Vplyv ultrazvuku na živočíšne a rastlinné bunky

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-16 16:15

Kavitácia v prostredí je hlavným dôvodom deštruktívneho účinku ultrazvuku na mikroorganizmy. Ak bola tvorba bublín potlačená zvýšením vonkajšieho tlaku, potom sa deštruktívny účinok na prvoky znížil. Takmer okamžité prasknutie predmetov v ultrazvukovom poli spôsobili vzduchové bubliny alebo oxid uhličitý v rastlinných bunkách zachytených vo vnútri týchto organizmov.

To ukazuje, že veľké tlakové rozdiely vznikajúce pri kavitácii vedú k prasknutiu bunkových membrán a celých malých organizmov. Vplyv ultrazvuku na rôzne druhy húb bol študovaný mnohokrát. Ultrazvuk sa teda úspešne používa vo fytopatológii. Na semenách cukrovej repy infikovaných prirodzene Phoma betae, Cercospora beticola, Alternaria sp. alebo Fusarium sp., bolo možné tieto huby a baktérie zničiť oveľa lepšie krátkodobým ožiarením ultrazvukom vo vode, ako to bolo možné urobiť leptaním. Ožarovanie semien ultrazvukom počas morenia výrazne zvyšuje účinok fungicídnej alebo baktericídnej látky. Dôvodom je zrejme to, že zvukové vibrácie zvyšujú rýchlosť difúzie vody a látok v nej rozpustených cez membrány rastlinných buniek, čím sa dosahuje rýchlejší účinok na huby a baktérie.

Ultrazvuk má negatívny vplyv aj na jednotlivé bunky vyšších organizmov. Pri ožarovaní červených krviniek (erytrocytov) sa pozorovalo nasledovné: stratili svoj pôvodný tvar a natiahli sa; zároveň došlo k ich zmene farby (následkom hemolýzy). Pri ďalšom ožiarení nakoniec praskli a rozpadli sa na mnoho samostatných malých guľôčok.

Už v roku 1928 sa zistilo, že svetelné baktérie sa ničia ultrazvukom. V nasledujúcich rokoch bolo publikované veľké množstvo prác o vplyve ultrazvukových vĺn na baktérie a vírusy. Zároveň sa ukázalo, že výsledky môžu byť veľmi rôznorodé: na jednej strane bola pozorovaná zvýšená aglutinácia, strata virulencie alebo úplná smrť baktérií, na druhej strane bol zaznamenaný aj opačný efekt - zvýšenie počet životaschopných jedincov. K poslednému uvedenému dochádza obzvlášť často po krátkodobom ožiarení a možno ho vysvetliť tým, že pri krátkodobom ožiarení dochádza predovšetkým k mechanickému oddeľovaniu nahromadených bakteriálnych buniek, vďaka čomu každá jednotlivá bunka dáva vznik novej kolónii.

Zistilo sa, že týfusové tyčinky sú úplne zabité ultrazvukom s frekvenciou 4, 6 MHz, zatiaľ čo stafylokoky a streptokoky sú poškodené len čiastočne. So zánikom baktérií súčasne dochádza k ich rozpúšťaniu, teda k deštrukcii morfologických štruktúr, takže po pôsobení ultrazvuku sa nielen zníži počet kolónií v danej kultúre, ale spočítaním jedincov sa zistí pokles morfologicky zachované formy baktérií. Pri ožiarení ultrazvukom s frekvenciou 960 kHz sa baktérie s veľkosťou 20–75 µm ničia oveľa rýchlejšie a úplnejšie ako baktérie s veľkosťou 8–12 µm [23].

