Bendras Kauno universitetų mokslininkų darbas: neinvazinis būdas greitai sumažinti kraujospūdį ir suaktyvinti dujų apykaitą plaučiuose

Kovojant su kvėpavimo takų infekcijomis, tokiomis kaip COVID-19, kurios sukelia plaučių hemodinamikos pokyčius, pavyzdžiui, plaučių hipertenziją, būtina sukurti naujų priemonių, galinčių padėti užsikrėtusiam asmeniui. Tai galima padaryti naudojant Kauno technologijos universiteto (KTU) Mechatronikos institute sukurtą žemo dažnio ultragarsinį prietaisą.

Išrastas pažangus keitiklis

KTU profesoriai Vytautas Ostaševičius ir Vytautas Jūrėnas teigia, kad priešingai nei įprastai naudojami ultragarsiniai keitikliai, kurie išskirtinai generuoja tik išilgines bangas, šis naujai sukurtas ir šiuo metu patentuojamas keitiklis veikia radialine virpesių forma.

Tai lemia geresnę akustinio signalo skvarbą, sumažina signalo išsklaidymą ir leidžia padidinti akustinį poveikį giliau esantiems biologiniams audiniams, todėl sukurtą prietaisą galima pritaikyti ir gydymo tikslams.

„Aukšto dažnių akustinių bangų skverbimosi į kūną gylis yra ribotas, nes banga greičiau nuslopsta. Štai kodėl aukštesnio dažnio ultragarsas labiau veikia išorinius audinius nei vidaus organus. Žemo dažnio ultragarso bėgančios bangos, pavyzdžiui, tokios, kokias generuoja mūsų prietaisas, pasižymi didesniu skverbimosi gyliu ir geriau pasiekia vidaus organus“, – aiškina profesorius V. Jūrėnas, kuris yra aptariamo išradimo bendraautorius.

KTU sukurto ultragarsinio keitiklio bangų poveikį patvirtino ir Lietuvos sveikatos mokslų universiteto (LSMU), Biologinių tyrimų centro laboratorijoje atlikti in vivo bandymai.

Atlikus anestezuotų avių fiziologinių parametrų matavimus paaiškėjo, kad KTU sukurto ultragarsinio keitiklio akustinės bangos skvarba per biologinius audinius yra 4 kartus didesnė nei įprastai iki šiol naudojamų prietaisų. Šių bangų poveikis kraujotakai parodė, kad per 7 minutes plaučių įsotinimas deguonimi pagerėjo daugiau kaip 10–15%, be to, sumažėjo tiriamųjų avių kraujospūdis ir pulsas.

„Šie rezultatai parodo, kad žemo dažnio ultragarsas suteikia puikių galimybių neinvaziniu būdu suteikti terapinę pagalbą pacientams, sergantiems plaučių hipertenzija, pagerinti jų gyvenimo kokybę ir sumažinti priklausomybę nuo vaistų“, – tvirtina profesorius, Lietuvos Mokslų akademijos akademikas V. Ostaševičius.

Aiškindamas tokį ultragarso poveikį, V. Ostaševičius teigia, kad dujų apykaita plaučių kraujotakoje suintensyvėja dėl žemo dažnio ultragarso sukeliamų akustinių bangų, kurios sklinda paciento kraujagyslėmis ir eritrocitų agregatus suskaido į pavienius eritrocitus: „Maždaug 300 milijonų hemoglobino molekulių, esančių viename eritrocite, su deguonimi kontaktuoja visame eritrocito paviršiuje, kas stipriai pagerina deguonies įsisavinimą plaučiuose. Įtekantis į plaučius veninis kraujas yra prisotintas anglies dioksido, kuriuo taip pat greičiau atsikratoma visu eritrocito paviršiumi.“

Greito veikimo neinvazinė priemonė

Pasak V. Ostaševičiaus, paveikus žemo dažnio ultragarsu, kraujospūdis sumažėja, nes ultragarso poveikyje išskaidžius eritrocitų sankaupas-agregatus į pavienius tam tikru atstumu nutolusius vienas nuo kito eritrocitus jų kiekis tūrio vienete tampa mažesnis už ultragarsu nepaveiktų vienas su kitu sulipusių agreguotų eritrocitų kiekį. Dėl to labai sumažėja kraujo klampumas didindamas kraujo takumą, ko rezultate mažėja kraujospūdis. Kitais žodžiais tariant ultragarso poveikyje „skystėja“ kraujas, kas iki šiol yra pasiekiama tik medikamentų pagalba. Žmogaus kraujo klampumas tiesiogiai proporcingas hematokritui (eritrocitų koncentracijai), kuris yra atsakingas už deguonies ir anglies dioksido pernešimą.

„Į tokias žemo dažnio ultragarso savybes iki šiol nebuvo atkreiptas dėmesys, nes aukšto dažnio ultragarsas, šiuo metu naudojamas medicinoje, sukelia ne bėgančias, o stovinčias akustines bangas, kurios ne atskiria, o priešingai – sutelkia eritrocitus į agregatus kraujyje“, – aiškina profesorius V. Jūrėnas.

Nereti nusiskundimai, kad po terapinių procedūrų aukšto dažnio ultragarsu pasijuntama blogai, šios procedūros nerekomenduojamos onkologiniams ligoniams arba kitokių sveikatos problemų turintiems pacientams.

Bendradarbiaudami su medikų bendruomene, KTU mokslininkai ruošiasi ištirti naują vaistų pernešimo į ultragarsu disocijuotus pavienius eritrocitus metodą, kuris užtikrina saugų vaistų inkapsuliavimą, išvengiant eritrocitų apdorojimo ex vivo, kurio metu iš paciento paimti kraujo mėginiai centrifuguojami atskiriant eritrocitus, prisotinami vaistų ir vėl suleidžiami pacientui.

„Mūsų siūlomas metodas prisotina eritrocitus vaistais pačiame žmogaus organizme taip vadinamoje in vivo aplinkoje ir būtent tų organų gydymui, kuriems jie skirti. Paveikus ultragarsu šiuos organus juose cirkuliuojančio kraujo eritrocitai agregatuose atskiriami į pavienius ir „įsisotinę“ vaistu greitai pasiekia užkrėstą audinį, nepaveikdami sveikųjų audinių“, – aiškina profesorius A. Ostaševičius.

Dar viena žmoniją kamuojanti problema – bakterijų sukeltos ligos. Paveiktos žemo dažnio ultragarsu bio plėvelės, kurios apsaugo bakterijas nuo antibiotikų, yra greičiau suardomos ir slopina uždegiminius procesus.

Kiti galimi tiksliai orientuoto žemo dažnio ultragarso akustinio signalo pritaikymo klinikiniams tyrimams būdai – kraujo krešulių naikinimas kalcifikuotos aortos stenozės atveju.

Straipsnis „Low-frequency ultrasound for pulmonary hypertension therapy“ buvo paskelbtas „Respiratory Research“ 2024 m., 25, straipsnio numeris: 70 (2024 m.) ir jį galima rasti čia.