Екологічна реабілітологія. Механізми біологічної дії факторів на організм. Ультразвук, вібрація

Механізм біологічної дії ультразвуку

Біологічні ефекти ультразвуку визначаються рівнем звукового тиску і параметрами ультразвукової хвилі. Біологічна дія контактного ультразвуку викликає поліморфні зміни майже в усіх тканинах, органах і системах в залежності від ступеня їх резистентності до ультразвуку, яка визначається будовою, щільністю, станом кровообігу і метаболізму тканини. Наприклад, найменше поглинання спостерігається в жировому шарі і майже вдвічі більше - в м`язовій тканині. Максимально чутливими до УЗД є нервова і кісткова тканини. Біологічний ефект ультразвуку обумовлений його механічним (вібраційних), тепловим і фізико-хімічним дією.

Теплова дія ультразвуку пов`язано в основному з частковим переходом механічної енергії ультразвукової хвилі в тепло. При інтенсивності ультразвуку 4 Вт / см2 і впливі його протягом 20 з точкова температура тканини може підвищуватися на 5-6 ° С. Позитивний біологічний ефект в тканинах викликає ультразвук малої (до 1,5 Вт / см2) і середньої (1,5-3,0 Вт / см2) інтенсивності. УЗД більшою (3-10 Вт / см2) інтенсивності надає шкідливу дію.

Тепловий ефект ультразвуку викликає в першу чергу розширення судин і збільшення тканинного кровотоку, але в подальшому ангіодистонія змінюється явищами ангіоспазму. УЗД також надає на тканині тепловий вплив, яке може привести до їх перегріву і термічного пошкодження. В результаті ультразвукового перегріву рідких і колоїдних біосередовищ виникають дрібні бульбашки пара і газу, які в подальшому при короткочасних коливаннях внутритканевого тиску можуть лопатися. Це явище супроводжується гідравлічними ударами великої руйнівної сили.

Ультразвук може ініціювати в тканинах і складні електрохімічні процеси: виникають в місці розрядження при розриві рідкого середовища електричні розряди призводять до іонізації молекул води. Поява при цьому вільних радикалів, що володіють великою реактивної здатністю, обумовлює розпад амінокислот і білка, інактивацію ферментів, деполимеризацию і деструкцію нуклеїнових кислот, пуринових сполук та інших біологічно активних речовин. В результаті накопичуються токсичні продукти перекисного окислення, порушується нормальний перебіг біологічних процесів, зокрема окисного фосфорилювання, уповільнення якого знижує ресинтез АТФ і порушує процеси енергетичного метаболізму.

Ультразвук ініціює в клітинах широкий спектр фізико-хімічних реакцій, зокрема конформаційну перебудову білкових комплексів клітинних мембран, що приводить до зміни їх проникності. Це обумовлює підвищення вмісту в клітинах іонів натрію і кальцію і втрату іонів калію, що в свою чергу викликає розлад процесів поляризації та деполяризації клітини. Зміна біоенергетики гладких елементів мікросудин (артеріол, прекапилляров, капілярів) посилює порушення, викликані безпосереднім механічним впливом ультразвуку на периваскулярні нервові сплетення і рецепторні нервові закінчення. До розладу мікроциркуляції приєднується порушення кровообігу в більш великих судинах різних регіонів верхніх кінцівок (на пальцях, кистях, передпліччях), переважно за рахунок зміни еластичних і тонічних властивостей артеріального русла.

Надаючи безпосереднє шкідливу дію на периферичний рецепторний апарат шкіри, ультразвук при тривалому впливі обумовлює нейрональні зміни як в вегетативних, так і в соматичних нервових волокнах, викликаючи пригнічення збудливості нерва, аж до формування повного блоку. Наприклад, тривалий вплив УЗД на дистальнівідділи кистей рук призводить до хронічного порушення мікроциркуляції і тканинного метаболізму в них, що викликає периферичні нейрососудістие і трофічні розлади.

Не будучи специфічним подразником, ультразвук, у міру збільшення його інтенсивності, збуджує найрізноманітніші рецепторні структури: температурні, тактильні, больові, віброрецептори, ніж опосередковано рефлекторно змінює функціональний стан ЦНС. Він може надавати і пряме безпосереднє виборче дію на різні відділи ЦНС: гіпоталамус, ретикулярну формацію стовбура і таламуса, кору і підкірку, лімбічну систему, що проявляється в порушенні функціонального стану мозку. Зміна церебральної біоелектричної активності характеризується депресією альфа-ритму, появою неадекватних реакцій на функціональні навантаження. Є дані про вплив ультразвуку на ендокринну систему, зокрема при інтенсивності УЗ-впливу в 130 дБ відзначено наростання ендокринної активності передньої долі гіпофіза, кори надниркових залоз щитовидної залози.

Механізм біологічної дії вібрації. Механізми біологічної дії вібрації і ультразвуку в чому схожі. В процесі філогенезу у людини сформувалися пристосування, що охороняють від струсу його життєво важливі органи і системи. Однак при тривалому впливі вібрації вони можуть стати неспроможними. Надмірна вібрація на рецептори індукує наростання збудливості відповідних вищерозміщених нервових центрів. В результаті патологічної афферентной імпульсації на різних рівнях вегетативно-судинної регуляції (нейрони спинного мозку, симпатичні ганглії, ретикулярна формація стовбура мозку, підкіркові структури і кора) формуються патологічні рефлекторні реакції: порушується регіональний кровообіг -зазначає спазм периферичний судин. Чим більше змінена вібраційна чутливість, то більша виражена вазоконстрикція. Не виключається і пряме механічне пошкодження гладких м`язів судин.

Високочастотна вібрація достатньої потужності порушує регуляцію мозкового кровотоку у вигляді зниження загального рівня мозкового кровотоку з формуванням клінічних ознак церебрального ангиодистонического синдрому. Зменшення кровотоку викликає порушення тканинного метаболізму і локальну токсичну акумуляцію метаболічних продуктів. Під впливом вібрації порушується вироблення таких фізіологічно активних речовин, як гістамін, простагландини, брадикінін і серотонін. Надалі в тканинах розвиваються зміни дистрофічного характеру. Рефлекторний спазм судин призводить до ишемизации чутливих волокон соматичних нервів, що формує відчуття болю в тих зонах, які іннервуються даними нервами. У механізмі формування нейросудинних розладів при вібраційному впливі встановлена важлива роль порушень реактивності клітинних блокатори.

Патогенез виражених форм вісцеральної патології при вібраційної хвороби недостатньо добре вивчений. На думку більшості дослідників, функціональні порушення серцево-судинної системи, травних залоз, обміну речовин і ін. Мають вторинний рефлекторний характер і можуть бути пояснені зміненої нейроендокринної та вегетативної регуляцією.

А.С. Медведєв