V Moskovskom ústrednom výskumnom ústave traumatológie a ortopédie pomenovanom po V. I. NN Priorov uskutočnil výskum [24] o vplyve nízkofrekvenčnej ultrazvukovej kavitácie na vitálnu aktivitu rôznych kmeňov stafylokokov. V experimentoch in vitro sa získali nasledujúce výsledky. Ultrazvuková úprava prebiehala pri teplote 32°C pomocou ultrazvukového dezintegrátora od MSE (Veľká Británia), ktorý má tieto technické parametre: výkon 150 W, frekvencia vibrácií 20 kHz, amplitúda 55 μm. Expozičný čas bol 1, 2, 5 "7, 10 minút. Pre každú expozíciu boli použité samostatné fľaštičky s 5 ml suspenzie mikroorganizmov s obsahom 2500 mikrobiálnych teliesok v 1 ml tekutiny. média bezprostredne po ošetrení ultrazvukom nielenže ne slabnúť, ale pri niektorých expozíciách ozvučenia (1-3 min.) sa dokonca mierne zintenzívňuje.boli nevýznamné a takmer sa nelíšili od kontroly. Vplyv ultrazvuku na mikroorganizmy sa môže prejaviť ^ nie okamžite, ale po chvíli, nevyhnutný pre tzv. vývoj metabolických porúch v bunkách, preto sa študovala inokulácia stafylokokov na pevných živných médiách 24, 36 a 48 hodín po ultrazvuku Pred výsevom na Petriho misky sa kultivovali sonikované kmene stafylokokov a v skúmavkách s vývarom v termostate pri 37°C. Zistilo sa, že po 24 a 36 hodinách po ošetrení ultrazvukom počet vyrastených kolónií stafylokokov v porovnaní s kontrolou klesá, miera výsevu stafylokoka je nepriamo úmerná dobe sondovania mikroorganizmov. Po 7-10 minútach sonikácie očkovanie buď neviedlo k žiadnemu rastu, alebo na Petriho miskách rástli jednotlivé kolónie netypické pre stafylokoky. Po 48 hodinách bol inhibičný účinok ultrazvuku výraznejší a prejavil sa ďalším poklesom výsevu mikroorganizmov pri všetkých expozíciách.

Štúdia citlivosti ozvučených mikroorganizmov na pôsobenie niektorých antibiotík a antiseptík ukázala, že v 8 z 13 použitých liekov sa minimálna inhibičná koncentrácia po liečbe stafylokokom ultrazvukom znížila 2-4 krát. To naznačuje realizovateľnosť kombinovaného použitia nízkofrekvenčných ultrazvukových vibrácií a antibakteriálnych riešení pre efektívnejšie pôsobenie na mikrobiálnu bunku [7, 10].

Deštruktívny účinok ultrazvukových vĺn závisí od koncentrácie bakteriálnej suspenzie. V príliš hustej, a preto veľmi viskóznej suspenzii, nie je pozorovaná žiadna deštrukcia baktérií, ale je možné zaznamenať iba zahrievanie. Rôzne kmene toho istého bakteriálneho druhu môžu mať úplne odlišný postoj k ultrazvukovému žiareniu [11].

Môžeme teda konštatovať, že vplyv ultrazvuku na biomateriál vo všeobecnosti a najmä na mikroorganizmy závisí od mnohých environmentálnych faktorov a od stavu živej hmoty av skutočnosti je dosť ťažké predpovedať.

Na oddelení SSTU sa uskutočnili experimenty ultrazvukového čistenia titánových vnútrokostných zubných implantátov v rôznych pracovných roztokoch.

Čistenie produktov je tým efektívnejšie, čím sú bližšie k vyžarovacej ploche žiariča. So vzdialenosťou od žiariča sa intenzita ultrazvukových vibrácií mení pozdĺž idealizovanej krivky. Najlepší výsledok bol dosiahnutý pri intenzite 16 W / cm2 vo vodovodnej a priemyselnej vode pri 50 + 5 ° C s koncentráciou sulfanolu 0,25 % s dobou sonikácie 5-10 minút (obr. 2.1). Sonikované produkty boli umiestnené vo vzdialenosti nie väčšej ako 10 mm od emitujúceho povrchu.

Podľa experimentov teda zvýšenie intenzity z 0,4 na 16 W / cm2 dáva zlepšenie kvality čistenia (obr. 2.2), ale 100% sterilizácia produktov sa nedosiahne v žiadnom režime.