Экологическая реабилитология. Механизмы биологического воздействия факторов на организм. Ультразвук, вибрация

Механизм биологического действия ультразвука

Биологические эффекты ультразвука определяются уровнем звукового давления и параметрами ультразвуковой волны. Биологическое действие контактного ультразвука вызывает полиморфные изменения почти во всех тканях, органах и системах в зависимости от степени их резистентности к ультразвуку, которая определяется строением, плотностью, состоянием кровообращения и метаболизма ткани. Например, наименьшее поглощение наблюдается в жировом слое и почти вдвое большее - в мышечной ткани. Максимально чувствительными к УЗИ являются нервная и костная ткани. Биологический эффект ультразвука обусловлен его механическим (вибрационным), тепловым и физико-химическим действием.

Тепловое действие ультразвука связано в основном с частичным переходом механической энергии ультразвуковой волны в тепло. При интенсивности ультразвука 4 Вт/см2 и воздействии его в течение 20 с точечная температура ткани может повышаться на 5-6 °С. Положительный биологический эффект в тканях вызывает ультразвук малой (до 1,5 Вт/см2) и средней (1,5-3,0 Вт/см2) интенсивности. УЗИ большей (3-10 Вт/см2) интенсивности оказывает повреждающее действие.

Тепловой эффект ультразвука вызывает в первую очередь расширение сосудов и увеличение тканевого кровотока, но в последующем ангиодистония сменяется явлениями ангиоспазма. УЗИ также оказывает на ткани тепловое воздействие, которое может привести к их перегреву и термическому повреждению. В результате ультразвукового перегрева жидких и коллоидных биосред возникают мелкие пузырьки пара и газа, которые в последующем при кратковременных колебаниях внутритканевого давления могут лопаться. Это явление сопровождается гидравлическими ударами большой разрушительной силы.

Ультразвук может инициировать в тканях и сложные электрохимические процессы: возникающие в месте разряжения при разрыве жидкой среды электрические разряды приводят к ионизации молекул воды. Появление при этом свободных радикалов, обладающих большой реактивной способностью, обусловливает распад аминокислот и белка, инактивацию ферментов, деполимеризацию и деструкцию нуклеиновых кислот, пуриновых соединений и других биологически активных веществ. В итоге накапливаются токсичные продукты перекисного окисления, нарушается нормальное течение биологических процессов, в частности окислительного фосфорилирования, замедление которого снижает ресинтез АТФ и нарушает процессы энергетического метаболизма.



Ультразвук инициирует в клетках широкий спектр физико-химических реакций, в частности конформационную перестройку белковых комплексов клеточных мембран, приводящую к изменению их проницаемости. Это обусловливает повышение содержания в клетках ионов натрия и кальция и потерю ионов калия, что в свою очередь вызывает расстройство процессов поляризации и деполяризации клетки. Изменение биоэнергетики гладкомышечных элементов микрососудов (артериол, прекапилляров, капилляров) усугубляет нарушения, вызванные непосредственным механическим воздействием ультразвука на периваскулярные нервные сплетения и рецепторные нервные окончания. К расстройству микроциркуляции присоединяется нарушение кровообращения в более крупных сосудах различных регионов верхних конечностей (на пальцах, кистях, предплечьях), преимущественно за счет изменения эластических и тонических свойств артериального русла.

Оказывая непосредственное повреждающее действие на периферический рецепторный аппарат кожи, ультразвук при длительном воздействии обусловливает нейрональные изменения как в вегетативных, так и в соматических нервных волокнах, вызывая угнетение возбудимости нерва, вплоть до формирования полного блока. Например, длительное воздействие УЗИ на дистальные отделы кистей рук приводит к хроническому нарушению микроциркуляции и тканевого метаболизма в них, что вызывает периферические нейрососудистые и трофические расстройства.



Не являясь специфическим раздражителем, ультразвук, по мере увеличения его интенсивности, возбуждает самые различные рецепторные структуры: температурные, тактильные, болевые, виброрецепторы, чем опосредованно рефлекторно изменяет функциональное состояние ЦНС. Он может оказывать и прямое непосредственное избирательное действие на различные отделы ЦНС: гипоталамус, ретикулярную формацию ствола и таламуса, кору и подкорку, лимбическую систему, что проявляется в нарушении функционального состояния мозга. Изменение церебральной биоэлектрической активности характеризуется депрессией альфа-ритма, появлением неадекватных реакций на функциональные нагрузки. Имеются данные о влиянии ультразвука на эндокринную систему, в частности при интенсивности УЗ-воздействия в 130 дБ отмечено нарастание эндокринной активности передней доли гипофиза, коры надпочечников щитовидной железы.

Механизм биологического действия вибрации. Механизмы биологического действия вибрации и ультразвука во многом схожи. В процессе филогенеза у человека сформировались приспособления, охраняющие от сотрясения его жизненно важные органы и системы. Однако при длительном влиянии вибрации они могут стать несостоятельными. Длительное воздействие вибрации на рецепторы индуцирует нарастание возбудимости соответствующих вышележащих нервных центров. В результате патологической афферентной импульсации на различных уровнях вегетативно-сосудистой регуляции (нейроны спинного мозга, симпатические ганглии, ретикулярная формация ствола мозга, подкорковые структуры и кора) формируются патологические рефлекторные реакции: нарушается региональное кровообращение -отмечается спазм периферический сосудов. Чем больше изменена вибрационная чувствительность, тем значительнее выражена вазоконстрикция. Не исключается и прямое механическое повреждение гладкомышечных клеток сосудов.

Высокочастотная вибрация достаточной мощности нарушает регуляцию мозгового кровотока в виде снижения общего уровня мозгового кровотока с формированием клинических признаков церебрального ангиодистонического синдрома. Уменьшение кровотока вызывает нарушение тканевого метаболизма и локальную токсическую аккумуляцию метаболических продуктов. Под влиянием вибрации нарушается выработка таких физиологически активных веществ, как гистамин, простагландины, брадикинин и серотонин. В дальнейшем в тканях развиваются изменения дистрофического характера. Рефлекторный спазм сосудов приводит к ишемизации чувствительных волокон соматических нервов, что формирует ощущение боли в тех зонах, которые иннервируются данными нервами. В механизме формирования нейрососудистых расстройств при вибрационном воздействии установлена важная роль нарушений реактивности клеточных адренорецепторов.

Патогенез выраженных форм висцеральной патологии при вибрационной болезни недостаточно хорошо изучен. По мнению большинства исследователей, функциональные нарушения сердечно-сосудистой системы, пищеварительных желез, обмена веществ и др. имеют вторичный рефлекторный характер и могут быть объяснены измененной нейроэндокринной и вегетативной регуляцией.

А.С. Медведев