2.4. Szonolumineszcencia

 

A következő nagyon izgalmas, még a kavitációval összefüggő, hazánkban is egyre több kutatót foglalkoztató akusztikai jelenség a szonolumineszcencia. A szonolumineszcencia jelensége fénykibocsátó üreg, vagy buborék jelenlétét jelenti az ultrahangtérben (22. ábra). Természetesen általában több ilyen üreg vagy buborék egyidejű jelenlétéről van szó a szonolumineszcencia említésekor és éppen a monobuborékos stabil rendszerek kialakítása igényli a legkomolyabb tervező tevékenységet. Látható a 22. ábrán, hogy a mechanikai erősítő oszlop alatt milyen intenzív kemolumineszcencia valósul meg ultrahang hatására luminollal. Azonban természetes módon bárki megtapasztalhatja tiszta csapvíz esetében is ezt a jelenséget egy sötétített laboratóriumban az ultrahang hatására, megfelelően magas akusztikai nyomásamplitúdók mellett.

Több próbálkozás történt tehát az egybuborékos rendszerek életre hívására, azonban a fizikai alapot tekintve mindig állóhullámbeli levitációt alkalmaznak. Két módszer terjedt el széles körben. Az egyiknél gömblombikban, álló gömbhullámokkal, a másiknál pedig egy álló hengerben, az előzetesen vázolt folyadékbeli 6. és 8. ábra szerinti levitátor elrendezésben történik a buborékok csapdázása a folyadékban, az állóhullám sebességi csomósíkjaiban, mivel a buborék könnyebb, mint a vivőközeg.

 

(A)(B)(C)

 

22. Ábra: A szonolumineszcencia megnyilvánulásai (A, kemilumineszcencia, B, szonolumineszcencia-berendezés, C, szonolumineszcencia levitáló stabil kavitációs buborék esetén, B berendezésben)

 

Magát a szonolumineszcencia jelenséget 1934 óta ismeri a tudományos világ, azonban létezésének igazi tudatosodása egy évtizeddel ezelőttre tehető. Ekkor dolgozták ki a fent említett gömblombikos és álló hengeres technikát, amely segítségével a fénykibocsátó üreg huzamos időn keresztül egy helyben csapdázható a térben (22.B. ábra).

A fénykibocsátás oka a korábban született, viszont a mai napig konvencionális magyarázat szerint az, hogy több ezer bar és 10-35000K hőmérséklet alakul ki a kavitációs buborékokban, ami miatt az üregben lévő atomok gerjesztődése okán foton kibocsátás történik. Ma az egyre gyorsabb filmfelvételi lehetőségek megjelenésével, egyre többen lézerelmélettel magyarázzák a jelenséget, mert kiderült, hogy a fénykibocsátás 10 pikoszekundumos sorozatokból tevődik össze. Az utóbbi években egyes mértékadó tudósok, a még feltáratlan anomáliák miatt, logikailag azt állítják, hogy az eddigi hőmérséklet és nyomásértékek alábecsültek és bizonyos új elméletek szerint a fénylő buborékban 15millió°C is kialakulhat, ami a földi napmodell lehet, melynek során magreakció által, a hélium hidrogénekre bomlik. Persze egy ilyen arra érdemes kijelentés után több, eltérő impaktfaktú cáfolat között mazsolázhatunk, de ez az invizíciónál is így volt, csak valamennyire határozottabban. Végső soron 10-35000K mellett is igen speciális kísérleteket végezhetünk, hosszútávon stabil akusztikai rendszerrel, ez pedig komoly fegyvertény.

 

2.5. Az ultrahang hőhatása, hipertermia

 

A következőkben tekintsük át az ultrahang minden felhasználó által ismert hőhatását! A hanghullámok minden anyagban frekvenciájuktól, a hullám típusától, a hőmérséklettől, illetve az anyag tulajdonságaitól függő mértékben adszorbeálódnak, a rezgési energia irreverzibilis hővé alakulása következtében.

