаються, мікросейсмічні коливання земної поверхні, землетруси, урагани, вулканічні виверження, шторми, грозові розряди, цунамі, водоспади, відриви льодовиків та айсбергів, припливи та відливи. В індустріалізованому суспільстві до джерел інфразвуку належать автомобільні, корабельні, авіаційні та ракетні двигуни, сільськогосподарські механізми [6]. Биття серця, коливання легень, робота кишечника, вібрації голосових зв'язок - усе це супроводжується генерацією інфразвуку. Інфразвукові коливання з рівнем інтенсивності < 120 дБ вважаються помірними, більше - інтенсивними.

Живі організми та інфразвук

Люди чутливі до інфразвуку проявами жаху, збудження, неспокою, засмучення, нудоти, дисбалансу та просторової дезорієнтації.

Основним наслідком дії інфразвуку на живий організм є порушення органів балансу, а саме - вестибулярного апарату. Для дослідження впливу інфразвуку на людину або тварину використовували спеціальні генератори та гучномовці, які працювали в діапазоні 1-200 Гц з рівнем інтенсивності до 146 дБ [7].

Оцінку впливу інфразвуку здійснювали шляхом реєстрації характеру і ступеня обертання очних яблук пацієнта, які рухалися у протилежних напрямках з частотою 0,7-1,5 с^-1. Цей періодичний рух під назвою ністагм свідчить про порушення вестибулярного апарату. Реакція організму залежить від інтенсивності інфразвукового стимулу і тривалості дії його на організм, а також від частоти інфразвукових коливань.

Так, азіатські слони утворюють інфразвукові сигнали в діапазоні 14-24 Гц інтенсивністю 70-100 дБ тоді як африканські слони утворюють інфразвукові сигнали в діапазоні 14-35 Гц інтенсивністю до 90 дБ. Ці сигнали дозволяють слонам спілкуватися на відстані до кількох кілометрів, запобігати зустрічі з браконьєрами та попереджати інших слонів щодо небезпечних ситуацій, знаходити джерела води, шукати статевих партнерів, збиратися разом в умовах поганої видимості.

Інфразвук утворюється завдяки руху повітря через носовий прохід. Великі вуха слонів якнайкраще пристосовані для сприймання інфразвуку. Низькі інфразвукові частоти відповідають великим довжинам хвиль, які відбиваються лише від великих за розмірами об'єктів, що дає можливість слонам спілкуватися у лісі, чагарниках тощо.

Жираф має здатність генерувати інфразвукові коливання від 15 Гц (60 дБ) до 250-275 Гц (30 дБ) з домінантними частотами в області 20-40 Гц.

Кити використовують інфразвук під час пошуків статевих партнерів та спаровування, оскільки інфразвукові коливання поширюються у водному середовищі на велику відстань (до 4800 км). Крім того, кити здатні паралізувати інфразвуком кальмарів та риб при полюванні.

Тигри використовують інфразвукові сигнали частотою 18-20 Гц для спілкування у лісі та чагарниках. Інфразвукова компонента голосного реву тигрів дає можливість лякати та паралізувати жертв.

Хамелеон характеризується здатністю також генерувати та детектувати інфразвукові хвилі.

Вважається, що птахи, які мігрують, застосовують природні інфразвукові коливання (наприклад, від турбулентних потоків повітря у гірських районах) для навігації.

Існує унікальна інформація, відповідно до якої тварини запобігають впливу цунамі та покидають небезпечні зони завдяки їхній здатності реєструвати інфразвукові коливання, що супроводжують поширення океанських хвиль та реагувати на них.

Висновки

Зазначимо, що поглинання ультразвуку в основному залежить від частоти УЗ-хвилі, акустичних властивостей середовища та кута розходження. Відбиті хвилі сприймаються цим же перетворювачем, обробляються електронним пристроєм і трансформуються в одновимірне чи двовимірне зображення (ехограму чи ультразвукову сканограму). За даними ехограми можна визначити топографію, форму, величину і структуру досліджуваного органа, що дає змогу виявити дифузне ущільнення паренхіми органа, ехощільні осередки у ньому, а також порожнини з рідиною чи повітрям.

Можливим механізмом впливу інфразвуку на живі організми слід вважати зміщення перилімфи - рідини, що заповнює внутрішнє вухо, за рахунок періодичних змін тиску, які передаються цій рідині через овальне віконце. В свою чергу, зміщення перилімфи призводять до деформації волоскових клітин вуха.

