Einfluss von Ultraschall auf tierische und pflanzliche Zellen

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-16 16:01

Kavitation in der Umwelt ist der Hauptgrund für die zerstörerische Wirkung von Ultraschall auf Mikroorganismen. Wurde die Blasenbildung durch Erhöhung des Außendrucks unterdrückt, so nahm die destruktive Wirkung auf Protozoen ab. Das fast augenblickliche Aufbrechen von Objekten im Ultraschallfeld wurde durch Luftblasen oder Kohlendioxid in Pflanzenzellen verursacht, die in diesen Organismen eingeschlossen waren.

Dies zeigt, dass große Druckunterschiede bei der Kavitation zum Aufbrechen von Zellmembranen und ganzer Kleinlebewesen führen. Die Wirkung von Ultraschall auf verschiedene Pilzarten wurde vielfach untersucht. So wird Ultraschall erfolgreich in der Phytopathologie eingesetzt. Auf natürlich mit Phoma betae infizierten Zuckerrübensamen, Cercospora beticola, Alternaria sp. oder Fusarium sp., konnten diese Pilze und Bakterien durch kurzzeitige Bestrahlung mit Ultraschall in Wasser viel besser abgetötet werden als durch Ätzen. Die Bestrahlung von Saatgut mit Ultraschall während des Beizens verstärkt die Wirkung einer fungiziden oder bakteriziden Substanz erheblich. Der Grund liegt offenbar darin, dass Schallschwingungen die Diffusionsgeschwindigkeit von Wasser und darin gelösten Stoffen durch die Membranen von Pflanzenzellen erhöhen, wodurch eine schnellere Wirkung auf Pilze und Bakterien erzielt wird.

Auch auf einzelne Zellen höherer Organismen wirkt sich Ultraschall negativ aus. Bei der Bestrahlung roter Blutkörperchen (Erythrozyten) wurde folgendes beobachtet: Sie verloren ihre ursprüngliche Form und streckten sich; gleichzeitig trat ihre Verfärbung (infolge Hämolyse) auf. Bei weiterer Bestrahlung zerbrachen sie schließlich und zerfielen in viele einzelne kleine Kugeln.

Bereits 1928 wurde festgestellt, dass leuchtende Bakterien durch Ultraschall zerstört werden. In den Folgejahren wurden zahlreiche Arbeiten zur Wirkung von Ultraschallwellen auf Bakterien und Viren veröffentlicht. Gleichzeitig stellte sich heraus, dass die Ergebnisse sehr unterschiedlich sein können: Einerseits wurden vermehrte Agglutination, Virulenzverlust oder das vollständige Absterben von Bakterien beobachtet, andererseits wurde auch der gegenteilige Effekt festgestellt - eine Zunahme der die Zahl der lebensfähigen Personen. Letzteres tritt besonders häufig nach Kurzzeitbestrahlungen auf und lässt sich dadurch erklären, dass bei Kurzzeitbestrahlungen zunächst eine mechanische Ablösung von Ansammlungen von Bakterienzellen auftritt, wodurch jede einzelne Zelle eine neue Kolonie entstehen lässt.

Es zeigte sich, dass Typhusstäbchen durch Ultraschall mit einer Frequenz von 4, 6 MHz vollständig abgetötet werden, während Staphylokokken und Streptokokken nur teilweise geschädigt werden. Mit dem Absterben von Bakterien erfolgt gleichzeitig deren Auflösung, dh die Zerstörung morphologischer Strukturen, so dass nach der Einwirkung von Ultraschall nicht nur die Anzahl der Kolonien in einer bestimmten Kultur abnimmt, sondern die Zählung der Anzahl der Individuen eine Abnahme der morphologisch konservierte Bakterienformen. Bei Bestrahlung mit Ultraschall mit einer Frequenz von 960 kHz werden Bakterien mit einer Größe von 20–75 µm viel schneller und vollständiger abgetötet als Bakterien mit einer Größe von 8–12 µm [23].