Az ultrahang egyik legfantasztikusabb, hozzávetőleg két évtizedes aktív múltra visszatekintő megrendítő erejű kutatási témájának a hipertermiának az alapját ez a tény képezi. Az ultrahang hőhatása természetesen könnyen elegendő a biológiai struktúrák és a kémiai folyamatok befolyásolásához. Az adszorpció miatt az ultrahang intenzitása a távolsággal exponenciálisan csökken és az intenzitást a hangtér egy adott pontján, az alábbi [5]. egyenlettel fejezzük ki:

 

I = I₀ * e ^–2αx        [5]

 

ahol (I₀) [W/cm²] vagy [dB] a kiindulási, vagy kibocsátott intenzitás, (I) az aktuális intenzitás [W/cm²] vagy [dB], (α) az abszorpciós koefficiens [Np/cm=8,7dB/cm], (x) pedig az adott irányban megtett távolság [cm]. A hőképződés (q_v) [K/s] pedig a [6]. egyenlet szerint:

 

q_v = 2αI/C*m       [6]

 

ahol (C) a fajhő [kJ/gK], (m) a kezelt anyag tömege [g].

 

2.5.1. Az abszorpciós koefficiens

 

Az abszorpció, vagy elnyelődés mindig jellemez egy adott közeget, környezetet, struktúrát, ami meghatározza a terjedés paramétereit. Az abszorpciós koefficiens (α) nagysága leginkább a hullám típusától, a hangtér anyagi minőségétől és a frekvenciától függ. Az abszorpciós koefficiens tiszta folyadékok esetén a viszkózus (α_v) és a hő (α_h) abszorpcióból tevődik össze (α = α_v + α_h [dB/m]), emulziók esetében pedig  α_teljes=α_i+α_s+α_v+α_h [dB/m]. A képletben az (α_h) és az (α_v) már ismert tényezők, az (α_i) az emulzifikált anyag belső elnyelése (mono- és dipólus abszorpció), az (α_s) pedig a szórási elnyelés, vagyis az emulzió cseppeken kialakuló hangszóródás mértéke.

Magától értetődő módon az egyes anyagoknak, így az egyes szöveteknek is különbözik az abszorpciós koefficiense, amely mellett, ha azt is figyelembe vesszük, hogy az ultrahang irányítható, koncentrálható, akkor már érthető, hogy az arra fogékonyak miért jönnek ettől izgalomba. Ugyanis abban az esetben, ha például a kezelendő szövet előtt nagyobb abszorpciós koefficienssel rendelkező, vagy érzékenyebb szövetrész található, akkor több kisebb intenzitású különböző irányokból érkező linearizált, vagy koncentrált hangsugár alkalmazásával kivitelezhető a kívánt hatású kezelés a megcélzott területen (23. ábra).

 

 

23. Ábra: Célra irányított ultrahang hipertermia

 

         A 23. ábrán megfigyelhető, hogy a koncentrált ultrahang sugár segítségével akár az emberi test bármely pontján elhelyezkedő objektum megcélozható, ahol a hőmérsékletemelkedés hatására a fehérjék denaturációja következik be. A denaturálódott fehérjék pedig a test adott zónájából felszívódnak. A mai számítógépes szoftverek segítségével mód van arra, hogy az egyes hang útjába kerülő objektumok hangsugár törő, adszorpciós és szóró képességét kikalkulálják, abból a célból, hogy éppen a megfelelő mennyiségű energia érje el azt a pontot, ahol a kezelendő objektum található. Természetesen ez a számítógépes sugárútszámításra vonatkozó technika már nem teljesen „vakrepülés”, a nagy precizitású modellezőszoftverek kifejlesztése után, de egy újabb, sokkal biztosabb, a pillanatnyi változásokat állandóan követő és ezek alapján szabályozott, a tanulmányban többször említett technológia az MR-re (mágneses magrezonanciára) alapozott ultrahangsebészet. Itt a mágneses magrezonancia képet, mint egy három dimenzióban szkennelt, állandóan frissített emberi test képet kell elképzelni, amelyen a beavatkozást végző orvos bejelöli a denaturálandó testterületet és a koncentrált hangsugár tizedmilliméter pontossággal elvégzi a kezelést. Ezzel párhuzamosan az MR készülék folyamatosan követi a test hőmérsékletét és így a környező szövetek túlmelegedése nem következhet be. A túlmelegedés veszélyekor a berendezés átpozícionálhat, vagy változtathatja a hangsugár intenzitását.

