第九节 次声波和超声波

超声吸脂术

　　超声去脂作为一项崭新的技术已应用于临床，它是抽吸去脂本的一种，也可用于各种肥胖症及局部脂肪堆积者，以改善其体形．

　　与金属吸头负压抽吸去脂法比较，它有以下优点:超声去脂可选择性地破坏脂肪细胞，去除占脂肪细胞体积90%的液体部分(脂肪酸)，而细胞的结构及周围组织，如网状结构、血管、神经、淋巴管等可以完整地保留，因此不易造成血管，神经的损伤，这可算是一大优点．另外可以使被抽吸的部分比较平整，故有人称之为"脂肪雕塑成形术"．总之，它对病人创伤小、出血少、恢复快，少有瘀斑及不会出现感觉丧失，增加了手术的安全性．

　　目前存在的缺点是国产的仪器操作起来比较费时，已粉碎的脂肪及形成的脂肪酸吸出较慢，超声探头空载后易产热，局部温度迅速升高，有灼伤切口及周围皮肤的可能．

　　超声去脂的原理：超声波是通常的电能转换成大于l6KHz的高频能量而形成的，超声波对液体产生一种内爆效应，即波的膨胀与压缩使液体内形成众多的微空隙，这些空隙内为气体和蒸汽，在压缩周期内超声波对液体分子产生正压效应，而在膨胀周期内则产生负压效应．在液体或生物组织内均存在着内聚力，然而密度不同的组织，其分子间粘合力是不一样的．在密度低的脂肪组织，分子粘合力较弱，超声波产生的较低负压即可产生组织空隙，在物理上称为"空穴现象"．细胞内外微空隙的内爆结果将引起分子运动增强，以致达到一个高能水平，最后导致细胞的破裂．因脂肪细胞密度低，故首先导致脂肪细胞的破裂．因此有人也将超声去脂术称为"超声碎脂术"．当然超声波还可能有微机械效应及热效应，也可造成一定的损伤，这些作用非常有限，但不应忽视．

　　超声去脂本的实施及注意事项:在操作前需做好全身及局部检查，事先将拟去脂的部位划出"等高地图线"，中央为吸除多的区域，向外逐渐减少．在消毒铺手术巾单后，第二步为在抽吸部位注射一种低渗的具有止痛效果又利于脂防破碎的"肿胀麻醉"复合浸润液．第三步是通过小切口将超声去脂仪的探头插入，作扇形来间往返操作，由于探头金属部分有效应，在皮肤切口处需用一塑料管(可用一段空针管)保护．脂肪细胞粉碎后脂肪酸从细胞内溢与麻药形成一种乳剂，要设法吸出，或用手法塑形挤出．术后需放置负压引流3-5天，对治区用弹力包扎持续l个月是必要的．由于脂肪细胞抗感染能力差，术后应用有效抗生素实属必须．

超音波美容仪

　　超声波是指频率超过2万赫兹以上，不能引起正常人听觉的机械振动波，该振动波具有机械作用、温热作用和化学作用．超声波美容仪利用超声波的三大作用，在人体面部进行治疗， 以达到美容目的．

　　● 机械振动作用

　　在组织深部引起每秒一百万次的细微震动，能给予组织刺激，促进新陈代谢，使废物排出．

    超声波功率强、能量大，作用于面部可以使皮肤细胞随之振动，产生微细的按摩作用，改变细胞容积，从而，改善局部血液和淋巴液的循环，增强细胞的通透性，提高组织的新陈代谢和再生能力，软化组织，刺激神经系统及细胞功能，使皮肤富有光泽和弹性．

　　● 深部温热作用

　　温热能渗透至皮下六公分处，使血液及淋巴液流通顺畅，并使深部组织的细胞活性化并再生．

　　通过超声波的温热作用，可以提高皮肤表面的温度，使血液循环加速，增加皮肤细胞的养分，使神经兴奋性降低，起到镇痛的作用，使痉挛的肌纤维松弛，起到解痉的作用．超声波的热是内生热，热量的79%～82%被血液自作用区运走，18%～21%由热传导而分散至临近组织中，因此，无明显热感觉．化学作用：超声波可以加强催化能力，加速皮肤细胞的新陈代谢，使组织pH值向碱性方向变化，减轻皮肤炎症伴有的酸中毒及疼痛．超声波可以提高细胞膜的通透性，使营养素和药物解聚，利于皮肤吸收营养，利于药物透入菌体，提高杀菌能力．

