КАВИТАЦИЯ

КАВИТАЦИЯ (лат. cavitas углубление, полость) — процесс образования в слое жидкости полостей (кавитационных пузырьков), заполненных смесью паров жидкости с растворенными в ней газами, в результате локального понижения давления до нек-рого (критического) значения. Если понижение давления обусловлено возникновением в потоке жидкости больших местных скоростей, К. называют гидродинамической, если акустическими колебаниями,— акустической.

Явление К. широко используется для дезинтеграции тканей и клеток, для выделения из животных и растительных клеток ферментов, гормонов и других биологически активных веществ. К. может иметь место в тканях организма при ультразвуковой резке и сварке металла, а также при физиотерапевтическом применении ультразвука с интенсивностью, превышающей 1 вт-см². Явление К. наблюдается при разрушении глубинных тканевых структур фокусированным пучком ультразвука (см. Ультразвуковая терапия).

В чистой и дегазированной жидкости К. затруднена, т. к. для разрыва такой, жидкости нужно приложить большие отрицательные давления. Теоретическая прочность воды на разрыв равна ок. 1500 кг/см². Реальные жидкости менее прочны, что связано с наличием в них так наз. кавитационных зародышей (т. е. пылинок, микропузырьков газа, ионов, гидрофобных областей макромолекул и т. д.). При понижении давления ниже критического образовавшиеся полости заполняются парами или газами, растворенными в жидкости, быстро увеличиваются в объеме и превращаются в большие кавитационные пузыри. Попав в зону повышенного давления, они быстро сокращаются в объеме (захлопываются), что сопровождается резким повышением температуры газа, находящегося в пузырьке. К. сопровождается различными физ.-хим. явлениями — свечением, ударными волнами, эрозией поверхности твердых тел, а также возникновением или ускорением хим. реакций, которые в отсутствие К. либо протекают с малыми скоростями, либо не наблюдаются вовсе.

Гидродинамическая К., как правило, отрицательно влияет на работу гидравлических машин, судовых гребных винтов, турбин, насосов и др. Предполагается, что она может иметь место в потоке крови, существенно отличающемся от обычных течений жидкости, поскольку движущаяся кровь заключена в систему эластичных труб и испытывает периодические пульсации. К. в крови может приводить к повреждению сердечных клапанов и стенок артерий, стимулируя развитие атеросклероза. При резких движениях в перерастянутых участках ткани или жидкости могут возникать стабильные газовые зародыши, которые при понижении барометрического давления (подъем на высоту, всплытие с глубины) увеличиваются в размерах, превращаются в газовые пузырьки и приводят к развитию декомпрессионной болезни (см.). Однако данное явление отличается от К., т. к. К. подразумевает не только образование пузырьков, но и их быстрое сокращение с сопутствующими проявлениями (повышение температуры, ударные волны, свечение и т. д.).

Акустическая К. возникает при действии на жидкость звука, интенсивность к-рого превосходит пороговое значение. Величина порога зависит от содержания В жидкости кавитационных зародышей и может меняться в широких пределах в зависимости от гидростатического давления, частоты акустических колебаний, продолжительности воздействия, объема жидкости, а также от свойств самой жидкости — вязкости, давления насыщающих паров, способности растворять газы и т. д. Поскольку параметры звука, вызывающего акустическую К., относительно легко регулировать, она находит все более широкое применение во многих отраслях промышленности для создания новых технологических процессов и совершенствования старых. В большинстве своем практическое применение ультразвука (см.) основано на эффекте К.

К. в тканях может сопровождаться разрушением отдельных клеток или возникновением внутриклеточных микропотоков, смещающих органеллы клеток, свечением в видимой и ультрафиолетовой областях, к-рое может быть локализовано как внутри клетки, так и вне ее. В клетках при этом может происходить образование химически активных частиц, которые, реагируя с биомакромолекулами клеточных мембран и клеточного содержимого, способны приводить к глубоким и необратимым изменениям интенсивности и характера обменных и других процессов, протекающих в клетках.

Библиография: Пирсол И. Кавитация, пер. с англ., М., 1975, библиогр.; Эль-п и н e р И. Е. Биофизика ультразвука, М., 1973; Lele P. P., Senapati N. a. Hsu W. L. Mechanisms of tissue — ultrasonud interaction, в кн.: Ultrasonics in med., ed. by M. de Vlieger a. o., p. 345, Amsterdam, 1974, bibliogr.

В. Б. Акопян.