 

2.6. Az ultrahang sejtbiológiai hatásai

 

Nézzük meg először, hogy milyen alapokon nyugszik az ultrahang sejtbiológiai hatásmechanizmusa! A mai napig, a legfelsőbb alkalmazói körökben is sok kérdés merül fel a témával kapcsolatban. Ebben a kérdésben, mivel a szűkebben vett kutatási területemről van szó, megpróbálok korrekt, szerteágazó és teljes mértékig autentikus választ adni, azonban figyelembe véve azt, hogy ne haladjam meg a más felhasználási módozatok iránt érdeklődők türelmi szintjét. Legáltalánosabban Miller et al. (1996) fogalmazták meg az ultrahang in vitro sejtbiológiai hatásait. Szerintük három alapvető elemből tevődik össze az ultrahang sejtbiológiai hatásmechanizmusa, melyek a termikus, a kémiai és a mechanikai mechanizmusok. Morton et al. (1982) szerint az ultrahangos besugárzás, a szuszpenziókban lévő sejtek líziséhez, széteséséhez, széttöredezéséhez vezet. Szoros összefüggést mutattak ki a szuszpendált sejtek roncsolódása és az összegzett kibocsátott alharmonikus energia közt, amelyről tudjuk, hogy az a stabil kavitációs buborékok jelenlétének az ismertetőjegye. Azt is kimutatta, hogy amikor elkezdődött az alharmonikus kibocsátás, akkor kezdtek pusztulni a sejtek, ami megkérdőjelezhetetlen bizonyíték. A sejtek életerejének felbecsülésére vitális festést alkalmazott trypon kékkel, hasonlóan a mi általunk alkalmazott metilénkékes vitális festési eljáráshoz. Harwey et al. (1975) kimutatták, hogy amely sejt közelében tranziens kavitációs összeomlás történt, ott a sejtek roncsolódása következett be, melynek kapcsán a sejtfal felrepedt, az endoplazmatikus retikulum kitágult, a mitokondrium károsodott és más szabálytalan mechanizmusok is felléptek. Miller et al. (1995) ultrahangsugárzás hatásaként DNS fonal töredezéséről, Macintosh és Davey (1970) kromoszóma széttöredezésről, Barnett et al. (1988) kromatída aberrációról, Kaufman (1985) mutagén hatásról, Dooley et al. (1984) a sejtek makromolekula szintézisének megváltozásáról számolt be. Fu et al. (1980) vizsgálták a sejtek ultrahangkezelés hatására kialakuló telepképzési erélyváltozását, amellyel kapcsolatban megállapítják, hogy ez a tulajdonság már 1W/cm² intenzitású ultrahang besugárzás hatására is megváltozik. Thacker (1973) a haploid és diploid pékélesztő (Saccharomyces cerevisiae) sejtek ultrahang besugárzással kapcsolatos túlélését vizsgálta. Tapasztalatai alapján nem szinkronizált populációk vizsgálatát javasolja, az eltérő fejlődési stádiumban lévő sejtek eltérő kavitációs érzékenysége miatt. A vizsgálataiból kapott túlélési görbék, ezáltal nem egy, hanem több fázisúak voltak. Emiatt az eredményei eltérést mutattak a szokványos exponenciális túlélési görbétől, habár a kavitációs határon dolgozó kutatók a pusztulási dinamikát az egyszerűség kedvéért állandó exponenciális lefutásúra veszik. Thacker (1974) egy évvel később négy genetikai rendszerhez tartozó élesztő sejteket vizsgált, az ultrahang mutagén hatásának tekintetében. A mitokondriális DNS-ben legtöbbször mutáció történt a kavitáció hatására. A mutagén hatás gyakorisága pedig növekedett a hőmérséklet emelkedésével.