Am Moskauer Zentralen Forschungsinstitut für Traumatologie und Orthopädie, benannt nach V. I. NN Priorov untersuchte [24] die Wirkung von Niederfrequenz-Ultraschallkavitation auf die Vitalaktivität verschiedener Staphylokokkenstämme. In Experimenten in vitro wurden die folgenden Ergebnisse erhalten. Die Ultraschallbehandlung wurde bei einer Temperatur von 32 °C mit einem Ultraschalldesintegrator der Firma MSE (Großbritannien) durchgeführt, der folgende technische Parameter aufweist: Leistung 150 W, Vibrationsfrequenz 20 kHz, Amplitude 55 µm. Die Expositionszeit betrug 1, 2, 5 "7, 10 Minuten. Für jede Exposition wurden separate Fläschchen mit 5 ml Mikroorganismensuspension mit 2500 Keimkörpern in 1 ml Flüssigkeit verwendet. des Mediums unmittelbar nach der Ultraschallbehandlung nicht nur nicht abschwächen, aber bei einigen Expositionen der Sondierung (1-3 min) es sogar geringfügig intensiviert.waren unbedeutend und unterschied sich fast nicht von der Kontrolle. Die Wirkung von Ultraschall auf Mikroorganismen kann auftreten ^ nicht sofort, aber nach einer Weile, notwendig für die Entwicklung von Stoffwechselstörungen in den Zellen, daher wurde die Inokulation von Staphylokokken auf festen Nährmedien 24, 36 und 48 Stunden nach Ultraschall untersucht Vor der Aussaat auf Petrischalen wurden die beschallten Staphylokokkenstämme kultiviert und in Reagenzgläsern mit Brühe in einem Thermostat bei 37 ° C. Es wurde festgestellt, dass nach 24 und 36 Stunden nach der Ultraschallbehandlung die Anzahl der gewachsenen Kolonien von Staphylokokken im Vergleich zur Kontrolle abnimmt, die Aussaatrate von Staphylokokken umgekehrt proportional zur Zeit der Sondierung der Mikroorganismen ist. Nach 7-10 Minuten Beschallung ergab die Aussaat entweder kein Wachstum oder einzelne Kolonien, die für Staphylococcus nicht typisch sind, wuchsen auf Petrischalen. Nach 48 Stunden war die hemmende Wirkung des Ultraschalls stärker ausgeprägt und äußerte sich in einer weiteren Abnahme der Keimbesiedelung bei allen Expositionen.

Eine Studie über die Empfindlichkeit von untersuchten Mikroorganismen gegenüber der Wirkung einiger Antibiotika und Antiseptika zeigte, dass bei 8 von 13 verwendeten Medikamenten die minimale Hemmkonzentration nach der Ultraschallbehandlung von Staphylokokken um das 2- bis 4-fache abnahm. Dies zeigt die Machbarkeit der kombinierten Verwendung von niederfrequenten Ultraschallschwingungen und antibakteriellen Lösungen für eine effektivere Wirkung auf die mikrobielle Zelle [7, 10].

Die destruktive Wirkung von Ultraschallwellen hängt von der Konzentration der Bakteriensuspension ab. In einer zu dicken und daher sehr viskosen Suspension wird keine Bakterienzerstörung beobachtet, sondern nur eine Erwärmung festgestellt. Verschiedene Stämme derselben Bakterienart können völlig unterschiedliche Einstellungen gegenüber Ultraschallbestrahlung haben [11].

Daraus können wir schließen, dass die Wirkung von Ultraschall auf Biomaterial im Allgemeinen und Mikroorganismen im Besonderen von vielen Umweltfaktoren und vom Zustand der lebenden Materie abhängt und in Wirklichkeit nur schwer vorherzusagen ist.

Am Lehrstuhl der SSTU wurden Versuche zur Ultraschallreinigung von intraossären Zahnimplantaten aus Titan in verschiedenen Arbeitslösungen durchgeführt.

Die Reinigung von Produkten ist umso effizienter, je näher sie an der emittierenden Oberfläche des Strahlers sind. Mit der Entfernung vom Sender ändert sich die Intensität der Ultraschallschwingungen entlang einer idealisierten Kurve. Das beste Ergebnis wurde bei einer Intensität von 16 W/cm2 in Leitungs- und Brauchwasser bei 50 + 5 °C mit einer Sulfanolkonzentration von 0,25 % bei einer Beschallungszeit von 5-10 Minuten erzielt (Abb. 2.1). Die beschallten Produkte befanden sich in einem Abstand von nicht mehr als 10 mm von der emittierenden Oberfläche.

So führt laut den Experimenten eine Erhöhung der Intensität von 0,4 auf 16 W / cm2 zu einer Verbesserung der Reinigungsqualität (Abb. 2.2), aber in keinem Modus wird eine 100%ige Sterilisation der Produkte erreicht.