CHƯƠNG II: TÁC DỤNG CỦA SÓNG XUNG KÍCH LÊN CƠ THỂ NGƯỜI
2.3. Hiệu ứng sinh học dưới tác dụng của sóng xung kích
2.3.1. Giai đoạn vật lý
2.3.1.1. Tạo bóng năng lượng (cavitation)
Các bóng năng lượng được tạo ra phía sau đường đi của sóng xung kích, được tăng kích thước lên trong khoảng 30 micro giây, và sau khi va chạm với sóng xung kích tiếp theo, bóng năng lượng này sẽ bị vỡ tạo ra vi dòng phụt (microjet), vi dòng phụt này tác động trực tiếp tới tế bào, mô [3].
Hình ảnh của bóng năng lượng được chụp lại bởi Schlaudraff (2014) [10]
Hình 2.4. Bóng năng lượng được tạo thành với đầu phát sóng xung kích đường kính 15mm, áp suất 4 bar, tần số 10Hz ở trong môi trường nước [10].
Với cùng kích thước đầu phát và áp suất, tần số tác động đến mô càng cao thì số lượng bóng năng lượng tạo ra càng nhiều [10].
HVTH: ĐỖ KHOA BÌNH GVHD: TS. TRẦN HY BÌNH
a) b) c)
Hình 2.5. Hình ảnh về các bóng năng lượng được tạo ra với cùng kích thước đầu phát 15mm, áp suất 4 bar, với các tần số 1Hz (hình a), 5Hz (hình b), 15Hz (hình c) [10].
Các bóng năng lượng sau khi bị vỡ sẽ tạo ra các vi dòng phụt, tác động đến tế bào, có thể làm chết tế bào, tăng tính thấm màng tế bào, phân hủy tế bào. Các tác động trên sẽ tùy thuộc vào năng lượng của bóng năng lượng truyền đến tế bào.
Hình 2.6. Quá trình tăng kích thước và bị vỡ ra của bóng năng lượng tạo vi dòng phụt [3].
Phần mô bị tác động bởi các vi dòng phụt này thường nằm ở phía dưới các mô có nhiều chất lỏng (mô mỡ).
Hình 2.7. Bóng năng lượng được sinh ra và tác động tới mô [12]
2.3.1.2. Tạo vết nứt, phân hủy cấu trúc thành các mảnh nhỏ
Áp lực của sóng xung kích truyền đến bề mặt mô là tổng hợp của các xung liên tiếp nhau. Nếu cường độ đủ lớn có thể tạo vết nứt ở cấu trúc mô. Nếu áp lực
16
HVTH: ĐỖ KHOA BÌNH GVHD: TS. TRẦN HY BÌNH sóng xung kích tác động xuyên qua cấu trúc mô, các vết nứt sẽ được tạo thành trên đường truyền của sóng, từ đó làm cấu trúc mô bị vỡ ra thành các mảnh nhỏ. Ví dụ về sự phá hủy cấu trúc mảnh xương gai gót chân của sóng xung kích trong trường hợp này được minh họa ở hình 2.7:
Hình 2.8. Sóng xung kích tác động vào mảnh xương gai gót chân [12]
Nếu độ dày của cấu trúc mô lớn, áp lực sóng xung kích không đủ để xuyên qua mặt đối diện của mô, thì tác động của nó sẽ tạo nên các vết nứt bên trong cấu trúc mô, dần dần có thể sẽ tạo nên vết nứt lớn hơn nếu cấu trúc mô bị tác động liên tục.
Hình 2.9. Tác động của sóng xung kích tạo vết nứt trên mô có độ dày đủ lớn để sóng xung kích không thể truyền qua [12]
2.3.1.3. Tạo lực cắt hay lực ép lên mô
Lực cắt gây ra bởi gradient áp lực của sóng xung kích tạo ra.
Sóng xung kích khi truyền qua các mô, tế bào có trở kháng khác nhau, sẽ bị cản trở chuyển động và tạo thành lực cắt trên vùng ranh giới giữa các mô, tế bào.
Lực cắt này nếu lớn sẽ làm phá hủy tế bào, nếu tác động vừa phải làm kích thích tế bào.
HVTH: ĐỖ KHOA BÌNH GVHD: TS. TRẦN HY BÌNH
Hình 2.10. Tác động của sóng xung kích tạo lực cắt trên mô [12]
2.3.1.4. Thay đổi tính thấm màng tế bào
Các tế bào được bao bọc bởi lớp màng bên ngoài có độ dày khoảng vài nanomet. Thành phần chính của màng là lớp photpho lipid kép và protein. Protein đóng vai trò như các kênh vận chuyển ion, còn lớp lipid làm cho màng trở nên linh động. Màng cũng là nơi điều khiển việc trao đổi chất giữa môi trường bên ngoài và bên trong tế bào.
Trong các nghiên cứu in vivo cho thấy tác dụng sóng cơ học có thể làm thay đổi tính thấm màng tế bào, gọi là sự tạo lỗ (sonoporation). Gambihler (1994) nhận thấy rằng sóng xung kích có thể làm thay đổi tính thấm màng tế bào khi nghiên cứu trong ống nghiệm [11]. Sau đó, nhiều nghiên cứu thử nghiệm khác trong ống nghiệm và trên cơ thể người đã chứng minh khả năng vận chuyển chất qua màng tế bào sau khi tác dụng sóng xung kích.