2.6.1. A beugárzás hatására keletkező szonokemikáliák sejtbiológiai hatásai

 

Fontos megjegyezni, hogy nem csak a szonokémia, hanem az ultrahang sejtbiológiai hatásainak jelentős része is függ a besugárzás hatására kialakuló szonokemikáliáktól, melynek legáltalánosabb megnyilvánulási formája az ultrahang sugárzás hatására kialakuló hidrogén-peroxid (H₂O₂)és a (H⁺+OH^-) ionok, vagyis a vízbontás folyománya. Hughes (1961) élesztő sejteket tárt fel akusztikai kavitáció segítségével és arra a megállapításra jutott, hogy a kavitáció során szabadgyökök keletkeznek, és azok hozzájárulnak a kavitáció mechanikai roncsoló hatása által kiváltott sejtpusztuláshoz. Miller et al. (1991) és Riesz és Kondo (1992) szerint a tranziens kavitáció folyamán képződő szabad gyökök, valamint egyéb szonokémiai termékek, így például a szonokémiai hidrogén-peroxid jól detektálható, in vitro ultrahang besugárzást követően, ami hozzájárul a sejtek DNS károsodásához is. A polimereket (DNS) összekötő hidrogén hidakkal reakcióba lép a vízbontás hatására kialakult szabadgyök, az (OH^-) ion, emiatt az ultrahang mutagén hatása kerül előtérbe. Miller és Thomas (1994) szintén kimutatták, hogy a hidrogén-peroxid és egyéb szonokemikáliák, megfelelő koncentrációban történő termelődése biokémiai változásokat eredményeznek az élő sejtekben, illetve ehhez a hatáshoz adódik még hozzá a kavitáció által okozott direkt mechanikai sejtkárosító hatás is. Prise et al. (1989) szerint a sejtpusztuláshoz szükséges hidrogén-peroxid koncentráció 1mM. Miller és Thomas (1993) hidrogén-peroxid termelődését és hemolízis megindulását írták le ugyanazzal a küszöbbel, ahogy a tranziens kavitáció megindult. A kavitáció következtében a besugárzás 1. perceiben, közel 100%-os sejt lízis (feloldódás) következett be, viszont a hidrogén-peroxid koncentráció a besugárzás 30. percében mindössze 10mM volt, ami az előzőek alapján szintén a mechanikai hatás dominanciáját húzza alá és nem a képződött hidrogén-peroxid pusztító erejét.

 

2.6.3. Specifikus sejtbiológiai hatások

 

Nem szakemberek számára most biztosan elborzasztó tudományos eredmények ismertetése következik. Azonban felhívom a figyelmet, hogy a specifikus sejtbiológiai hatások jelen tárgyalásánál, elsősorban az aktív ultrahang által kiváltott folyamatokra mutatok rá. Ezt jelen esetben azzal a hasonlattal tudnám megvilágítani, hogy amíg a passzív ultrahang olyan, mint egy lenge szélfuvallat, addig az aktív olyan, mint egy tomboló orkán. Kim et al. (1971) és Schnitzler (1973) kromatídák széttöredezéséről számoltak be, a stabil kavitáció következtében sejtszuszpenziókban. A töredezés a mitózisos osztódás anafázisban volt a legerőteljesebb, illetve a centromérák erőteljes töredezésére is felhívták a figyelmet. Azt állítják, hogy az oszcilláló stabil kavitációs buborékok által kiváltott mikroáramlások okozzák a kromoszóma aberrációt az ultrahanggal kezelt sejteknél. Hughes és Nyborg (1962) vizsgálták az Escherichia coli baktériumok ultrahang általi pusztulását, és ők is azt tapasztalták, hogy nem csak a tranziens, hanem a sokat vitatott hatású stabil kavitáció esetében is megtörtént a sejtek pusztulása, így ez alapján ők is azt állítják, hogy a tranziens, összeomló típusú kavitáció nem elengedhetetlen a sejtek széttöredezéséhez. Kaufman et al. (1977) bebizonyította, hogy a szuszpendált sejtek ultrahangos besugárzása a sejtek líziséhez, vagyis széteséséhez, feloldódásához, illetve a sejtek teljes széttöredezéséhez vezet, aminek fő kiváltója a kavitáció. A lízis közvetlen, azonnal jelentkező következménye az ultrahangsugárzásnak, nem egy később expresszálódó hatás. ter Haar et al. (1980) és Li et al. (1977^a) szerint, az ultrahangnak alávetett sejtek esetében, amelyeknél hőmérsékletnövekedés következik be, és amely sejtek nem pusztulnak el a mechanikai sérüléseik miatt rögtön, szaporodóképesség vesztés léphet fel.