　　● 物理、化学作用

　　籍着到达皮层深处的振动，使细胞产生动摇，能使污垢从毛细孔排出，祛除斑点与皱纹，皮肤毛细孔紧缩．

　　声能是机械能的一种，是一种纵波Longitudinal Wave．这种波必须透过介质才能传递，不能在真空中传送．人类的听觉频率因人而异，但大致在16—20,000Hz之间，低于或高于这个频率，人类的听觉器官无法感知（在水中可超越这界限）．

　　声波的发生是由弹性物质的震动，推动了其周围介质（液体、气体或固体）质点，使其发生一连串的疏密形波动，逐渐向外传播，此即声波，传入人耳即产生听觉．这种疏密的波动，在物理学上被称为纵波，疏密中邻近的两个最密或最疏之间的距离称为波长，每秒钟出现的疏密交替的震荡次数，称为该声波的频率．人耳能听到声音为16—20,000次之间；低于16次（Hz），人耳听不到的叫亚声；高于20,000次（Hz），也是人耳听不到的声音，叫超声波．

　　超声波的反射与折射

　　一般的声波由声源向四面八方传播，并具有良好的方向性，音速强度使愈近愈强，且具有反射、折射、聚焦点等类似光波的特性，所以目前广泛用于诊断及美容上．超声波用于机体时，音头与人体间不能有空气层，即使有0.001毫米的空气层，也能使超声波全部能量反射掉而不能进入体内，因此，应在治疗局部皮肤上涂上油类，以使声头与人体接触得更好．

　　超声波的生理作用

　　超声波的高频震动能改变分子的结构，产生变形，所以，松散连结在分子周边的多余物质及僵、祛斑、打散钙化物质、驱动粘着组织、搅动沉淀物质、增进局部血液循环，改善疤痕组织等．但运作时间不能过长，以免产生伤害．

　　于人体进行超声波治疗后会被机体吸收，声能转为热能及本身的机械震动作用．组织的温度升高与多种因素有关，如剂量愈大，温度愈高，在温热作用下，可致局部血液循环旺盛，细胞吞噬作用增强，代谢增高，所以可提高机能防御能力，加速炎症吸收．据多次实验发现，在超声波作用下，PH浓度超向碱性，使有酸中毒的发炎组织明显减轻，也使病源菌的生长环境不利于其繁殖，所以超声波可用于急性炎症早期治疗，如乳腺炎．

　　当治疗量超声用于组织时，由于它迅速地震动，可对组织施加机械性影响，且有按摩作用，可改善组织中的血液及淋巴循环，对组织营养和代谢有良好作用．超声辐射可以改变细胞的效质状态，提升细胞膜的扩散和渗透性，增强新陈代谢，提高组织再生能力．

　　应用超声波治疗时，皮肤有轻微刺痛感及温热感，治疗后皮肤有轻微充血，可引起汗腺分泌增多，消耗能量．超声波对正常肌肉组织无明显的影响，但对结缔组织增生有消炎作用，特别对凝缩的纤维结缔组织更明显．因此，对疤痕及增殖性脊柱炎有良好的治疗作用，对萎缩的肌肉有解痉作用．

　　超声波美容仪的具体功能如下：软化血栓，消除“红脸”．用于脸部微细血管变形、血液循环障碍引起的面部红丝、红斑，以及因螨虫感染而引起的面部红斑或酒渣鼻．

　　超声波美容仪在使用时应注意以下几点：探头热的程度不代表声波输出功率的多少，太热易灼伤皮肤；浓度过小的水剂药物，不宜直接渗透，否则易引起皮肤干燥；使用时，探头不能从眼球经过，上眼皮不能按摩；孕妇及严重心脏病患者不能使用．

