Vliv ultrazvuku na živočišné a rostlinné buňky

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-16 16:00

Kavitace v prostředí je hlavním důvodem destruktivního působení ultrazvuku na mikroorganismy. Pokud byla tvorba bublinek potlačena zvýšením vnějšího tlaku, pak se destruktivní účinek na prvoky snížil. Téměř okamžité prasknutí předmětů v ultrazvukovém poli bylo způsobeno vzduchovými bublinami nebo oxidem uhličitým v rostlinných buňkách zachycených uvnitř těchto organismů.

To ukazuje, že velké tlakové rozdíly vznikající při kavitaci vedou k prasknutí buněčných membrán a celých malých organismů. Vliv ultrazvuku na různé druhy hub byl mnohokrát studován. Ultrazvuk se tedy úspěšně používá ve fytopatologii. Na semenech cukrové řepy infikovaných přirozeně Phoma betae, Cercospora beticola, Alternaria sp. nebo Fusarium sp., bylo možné tyto houby a bakterie zničit mnohem lépe krátkodobým ozářením ultrazvukem ve vodě, než to bylo možné provést leptáním. Ozařování semen ultrazvukem při moření výrazně zesiluje účinek fungicidní nebo baktericidní látky. Důvodem je zřejmě to, že zvukové vibrace zvyšují rychlost difúze vody a látek v ní rozpuštěných přes membrány rostlinných buněk, čímž se dosahuje rychlejšího účinku na houby a bakterie.

Ultrazvuk působí negativně i na jednotlivé buňky vyšších organismů. Při ozařování červených krvinek (erytrocytů) bylo pozorováno: ztratily svůj původní tvar a natáhly se; zároveň došlo k jejich odbarvení (následkem hemolýzy). Při dalším ozařování nakonec praskly a rozpadly se na mnoho samostatných malých kuliček.

Již v roce 1928 bylo zjištěno, že svítící bakterie jsou ničeny ultrazvukem. V následujících letech bylo publikováno velké množství prací o vlivu ultrazvukových vln na bakterie a viry. Zároveň se ukázalo, že výsledky mohou být velmi různorodé: na jedné straně byla pozorována zvýšená aglutinace, ztráta virulence nebo úplná smrt bakterií, na druhé straně byl zaznamenán i opačný efekt - zvýšení počet životaschopných jedinců. K posledně jmenovanému dochází zvláště často po krátkodobém ozáření a lze jej vysvětlit tím, že při krátkodobém ozáření dochází především k mechanickému oddělování akumulací bakteriálních buněk, díky čemuž z každé jednotlivé buňky vzniká nová kolonie.

Bylo zjištěno, že tyfusové tyčinky jsou zcela usmrceny ultrazvukem o frekvenci 4,6 MHz, zatímco stafylokoky a streptokoky jsou poškozeny pouze částečně. S odumíráním bakterií dochází současně k jejich rozpouštění, tj. k destrukci morfologických struktur, takže po působení ultrazvuku nejenže klesá počet kolonií v dané kultuře, ale spočtením jedinců se zjistí pokles morfologicky konzervované formy bakterií. Při ozařování ultrazvukem o frekvenci 960 kHz jsou bakterie o velikosti 20–75 µm zničeny mnohem rychleji a úplněji než bakterie o velikosti 8–12 µm [23].

V Moskevském ústředním výzkumném ústavu traumatologie a ortopedie pojmenovaném po V. I. NN Priorov provedl výzkum [24] o vlivu nízkofrekvenční ultrazvukové kavitace na vitální aktivitu různých kmenů stafylokoků. V experimentech in vitro byly získány následující výsledky. Ultrazvukové ošetření bylo provedeno při teplotě 32 °C pomocí ultrazvukového dezintegrátoru od MSE (Velká Británie), který má tyto technické parametry: výkon 150 W, frekvence vibrací 20 kHz, amplituda 55 μm. Doba expozice byla 1, 2, 5 "7, 10 minut. Pro každou expozici byly použity samostatné lahvičky s 5 ml suspenze mikroorganismů obsahující 2500 mikrobiálních tělísek v 1 ml kapaliny. média bezprostředně po ošetření ultrazvukem nejen že zeslábnou, ale při některých expozicích ozvučení (1-3 min) dokonce mírně zesílí.byly nevýznamné a téměř se nelišily od kontroly. Vliv ultrazvuku na mikroorganismy se může projevit ^ ne okamžitě, ale po chvíli, nezbytný pro vývoj metabolických poruch v buňkách, proto byla studována inokulace stafylokoka na pevných živných půdách 24, 36 a 48 hodin po ultrazvuku Před výsevem na Petriho misky byly kultivovány sonikované kmeny stafylokoků a ve zkumavkách s vývarem v termostatu na 37°C. Bylo zjištěno, že po 24 a 36 hodinách po ošetření ultrazvukem počet vyrostlých kolonií stafylokoků oproti kontrole klesá, výsev stafylokoků je nepřímo úměrný době sondování mikroorganismů. Po 7-10 minutách sonikace výsev buď nevedl k žádnému růstu, nebo na Petriho miskách rostly jednotlivé kolonie netypické pro stafylokoky. Po 48 hodinách byl inhibiční účinek ultrazvuku výraznější a projevil se dalším poklesem výsevu mikroorganismů při všech expozicích.

Studie citlivosti ozvučených mikroorganismů na působení některých antibiotik a antiseptik prokázala, že u 8 ze 13 použitých léků se minimální inhibiční koncentrace po léčbě stafylokokem ultrazvukem snížila 2-4krát. To ukazuje na proveditelnost kombinovaného použití nízkofrekvenčních ultrazvukových vibrací a antibakteriálních řešení pro efektivnější účinek na mikrobiální buňku [7, 10].

Destruktivní účinek ultrazvukových vln závisí na koncentraci bakteriální suspenze. V příliš husté, a proto velmi viskózní suspenzi, není pozorována žádná destrukce bakterií, ale lze zaznamenat pouze zahřívání. Různé kmeny stejného bakteriálního druhu mohou mít zcela odlišný postoj k ultrazvukovému ozařování [11].

Můžeme tedy konstatovat, že účinek ultrazvuku na biomateriál obecně a mikroorganismy zvláště závisí na mnoha faktorech prostředí a na stavu živé hmoty a ve skutečnosti je poměrně obtížné předvídat.

Na katedře SSTU byly prováděny experimenty ultrazvukového čištění titanových nitrokostních zubních implantátů v různých pracovních roztocích.

Čištění produktů je tím účinnější, čím blíže jsou k vyzařovací ploše zářiče. Se vzdáleností od zářiče se intenzita ultrazvukových vibrací mění podél idealizované křivky. Nejlepšího výsledku bylo dosaženo při intenzitě 16 W / cm2 ve vodovodní a průmyslové vodě o teplotě 50 + 5 °C s koncentrací sulfanolu 0,25 % s dobou sonikace 5-10 minut (obr. 2.1). Sonikované produkty byly umístěny ve vzdálenosti ne více než 10 mm od emitujícího povrchu.

Podle experimentů tedy zvýšení intenzity z 0,4 na 16 W / cm2 dává zlepšení kvality čištění (obr. 2.2), ale 100% sterilizace produktů není dosažena v žádném režimu.