 

2.6.4. Az ultrahang biológiai membránokra gyakorolt hatásai

 

Nem kell hangsúlyozni a membrántranszport folyamatok fontosságát. Több évtizede külön membrántranszport szekciója van a Magyar Biofizikai Társaságnak, önálló tudományterület, különálló konferenciákkal, folyóiratokkal, tudományos eredményekkel, intézetekkel. Emiatt természetesen a teljesség igénye nélkül, mindössze érintőlegesen próbálom felhívni a figyelmet, az ultrahang transzportfolyamatokat befolyásoló hatására. Az ultrahang akkor befolyásolja a membrántranszport folyamatokat, ha nem a legdrasztikusabb sejtroncsoló hatásról, hanem a besugárzást túlélt, elszenvedett sejtekről beszélünk. Dinno et al. (1989) szerint az ultrahang besugárzás megváltoztatja a sejtmembrán permeabilitását, transzport aktivitását. A sejt elektromos paraméterei módosulnak, a teljes ionvezetés növekszik. Chapman (1974) kimutatta, hogy az ultrahang képes szubletális változásokat indukálni a plazmamembránban, például a kálium anyagforgalom besugárzást követő azonnali csökkenésével. Dyson (1985) azt állítja, hogy a sejtmembrán K-Na ionokra permeabilitás változást szenved ultrahang besugárzásra és a mitokondrium membrán a legérzékenyebb a kezelésre. Dinno et al. (1993) szerint az 1MHz frekvenciájú ultrahang besugárzás hatására, a membrán permeabilitás változás a kavitáció mechanikai hatásának eredménye, mivel a kavitációval képződő szabadgyököket, gyökfogó anyagokkal, mint például ciszteinnel megkötötte a kísérlet folyamán és a hatás így is érvényesült. Watmough et al. (1977) bebizonyították, hogy az intracelluláris kavitációs mikrobuborékok a sejtmag, a mitokondrium és a granuláris endoplazmatikus retikulum membránjának kavitációs magjaiból fognak kinövekedni, és ez a jelenség, azok roncsolódásához vezet. ter Haar et al. (1979) szerint a sejtmag membránján ultrahangos besugárzás után elektronmikroszkóposan kimutatható apró, repedés-szerű elváltozások keletkeznek, ami az előző elméletet támasztja alá. Inoue et al. (1989) szerint amennyiben a sejtben egy gáz mag (kavitációs mag) található, az ultrahang hatására akusztikailag aktiválódva (gas body activation) kitágul és szétrepesztheti a sejtet. Ekkor a buboréknak még össze sem kell omlania a sejtek károsításához. Ha viszont egy buborék a sejtben tranziens összeomláson megy keresztül, az mechanikailag és a képződött szonokemikáliák hatására biokémiailag is károsíthatja a sejtet intracellulárisan. Alliger (1975) kimutatta, hogy rövid időtartamú in vitro ultrahang besugárzás hatására a citoplazma membrán leválhat a sejtfalról. Mérései szerint, az eltérő formájú mikroorganizmus fajok eltérő érzékenységgel rendelkeznek az ultrahangkezelésre, például a kokkusz fajok ellenállóbbak, mint a pálcika alakúak.

 

2.6.5. Alkalmazott ultrahang fizikai alapjai

 

Az ultrahang gyakorlati alkalmazására lehet példa, hogy Rubleson et al. (1975) szerint a mikroorganizmusok ultrahangos szétroncsolása, a tej pasztőrözésének tekintetében, a konvencionális, tradicionális sterilizálási és pasztőrözési eljárások kiegészítéseként kerülhet szóba. A baktériumok kizárólag ultrahangos elpusztítása nehézkes, de az ultrahang fel tudja erősíteni a konvencionális hőkezelés hatását, amely folyamat így felgyorsul, mivel a baktérium plakkok a besugárzás hatására diszpergálódnak, így javul a denaturálandó anyagok felé irányuló hőtranszport. Ordonez et al. (1984) hőkezeléssel kombinálta az ultrahang besugárzást, és azt állapította meg, hogy a baktérium sejtek érzékenyebbek a hőkezelésre, ha ultrahangnak is ki vannak téve. Hurst et al. (1995) javasolja a hőkezelés ultrahangkezeléssel való szimultán alkalmazás elnevezésének a termoultraszonikáció kifejezést. Megállapította, hogy a termoultraszonikáció eredményesebben alkalmazható a sejtek elpusztítására, mint a hő vagy az ultrahang kezelés önálló alkalmazása.