　　凝胶的作用

　　超音波必须在液体媒介下才能传导，因此使用尚赫超音波美容仪时必须涂上凝胶．尚赫凝胶包括体胶和面胶两种．

　　塑身时需使用体胶，美容时需使用脸胶，这两种胶除了充当超音波传导的媒介之外，还能对尚赫美容仪的美容及塑身起到很好的辅助作用，其中，面胶的成分是经过36道高中波振荡后的细小水分，细小到比细胞之间的间隙还要小，能够很好地补充皮肤的水分，同时，面胶中还含有各种纯植物精华，在使用超音波美容仪的过程中，可以被皮肤完全吸收，及时补充皮肤营养．体胶中含有忍冬、海藻等纯天然物质的提取精华，可以很好地强化超音波燃烧脂肪的作用．

次声“杀人”之谜

　　1890年，一艘名叫“马尔波罗号”帆船在从新西兰驶往英国的途中，突然神秘地失踪了．20年后，人们在火地岛海岸边发现了它．奇怪的是：船上的开都原封未动．完好如初．船长航海日记的字迹仍然依稀可辨；就连那些死已多年的船员，也都“各在其位”，保持着当年在岗时的“姿势”；

　　1948年初，一艘荷兰货船在通过马六甲海峡时，一场风暴过后，全船海员莫明其妙地死光；

　　在匈牙利鲍拉得利山洞入口廊里， 3名旅游者齐刷刷地突然倒地，停止了呼吸......

　　上述惨案，引起了科学家们的普遍关注，其中不少人还对船员的遇难原因进行了长期的研究．就以本文开头的那桩惨案来说，船员们是怎么死的？是死于天火或是雷击的吗？不是，因为船上没有丝毫燃烧的痕迹；是死于海盗的刀下的吗？不！遇难者遗骸上看到死前打斗的迹象；是死于饥饿干渴的吗？也不是！船上当时时贮存着足够的食物和淡火．至于前面提

到的第二桩和第三桩惨案，是自杀还是他杀？死因何在？凶手是谁？检验的结果是：在所有遇难者身上，都没有找到任何伤痕，也不存在中毒迹象．显然，谋杀或者自杀之说已不成立．那么，是以及病一类心脑血管疾病的突然发作致死的吗？法医的解剖报告表明，死者生前个个都很健壮！

　　案情的确蹊跷、迷离而莫测！

　　经过反复调查，终于弄清了制造上述惨案的“凶手”，是一种为人们所不很了解的次声的声波．次声波是一种每秒钟振动数很少，人耳听不到的声波．次声的声波频率很低，一般均在20兆赫以下，波长却很长，传播距离也很远．它比一般的声波、光波和无线电波都要传得远．例如，频率低于1赫的次声波，可以传到几千以至上万公里以外的地方．1960年，南美洲的智利发生大地震，地震时产生的次声波传遍了全世界的每一个角落！1961年，苏联在北极圈内进行了一次核爆炸，产生的次声波竟绕地球转了5圈之后才消失！

　　次声波具有极强的穿透力，不仅可以穿透大气、海水、土壤，而且还能穿透坚固的钢筋水泥构成的建筑物，甚至连坦克、军舰、潜艇和飞机都不在话下．次声穿透人体时，不仅能使人产生头晕、烦燥、耳鸣、恶心、心悸、视物模糊，吞咽困难、胃痛、肝功能失调、四肢麻木，而且还可能破坏大脑神经系统，造成大脑组织的重大损伤．次声波对心脏影响最为严重，最终可导致死亡．

　　为什么次声波能致人于死呢？

　　原来，人体内脏固有的振动频率和次声频率相近似（0.01~20赫），倘若外来的次声频率与体内脏的振动频率相似或相同，就会引起人体内脏的“共振”，从而使人产生上面提到的头晕、烦躁、耳鸣、恶心等等一系列症状．特别是当人的腹腔、胸腔等固有的振动频率与外来次声频率一致时，更易引起人体内脏的共振，使人体内脏受损而丧命．前面开头提到的

发生在马六甲海峡的那桩惨案，就是因为这艘货船在驶近该海峡时，恰遇上海上起了风暴．风暴与海浪摩擦，产生了次声波．次声波使人的心脏及其它内脏剧烈抖动、狂跳，以致血管破裂，最后促使死亡．