Психологічний вплив інфразвуку пов'язаний з такими ефектами як нудота, сонливість, летаргія, почуття жаху або боязні. Інфразвук значної інтенсивності спроможний викликати зміни слухової чутливості, пошкодження барабанної перетинки, болісні відчуття, ускладнення мовлення і модуляції голосу, порушення респіраторної активності, зміни ритмів мозку. Кити, слони, бегемоти, носороги, жирафи, алігатори, тигри використовують інфразвук для спілкування між собою на відстані та навігації.

Література

1. Біофізика / П.Г. Костюк та ін. Київ: Видавничо-поліграфічний центр “Київський університет”, 2008. 567 с.

2. Дущенко В.П., Кучерук І.М. Загальна фізика. Фізичні основи механіки. Молекулярна фізика і термодинаміка. Київ: «Вища школа», 1987. 431 с.

3. Краснобокий Ю.М., Підгорний О.В., Ткаченко І.А. Основи фізики з елементами біофізики. Бровари: АНФГРУП, 2020. 356 с.

4. Медична і біологічна фізика: підручник для студ. вищ. мед. закл. III-IV рівнів акредитації / О.В. Чалий та ін.; ред. О.В. Чалий. 2-ге вид., перероб. і доп. Київ: Книга плюс, 2005. 760 с.

5. Посудін Ю.І. Біофізика. Київ: Видавництво Ліра-К, 2017. 472 с.

6. Ткаченко І.А., Краснобокий Ю.М. Про можливі наслідки змін деяких параметрів нашої планети. «Світ наукових досліджень. Випуск 12»: матеріали Міжнародної мультидисциплінарної наукової інтернет-конференції, м. Тернопіль, Україна - м. Переворськ, Польща, 29-30 вересня 2022 р. / ГО «Наукова спільнота»; WSSG w Przeworsku. Тернопіль: ФОП Шпак В.Б., 2022. С. 214-217.

7. Webster E. Cavitation. Ultrasonics. 1963. Volume 1, issue 1 (January-March). P. 39-48.

References

1. Kostiuk, P.H., Zyma, V.L., Mahura, I.S., Miroshnychenko, M.S., & Shuba, M.F. (2008). Biofizyka [Biophysics]. Kyiv: Vydavnycho-polihrafichnyi tsentr “Kyivskyi universytet” [in Ukrainian].

2. Dushchenko, V.P., & Kucheruk, I.M. (1987). Zahalna fizyka. Fizychni osnovy mekhaniky. Molekuliarna fizyka i termodynamika [General Physics. Physical foundations of mechanics. Molecular physics and thermodynamics]. Kyiv: «Vyshcha shkola» [in Ukrainian].

3. Krasnobokyi, Yu.M., Pidhornyi, O.V., & Tkachenko, I.A. (2020). Osnovy fizyky z elementamy biofizyky [Fundamentals of physics with elements of biophysics]. Brovary: ANFHRUP [in Ukrainian].

4. Chalyi, O.V., Tsekhmister, Ya.V., Ahapov, B.T., Melenevska, A.V., & Murashko, M.I. (2005). Medychna i biolohichna fizyka: pidruchnyk dlia studentiv vyshchykh medychnykh zakladiv III-IV rivniv akredytatsii [Medical and biological physics: textbookfor students of higher medical institutions of III-IV accreditation levels] (2nd ed., rev.). Kyiv: Knyha plius [in Ukrainian].

5. Posudin, Yu.I. (2017). Biofizyka [Biophysics]. Kyiv: Vydavnytstvo Lira-K [in Ukrainian].

6. Tkachenko, I.A., & Krasnobokyi, Yu.M. (2022). Pro mozhlyvi naslidky zmin deiakykh parametriv nashoi planety [About the possible consequences of changes in some parameters of our planet]. «Svit naukovykh doslidzhen. Vypusk 12» - «The world of scientific research. Issue 12»: Proceedings of the International Multidisciplinary Scientific Internet Conference, (pp. 214-217). Ternopil: FOP Shpak V.B. [in Ukrainian].

7. Webster, E. (1963). Cavitation. Ultrasonics, 1 (1), 39-48.

Размещено на Allbest.Ru