 

2.6.6. Az ultrahang sejtbiológiai hatásait befolyásoló fizikai tényezők

 

Az ultrahang sejtbiológiai hatásainak fizikai befolyásoló tényezői közül a legfontosabbakat az alábbiakban próbáltam rendszerezni. Számos fizikai, kémiai és biológiai befolyásoló tényező hat a hangtérben, amelyeknek eredője a sejtbiológiai hatás. Fontos e helyen leszögezni azt, hogy amennyiben a hangtér fizikai paraméterei megváltoznak, az a biológiai hatásokat kiváltó akusztikai jelenségeket alapvetően befolyásolhatja, melyek eredménye egy teljesen eltérő biológiai hatás lehet. Aki ezeket a tényezőket nem ismeri, vagy nem tudja befolyásolni (2.3.1. fejezet) és stabilizálni az érdekes és nem mindig szívderítő tapasztalatokra tehet szert, az ultrahanggal kapcsolatban. Brayman et al. (1994) szerint a nagyobb átmérőjű sejtek kavitációra vonatkozó nagyobb érzékenysége annak eredménye, hogy a nagyobb sejtek nagyobb valószínűséggel találkoznak a kavitációs buborékokkal. Blackshear és Blackshear (1987) a hemolízissel kapcsolatosan megfigyelték, ahogy a sejtméret csökkent, úgy sokkal nagyobb nyíróerő volt szükséges a sejtmembrán szétszakításához, mely tény is szerepet játszik az egyes sejtek közötti eltérő ultrahang érzékenységben. Veress és Vincze (1977), Loverock és ter Haar (1991) kimutatták a sejtkoncentráció fontosságát az in vitro szonolízisre. Ellwart et al. (1988) növekedő vörös vértest számmal relatíve csökkenő mértékű sejt hemolízist figyeltek meg. Nyborg et al. (1974) elméletileg és gyakorlatilag is bebizonyították, hogy a buborékok hidrodinamikai okokból vonzzák, rozettaszerűen összegyűjtik a szuszpendált sejteket. Brayman és Miller (1993) azt tapasztalták, hogy a buborékaktivitás elfojtódott a buborékok körüli sejtcsoportosulás, vagyis rozettaképződés miatt, így megszűnt a kavitáció. Ezen túl a sejtek élettevékenységük, respirációjuk során felhasználják a potenciális kavitációs magnak minősülő oldott oxigént, így növekedik a kavitációs küszöb. A respiráció gátlásával az ultrahang kavitációs aktivitása nem csökkent. Carstensen et al. (1993) azt tapasztalta, hogy a sejtroncsolás mértéke erőteljesen csökkent a közeg viszkozitásának növekedésével. A viszkozitás hatással van a kavitáció nyíróerejére, buborékvándorlási aktivitásra és a tranziens kavitáció dinamikájára is. Szarvasmarha eritrociták hemolízise fordított arányban függött össze a sejt koncentrációval, amíg 0,5% erős hemolízist mutatott, addig 5% koncentrációnál egyáltalán nem volt szonolízis. Kondo et al. (1988) kimutatta, hogy a közegben oldott gázok típusa és mennyisége befolyásolja a kavitáció sejtkárosító hatásának mértékét. Li et al. (1977^b) és Raso et al. (1994) szerint a besugárzási hőmérséklet befolyásolja a sejtek ultrahang érzékenységét. A termoultraszonikáció szignifikánsan kisebb „D” értékeket ad, mint az önálló hő-, vagy ultrahangkezelés. Petin et al. (1999) az ultrahangnak hipertermiával kombinált hatását tanulmányozták Saccharomyces cerevisiae diploid sejtjeinek inaktiválásával kapcsolatban, amelyre matematikai modellt is alkottak. Meghatározták azt a hőmérséklet tartományt, ahol az élesztőre a két kezelés szinergista sejtroncsoló hatása érvényesül. Lillard (1993) kimutatta, hogy az ultrahang sejtroncsolási hatékonysága nő a klorid vegyületekkel való szimultán sugárzásalkalmazással. Lee et al. (1989) azt tapasztalta, hogy azonos mikroorganizmusok ultrahang rezisztenciája különböző élelmiszerekben eltérő. Az élelmiszerek magas zsírtartalma csökkenti az ultrahang citolítikus hatását, így fontos a közeg ultrahang abszorpciós, reflexiós, diszperziós képessége. Ahmed és Russel (1975) azt tapasztalták, hogy a Gram (+) sejtek ellenállóbbak az ultrahangra, mint a Gram (-) sejtek. Azért lehet így, mert a Gram (+) sejtek sejtfala vastagabb, mint a Gram (-) sejteké, mivel vastag peptidoglikán rétegeket tartalmaz. Feindt (1951) megfigyelései szerint a fiatalabb sejtek érzékenyebbek az ultrahang hatására, mint az idősebbek. Ez szintén a protoplazma vastagsága közötti különbségből adódik. Sanz et al. (1985) kimutatta, hogy a spóraformák sokkal rezisztensebbek az ultrahangkezelésre, mint a vegetatív baktériumok. Petin et al. (1980) tapasztalatai szerint, szimultán ultrahang - ionizáló sugárzás kezelések szinergista hatása érvényesül a stacioner fázisú Saccharomyces cerevisiae élesztőre. Ciccolini et al. (1997) alacsony frekvenciájú termoultraszonikáció hatását tanulmányozták Saccharomyces cerevisiae élesztőgombára, és azt állapították meg, hogy a magasabb hőmérsékleten csökken a rezisztencia.