　　次声虽然无形，但它却时刻在产生并威胁着人类的安全．在自然界，例如太阳磁暴、海峡咆哮、雷鸣电闪、气压突变；在工厂，机械的撞击、摩擦；军事上的原子弹、氢弹爆炸试验等等，都可以产生次声波．

　　由于次声波具有极强的穿透力，因此，国际海难救助组织就在一些远离大陆的岛上建立起“次声定位站”，监测着海潮的洋面．一旦船只或飞机失事附海，可以迅速测定方位，进行救助．

　　近年来，一些国家利用次声能够“杀人”这一特性，致力次声武器——次声炸弹的研制尽管眼下尚处于研制阶段，但科学家们预言；只要次声炸弹一声爆炸，瞬息之间，在方圆十几公里的地面上，所有的人都将被杀死，且无一能幸免．次声武器能够穿透15厘米的混凝土和坦克钢板．人即使躲到防空洞或钻进坦克的“肚子”里，也还是一样地难逃残废的厄运．

　　次声炸弹和中子弹一样，只杀伤生物而无损于建筑物．但两者相比，次声弹的杀伤力远比中子弹强得多．

生物声学

　　生物声学是研究能发声和有听觉动物的发声机制、声信号特征、声接收、加工和识别，动物声通信与动物声纳系统，以及各种动物的声行为的生物物理学分支学科．

　　生物声学是介于生物学和声学之间的一门边缘学科，它是生物学、声学、语言学、医学、化学等多学科相互渗透的产物．广义的生物声学还涉及生物组织的声学特征、声对生物组织的效应、生物媒质的超声性质、超声的生物效应及超声剂量学等方面内容，并在此基础上形成了超声生物物理学一个新的科学分支．

　　生物声学发展简史

　　生物声学的萌芽早在人类的久远历史上就已留下了印迹．在公元前三千年的埃及古墓中，曾发现有猎人模仿鹈的叫声引诱飞鸟行猎的图案．在公元前六百年中国春秋时代的《诗经》中就有“雉之朝雒，尚求其雌”诗句，是说雄性野鸡清晨鸣叫是在寻求配偶．

　　早期的文艺作品多对于虫鸣、鸟啾等动物音乐有生动的描述，其后人们又相继对昆虫、鸟类、两栖类、鱼类及哺乳动物的发声和听觉器官做了广泛的研究．

　　但人们对动物声的实验研究开始甚晚，1938年美国科学家皮尔斯和格里芬证实，蝙蝠能发出人耳听不见的超声．其后随着声学、电子学与通讯技术的飞速发展，大大推动了人们对动物声通信方法的研究．1956年4月，在美国宾夕法尼亚州召开了世界上第一次生物声学学术讨论会，建立了生物声学国际委员会(ICBA)，这次会议标志着生物声学的诞生．

　　法国著名科学家比斯内尔尹1963年编辑了《动物的声学行为》一书，汇集了当时生物声学研究的主要成果，是生物声学发展的一个里程碑．此后，陆续举行过多种关于动物听觉与声通信的国际学术会议．

　　随着科学技术的迅速发展，出现了录音机、语图仪和计算机，大大加强了对声音的录放和分析技术，使对动物声的研究进入了新的历史阶段．与此同时，由于声谱技术的扩展，特别是超声技术和超声医学的发展，使生物声学的内容大大超出了早期的正统研究范围，开始对超声在生物体系的各个层次上(生物大分子、细胞及生物组织)的传播和相互作用规律进行了大量的研究，使生物声学在更广泛的意义上与生命科学联系起来．

　　生物声学的基本内容

　　动物之间的联系和交往是维系它们种群和群落结构，以及进行正常生活的必要手段．光、电、磁以及化学气味都可以作动物交往的媒介，然而声信息在动物交往中却占有特别重要的地位．它最大优点是传递距离远，且易于负载丰富多彩的感情．生物声学主要围绕动物声交往这个内容进行着一系列有关课题的研究．

