La cavitazione nell'ambiente è la ragione principale dell'effetto distruttivo degli ultrasuoni sui microrganismi. Se la formazione di bolle veniva soppressa aumentando la pressione esterna, l'effetto distruttivo sui protozoi diminuiva. La rottura quasi istantanea di oggetti nel campo degli ultrasuoni è stata causata da bolle d'aria o anidride carbonica nelle cellule vegetali intrappolate all'interno di questi organismi.
Ciò dimostra che grandi differenze di pressione che si verificano durante la cavitazione portano alla rottura delle membrane cellulari e di interi piccoli organismi. L'effetto degli ultrasuoni su vari tipi di funghi è stato studiato molte volte. Quindi, l'ecografia viene utilizzata con successo in fitopatologia. Su semi di barbabietola da zucchero infettati naturalmente da Phoma betae, Cercospora beticola, Alternaria sp. o Fusarium sp., è stato possibile distruggere questi funghi e batteri molto meglio mediante irradiazione a breve termine con ultrasuoni in acqua di quanto non sia stato possibile con l'acquaforte. L'irradiazione dei semi con ultrasuoni durante l'incisione aumenta in modo significativo l'effetto di una sostanza fungicida o battericida. La ragione, a quanto pare, è che le vibrazioni sonore aumentano la velocità di diffusione dell'acqua e delle sostanze in essa disciolte attraverso le membrane delle cellule vegetali,che realizza un'azione più rapida su funghi e batteri.
Gli ultrasuoni hanno anche un effetto negativo sulle singole cellule degli organismi superiori. Durante l'irradiazione dei globuli rossi (eritrociti), è stato osservato quanto segue: hanno perso la loro forma originale e si sono allungati; in questo caso si è verificato il loro scolorimento (a seguito dell'emolisi). Con ulteriore irradiazione, alla fine scoppiarono e si disintegrarono in tante piccole palline separate.
Già nel 1928 fu stabilito che i batteri luminosi vengono distrutti dagli ultrasuoni. Negli anni successivi fu pubblicato un gran numero di lavori sugli effetti delle onde ultrasoniche su batteri e virus. Allo stesso tempo, si è scoperto che i risultati potevano essere molto diversi: da un lato, c'era un aumento dell'agglutinazione, perdita di virulenza o morte completa dei batteri, dall'altro, è stato notato anche l'effetto opposto: un aumento del numero di individui vitali. Quest'ultimo si verifica soprattutto dopo l'irradiazione a breve termine e può essere spiegato dal fatto che, durante l'irradiazione a breve termine, prima di tutto, c'è una separazione meccanica degli accumuli di cellule batteriche, a causa della quale ogni singola cellula dà origine a una nuova colonia.
Si è riscontrato che i bastoncelli tifoidi vengono completamente uccisi dagli ultrasuoni con una frequenza di 4,6 MHz, mentre stafilococchi e streptococchi vengono danneggiati solo parzialmente. Quando i batteri muoiono, la loro dissoluzione avviene simultaneamente, cioè la distruzione delle strutture morfologiche, così che dopo l'azione degli ultrasuoni, non solo il numero di colonie in una data coltura diminuisce, ma il conteggio del numero di individui rivela una diminuzione delle forme morfologicamente conservate di batteri. Quando irradiati con ultrasuoni a una frequenza di 960 kHz, i batteri con una dimensione di 20–75 µm vengono distrutti molto più velocemente e più completamente dei batteri con una dimensione di 8–12 µm [23].
