Undele ultrasonice de frecvență joasă influențează în mod direct proprietățile fluxului sanguin
De câteva decenii, ultrasunetele au fost asociate cu diagnosticul medical, reprezentând un examen de rutină în sălile de spital, cu imagini ale organelor, țesuturilor sau chiar primele imagini ale unui bebeluș.
Cercetătorii de la Universitatea Tehnologică din Kaunas (KTU) abordează însă ultrasunetele dintr-o perspectivă complet diferită. Noile descoperiri sugerează că undele ultrasonice de frecvență joasă nu doar că permit medicilor să vizualizeze interiorul corpului, dar influențează direct fluxul sanguin, deschizând astfel posibilități noi pentru tratamentul bolilor cardiovasculare, al bolii Alzheimer și al diabetului, reducând nevoia de proceduri invazive sau medicamente în viitor.
Ceea ce i-a surprins cel mai mult pe cercetători a fost faptul că ultrasunetele nu afectează sângele într-un singur mod. Studiul lor a arătat că diferite frecvențe sonore pot produce efecte opuse asupra globulelor roșii: acestea pot fie să se aglomereze, fie să se separe în celule individuale.
Globulele roșii, cunoscute și sub denumirea de eritrocite, au tendința naturală de a forma aglomerări reversibile, cunoscute sub numele de agregate. Acest proces influențează viscozitatea sângelui, o proprietate strâns legată de circulație și transportul oxigenului în întregul organism.
Sub influența ultrasunetelor de frecvență înaltă, eritrocitele se aglomerează, ceea ce duce la creșterea viscozității sângelui, la creșterea tensiunii arteriale și a pulsului, iar schimbul de oxigen devine mai puțin eficient.
Ultrasunetele de frecvență joasă, pe de altă parte, generează unde acustice care produc forțe de tăiere capabile să separe agregatele de eritrocite în celule individuale. Experimentele au demonstrat că ultrasunetele de frecvență joasă pot disocia agregatele de eritrocite în celule unice. „Din câte știm, acest efect nu a fost demonstrat anterior,” afirmă Ostaševičius, director al Institutului de Mecatronica de la KTU.
Când eritrocitele se separă, apar spații între ele, ceea ce reduce viscozitatea sângelui, iar întreaga suprafață a celulelor poate participa la schimbul de oxigen.
Ideea pentru această cercetare a apărut în timpul pandemiei COVID-19, când oamenii de știință căutau modalități noninvazive de a ajuta pacienții care se confruntau cu complicații respiratorii severe.
„Atunci, a existat o nevoie urgentă de terapii care să ajute pacienții rapid și fără medicație. Ne-am întrebat dacă ultrasunetele ar putea intensifica interacțiunea dintre hemoglobină și oxigen în plămâni,” spune Ostaševičius.
Pentru a investiga acest aspect, echipa a împărțit sângele pacienților în câteva sute de probe, care au fost expuse la ultrasunete de intensități variate, relevând particularitățile disocierii eritrocitelor. În timpul studiului propagării ultrasunetelor în țesuturi biologice, echipa a folosit gemeni digitali pentru a dezvolta un transductor de ultrasunete de frecvență joasă capabil să transmită semnale acustice la o adâncime de aproximativ patru ori mai mare în țesuturile biologice decât dispozitivele convenționale. Această tehnologie este acum protejată printr-un patent internațional.
Deși tehnologia se află încă în stadiul incipient de cercetare, cercetătorii cred că ultrasunetele de frecvență joasă ar putea fi aplicate în viitor în mai multe domenii medicale, unde circulația sângelui și livrarea oxigenului joacă un rol esențial.
Una dintre direcțiile investigate este terapia oncologică. Deoarece țesutul tumoral este adesea mai slab din punct de vedere mecanic decât țesutul sănătos din jur, undele acustice călătoare sunt explorate ca o modalitate de a afecta selectiv structurile tumorale. Totuși, acest concept se află încă în stadiul incipient de cercetare.
„Nivelurile scăzute de oxigen din tumoră rămân una dintre cele mai mari provocări în terapia oncologică. Dacă livrarea de oxigen către țesuturi poate fi îmbunătățită local, acest lucru ar putea ajuta la creșterea eficienței anumitor tratamente,” afirmă Ostaševičius.
Cercetătorii văd, de asemenea, potențial în terapia bolii Alzheimer, unde abordarea este discutată ca o modalitate viitoare de a deschide temporar bariera hematoencefalică și, în viitor, de a îmbunătăți livrarea țintită a medicamentelor către țesutul cerebral.
Conform lui Ostaševičius, tehnologia ar putea sprijini și tratamentul ulcerelor la picior diabetic, unde circulația afectată îngreunează semnificativ vindecarea rănilor. „Folosind ultrasunete, ar putea fi posibil să îmbunătățim fluxul sanguin în țesuturile afectate,” afirmă acesta.
Asemenea aplicații viitoare ar putea include livrarea țintită a medicamentelor și terapii de sprijin pentru bolile cardiovasculare și pulmonare.
Deși tehnologia este încă experimentală, cercetătorii cred că descoperirile lor lărgesc înțelegerea ultrasunetelor ca mai mult decât un simplu instrument de diagnostic. „Lucrarea noastră arată că ultrasunetele pot influența mecanic proprietățile sângelui. Acest lucru deschide posibilități pentru terapii noninvazive care ar putea, într-o zi, să completeze tratamentele deja existente bazate pe medicamente și chirurgicale,” afirmă Ostaševičius.