　　生物声学主要研究同一种群内动物声的识别和交往功能，不同种群的动物声的区别和隔离功能，以及动物声在种群和群落的形成和进化过程中的作用等；

　　生物声学还研究动物的声发生和声接收器官，及其工作机制，即动物声交往的生理基础和它们与动物形态学的关系．许多动物的发声器官是声带，但有的却不是用声带产生动物声，如蚱蜢用后腿摩擦发声、蝉用腹下薄膜发声、鱼可用鳔发声、海豚主要靠鼻道发声等．

　　同样，动物接受声波的听觉器官也各不相同．如蚱蜢微小的听觉器官生在腹部；纺织娘靠前脚上一个肉眼看不到的微型薄膜感受声波；蟑螂是用尾须接收声波；雄蚊头上两根触角上的刚毛则对雌蚊翅膀的扇动声特别敏感；许多飞蛾都有一种内藏式的“声呐系统”可以收听超声波；大多数鱼的听觉器官便是体侧的侧线，在这些侧线中含有听觉神经末梢以受纳声波；蛇的听觉极弱，主要通过腹部感受周围环境的动静等等．

　　长期以来，人们出于在空间和水下探测中应用仿生学的强烈兴趣，对蝙蝠和海豚的超声定位系统给予了特殊的注意为了分析研究它们的发声信号，建立和发展了必要的理论模型和数学方法．

　　蝙蝠用喉头发射超声，并用耳朵接收其反射回波，从而构成超声探测系统．发射的超声频率可高达10万赫(菊头蝙科)．实验表明，挖去双眼的蝙蝠借助其超声定位系统可探查到0.1毫米的金属丝障碍物，可在半秒内捕捉到三个飞行中的昆虫．

　　海豚也有极强的超声定位本领，而且还发现海豚在相互交往时使用七种不同的发声并以长短不同的间歇相组合．科学家预言，一旦这些声信息破译后，就可通过电子技术实现人与海豚之间的对话．

　　20世纪中期以来，人们使用兆赫级超声波对哺乳动物的组织和器官的超声性质(速度、衰减、吸收、声阻抗、散射等)做了大量研究，为现代医学超声工程奠定了基础．70年代以来，以B型超声成像为代表的医学超声诊断技术取得了很快的发展．它通过实时显示人体内脏的瞬态特性，直接向人们提供有关脏器的生理或病理信息．超声诊断由于安全、简单、经济、信息量丰富而受到医学界的特别赏识．

　　作为生物物理学和分子生物学的组成部分，微观生物声学正在发展中．对各种氨基酸、寡肽、多肽、蛋白质及脱氧核糖核酸等生物大分子水溶液的超声弛豫吸收机制做了较深入的研究．在生物大分子构像变化、质子转移动力学及生物大分子与水分子间的相互作用等方面，也都取得了有价值的研究成果．

　　声波作用于生物体对其产生某种影响称为声波的生物效应．大量试验表明，用一定频率和剂量的声波处理蔬菜、谷物、中草药及树木的种子常常可获得明显的增产效果．

　　生物声学与人类生活和生产活动息息相关．播放模拟蝙蝠叫声，驱逐夜蛾，可提高玉米产量；控制海洋生物声场可以判断鱼群的位置、种类及数量，利用电子发声器引诱鱼群定向聚集，可以提高捕鱼量；飞机场安装驱鸟器会大大改善飞机的飞行安全；粮仓内安装驱鼠器可使粮食免受鼠害等等．

　　人们往往成功地利用地震前动物的异常表现来预报地震的爆发，而这些动物的异常反应很可能是由地下岩石剧烈活动时发出的次声引起的；仿照水母耳做成的台风警报器可提前15小时准确地预报台风的方位和强度；仿照蝙蝠的声系统制成的声呐“眼镜”可以帮助盲人辨认出面前的电线杆、台阶以及草地中的羊肠小道．

　　对哺乳动物组织超声传播和相互作用的深入研究，必然会找到描述组织生理特性的、更多的声学特征参量(如声速、声衰减、非线性参量等)，建立和发展新的诊断设备，开拓定量超声诊断的途径．并可使超声医疗在更严格的科学基础上得到进一步发展．