 

2.6.7. Az ultrahangsugárzás hatásának bemutatása

 

A 24. ábra egy in vitro ultrahangbesugárzás hatását mutatja Saccharomyces cerevisiae élesztőgombára.

 

(A) (B)

 

24. Ábra: Élesztőgomba vitalitás változása (A. Kiindulási állapot, B. 210 másodperces kezelés utáni állapot (Forrás: Lőrincz, A., 2002))

 

Az ábrákon metilénkék vitális festés segítségével végzett élősejtszám meghatározás eredménye látható. A kezeléseket 1117kHz (1,117MHz) frekvencián 9W/cm² teljesítmény mellett 20°C-on végeztük 20ml 5,37*10⁷/ml szuszpenzió koncentráció mellett a 25. ábrán látható ultrahangrendszer és a 26. ábrán látható kezelőedény segítségével. A rendszert teljes egészében mi terveztük és készítettük. Segítségével mérhető a hangsebesség, az abszorpciós koefficiens folyamatosan, akár átfolyó rendszerben is, illetve a passzív mérésekkel párhuzamosan aktív ultrahang besugárzás is történhet. Így folyamatosan elemezhetővé válik az aktív ultrahang hatása a kezelt, például biológiai anyagokra. A műszerrel egyedülállóan vizsgálhatóak az egyes akusztikai jelenségek fizikai és biofizikai hatásai.

 

 

25. Ábra: Az ultrahang rendszer (vezérlő és adatfeldolgozó computer, ultrahang erősítő, frekvenciagenerátor, kezelőedények (Forrás: Lőrincz, A., 2003))

 

 

26. Ábra: Ultrahang kezelőedény (Forrás: Lőrincz, A., 2003)

 

A metilénkékkel végzett vitális festés esetén a kék sejt pusztultnak tekinthető, mivel dehidrogenázokkal való reakciója folytán a festék az élő sejtekben színtelenné válik. Látható, hogy a 210. percben az adott mikroszkóp látótér alatti sejtek 100%-a pusztultnak vehető, illetve nagy részükön világos foltok találhatóak, melyek a leszakadt sarjadzó sejtek, illetve a sejtfal kiszakadások nyomai. A további kezelés az élesztőgomba sejtekből protoplazmacseppeket, majd sejttörmeléket alakít ki.