Presso l'Istituto centrale di ricerca scientifica di traumatologia e ortopedia di Mosca intitolato a V. I. NN Priorov ha condotto una ricerca [24] sull'effetto della cavitazione ultrasonica a bassa frequenza sull'attività vitale di vari ceppi di stafilococco. Negli esperimenti in vitro, sono stati ottenuti i seguenti risultati. La sonicazione è stata effettuata ad una temperatura di 32 ° C utilizzando un disintegratore ad ultrasuoni di MSE (Gran Bretagna) con i seguenti parametri tecnici: potenza 150 W, frequenza di vibrazione 20 kHz, ampiezza 55 μm. Il tempo di esposizione è stato di 1, 2, 5 "7, 10 minuti. Per ciascuna esposizione sono state utilizzate fiale separate con 5 ml di sospensione di microrganismi contenenti 2500 corpi microbici in 1 ml di liquido. I risultati della ricerca hanno dimostrato cheche la capacità dei microrganismi di moltiplicarsi durante la semina su terreni nutritivi solidi immediatamente dopo il trattamento ad ultrasuoni non solo non è indebolita, ma con alcune esposizioni di sonicazione (1-3 min) aumenta anche leggermente. Allo stesso tempo, quando lo stafilococco è stato sonicato per 5, 7 e 10 minuti, i cambiamenti nel numero di colonie cresciute sulla superficie dell'agar nelle piastre di Petri erano insignificanti e quasi non differivano dal controllo. L'effetto degli ultrasuoni sui microrganismi può manifestarsi non immediatamente, ma dopo un po ', necessario per lo sviluppo di disordini metabolici nelle cellule, pertanto la semina di stafilococco su terreni nutritivi solidi è stata studiata 24, 36 e 48 ore dopo il trattamento ultrasonico. Prima della placcatura su piastre di Petri, i ceppi di stafilococco sonicati sono stati coltivati in provette con brodo in un termostato a 37 ° C. È stato trovato,che in 24 e 36 ore dopo il trattamento ad ultrasuoni, il numero di colonie di stafilococchi cresciute rispetto al controllo diminuisce, la velocità di semina dello stafilococco è inversamente proporzionale al tempo di sondaggio dei microrganismi. Dopo 7-10 minuti di sonicazione, la semina non ha prodotto alcuna crescita o singole colonie non tipiche dello stafilococco sono cresciute su piastre di Petri. Dopo 48 ore, l'effetto inibitorio degli ultrasuoni era più pronunciato e si manifestava in un'ulteriore diminuzione della semina di microrganismi a tutte le esposizioni. Dopo 7-10 minuti di sonicazione, la semina non ha prodotto alcuna crescita o singole colonie non tipiche dello stafilococco sono cresciute su piastre di Petri. Dopo 48 ore, l'effetto inibitorio degli ultrasuoni era più pronunciato e si manifestava in un'ulteriore diminuzione della semina di microrganismi a tutte le esposizioni. Dopo 7-10 minuti di sonicazione, la semina non ha prodotto alcuna crescita o singole colonie non tipiche dello stafilococco sono cresciute su piastre di Petri. Dopo 48 ore, l'effetto inibitorio degli ultrasuoni era più pronunciato e si manifestava in un'ulteriore diminuzione della semina di microrganismi a tutte le esposizioni.
Uno studio sulla sensibilità dei microrganismi rilevati all'azione di alcuni antibiotici e antisettici ha dimostrato che in 8 farmaci su 13 utilizzati, la concentrazione inibitoria minima dopo il trattamento ultrasonico dello stafilococco è diminuita di 2-4 volte. Ciò indica la fattibilità dell'uso combinato di vibrazioni ultrasoniche a bassa frequenza e soluzioni antibatteriche per un effetto più efficace sulla cellula microbica [7, 10].
L'effetto distruttivo delle onde ultrasoniche dipende dalla concentrazione della sospensione batterica. In una sospensione troppo densa e, quindi, molto viscosa, non si osserva alcuna distruzione di batteri, ma si può notare solo il riscaldamento. Diversi ceppi della stessa specie batterica possono avere atteggiamenti completamente diversi nei confronti dell'irradiazione ultrasonica [11].
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Possiamo quindi concludere che l'effetto degli ultrasuoni sulla biomateria in generale e sui microrganismi, in particolare, dipende da molti fattori ambientali e dallo stato della materia vivente, ed in realtà è piuttosto difficile da prevedere.
Presso il dipartimento di SSTU sono stati condotti esperimenti sulla pulizia ad ultrasuoni di impianti dentali intraossei in titanio in varie soluzioni di lavoro.
La pulizia dei prodotti è tanto più efficiente quanto più sono vicini alla superficie di emissione dell'emettitore. Con la distanza dall'emettitore, l'intensità delle vibrazioni ultrasoniche cambia lungo una curva idealizzata. Il miglior risultato è stato ottenuto ad un'intensità di 16 W / cm2 in acqua di rubinetto e industriale a 50 + 5 ° C con una concentrazione di sulfanolo dello 0,25% con un tempo di sonicazione di 5-10 minuti (Fig. 2.1). I prodotti sonicati erano a una distanza non superiore a 10 mm dalla superficie radiante.
Figura: 2.1. Grafico della dipendenza della contaminazione dei prodotti dal tempo di suono a un'intensità di vibrazione di 16 W / cm2
Pertanto, secondo gli esperimenti, un aumento dell'intensità da 0,4 a 16 W / cm2 fornisce un miglioramento della qualità della pulizia (Fig. 2.2), ma la sterilizzazione del 100% dei prodotti non viene ottenuta in nessuna modalità.
Figura: 2.2. Un grafico della dipendenza dell'effetto sterilizzante degli ultrasuoni dall'intensità degli ultrasuoni.
