Ultrazvuk je druh mechanické energie a představuje mechanické vibrace elastického prostředí o frekvenci větší než 16 kHz, které lidské ucho nevnímá. Tyto vibrace se přenášejí ve formě podélných vln, které způsobují střídavé stlačování a řídnutí média nebo látky. Čím větší je výkon přenášené energie, tím větší je amplituda odchylek částic média od výchozího stavu. Vzdálenost, která zahrnuje jednu oblast komprese a jednu oblast redukce, tvoří vlnovou délku, která bude nepřímo úměrná frekvenci oscilací.
Ultrazvukové vlny o nízkých frekvencích se šíří sféricky. Jak se frekvence kmitání zvyšuje a v souladu s tím se vlnová délka snižuje, svazek ultrazvukových vln se stává rovnější. Přímost šíření vysokofrekvenčních ultrazvukových vln (800–3000 kHz) určuje jejich použití ve fyzioterapii. Tyto vlny se šíří navzájem paralelně a mohou se koncentrovat v omezené oblasti.
Absorpce ultrazvukových vln se v různých tkáních liší. Například koeficient absorpce ultrazvuku pro kostní tkáň je 12–15krát vyšší ve srovnání se svalovou tkání. Obecně platí, že čím vyšší frekvence vibrací, tím intenzivnější je absorpce, tím menší je hloubka průniku. Vysokofrekvenční ultrazvuk je intenzivně absorbován vzduchem. Jeho nejmenší vrstvy mezi zářičem a povrchem pokožky zpomalují ultrazvukové vlny. V tomto ohledu se pro terapeutické účinky používají kontaktní média bez vzduchu: vazelína, glycerin, lanolin. V případech, kdy není možný těsný kontakt mezi ultrazvukovým vysílačem a povrchem kůže (oblast ruky, nohy), provádí se dálková expozice vodou s mezerou 1–2 cm.
K výrobě ultrazvuku se používá inverzní piezoelektrický jev. Piezoelektrický jev je chápán jako jev elektrické polarizace krystalů způsobený jejich mechanickou deformací: stlačení, natažení, ohyb, torze. Takové vlastnosti mají krystaly křemene, titaničitanu barnatého, Rochelleovy soli a dalších. Na druhou stranu, když jsou tyto krystaly umístěny ve střídavém elektrickém poli, smršťují se a roztahují v závislosti na směru pole. Frekvence vznikajících mechanických vibrací odpovídá frekvenci elektrického pole. Zařízení na výrobu ultrazvuku se tedy skládá z vysokofrekvenčního generátoru a ultrazvukového zářiče (vibrátor, aplikátor), ve kterém je umístěna křemenná nebo barya titanátová deska.
Hlavní biofyzikální procesy v tkáních jsou spojeny se třemi hlavními účinky ultrazvuku: mechanickým (mechanicko-dynamickým), fyzikálně-chemickým a tepelným.
mechanické působení se projevuje na buněčné a subcelulární úrovni. Vystavení vysoce intenzivnímu ultrazvuku vede k prasknutí tkáně se vznikem mikroskopických dutin, jejichž životnost je úměrná době ultrazvukových vibrací. Mechanickým účinkem nízkointenzivního ultrazvuku využívaného ve fyzioterapii je vibrační mikromasáž tkáně. Současně se v buňkách a tkáňových strukturách zintenzivňují procesy difúze a osmózy.
Fyzikálně-chemická aktivita Ultrazvuk je spojen se složitými elektronově-kvantovými jevy na molekulární úrovni. Pohyb molekul se zrychluje, zvyšuje se tvorba iontů. Zvyšuje se množství volných radikálů ve tkáních, aktivuje se tvorba biologicky aktivních látek, redoxní reakce a zvyšuje se disperze buněčných koloidů. V terapeutických dávkách je ultrazvuk katalyzátorem biochemických reakcí.
Tepelný efekt je spojena s přeměnou mechanické energie na energii tepelnou, to znamená, že mluvíme o endogenním teple. Teplo vzniká především v tkáních, které intenzivně absorbují ultrazvuk: nervová tkáň, kosti. Zahřívá se celá tkáň – objemový ohřev, teplo se uvolňuje i na rozhraní dvou médií různé akustické hustoty – strukturální ohřev. Vzhledem k tomu, že se ve fyzikální terapii používá ultrazvuk s nízkou intenzitou, nedochází během zákroku k výraznému zvýšení teploty tkání. Tepelný efekt v tomto případě hraje vedlejší roli.
Základní fyziologické reakce a terapeutické účinky
V závislosti na použité dávce lze pozorovat škodlivé, tlumivé a stimulační účinky ultrazvuku. Ve fyzioterapii se používají dávky, které vyvolávají stimulační účinek a nezpůsobují destruktivní změny v tkáních. Je třeba mít na paměti, že dávky, které poskytují stimulační účinek, jsou velmi blízké dávkám, které způsobují inhibici funkce. Léčebnou procedurou se snadno předávkujete.
Hloubka průniku do tkáně ultrazvuku s frekvencí 800–1000 kHz se odhaduje na 5–6 cm, s frekvencí 2400 kHz – třikrát méně. Ultrazvuk nejlépe proniká do tukové tkáně a je zadržován svalovou a nervovou tkání. Významné množství ultrazvuku je absorbováno na rozhraní mezi tkáněmi s různou akustickou hustotou. Od kostí se odráží až 60 % ultrazvukové energie, která na ně dopadá. V malých, podprahových dávkách může ultrazvuk proniknout až do hloubky 20 cm, jak dokazují zobrazovací data vln odražených z této hloubky. Této skutečnosti se využívá v ultrazvukové diagnostice.
Fyziologické reakce spojené s hlavními biofyzikálními účinky jsou úzce propojeny a vzájemně se ovlivňují. V terapeutických dávkách má ultrazvuk obecně stimulační účinek na buněčnou funkci. V počáteční fázi expozice jsou pozorovány otoky mitochondrií, odchylky ve struktuře matrice a struktura buněčné formy se stává rozmazanou. Podráždění buňky vede k aktivaci jejích životních funkcí a zvýšené respirační aktivitě mitochondrií. Obecně existuje účinek biologické stimulace, který trvá několik hodin po jednorázové expozici. Vyšší dávky způsobují dramatické změny v buněčných mikrostrukturách, potlačují buněčnou aktivitu a objevují se známky škodlivých účinků.
Při působení ultrazvuku na pojivovou tkáň je pozorováno omlazení jejích buněčných a vláknitých struktur. Objevují se buňky s hojnou protoplazmou, zvyšuje se počet elastických vláken v základní látce a je inhibována tvorba kolagenu. Při vystavení přebytečné pojivové tkáni se změněnou strukturou má ultrazvuk uvolňující účinek, díky kterému je jizva pružnější.
Nízkointenzivní ultrazvuk urychluje regeneraci poškozených nervových vláken a snižuje citlivost receptorů, což se projevuje analgetickým účinkem. Ultrazvuk působí na receptorový aparát kůže, aniž by vyvolával znatelné subjektivní vjemy. Nejcitlivější na jeho účinky je pokožka obličeje a břicha. Vliv určitých reflexogenních zón na kožní receptory vede k obecným odpovědím, které jsou realizovány prostřednictvím vyšších autonomních center a hypotalamo-hypofyzárního systému. Podle tohoto mechanismu účinku ultrazvuková terapie zvyšuje labilitu nervových center a adaptačně-trofické funkce celého organismu. Některé léčebné postupy využívají tohoto obecného působení ultrazvuku.
