Вход

Биологический эффект действия звука и вибрации на клетки и ткани организма

Реферат по биологии
Дата добавления: 27 ноября 2010
Язык реферата: Русский
Word, rtf, 184 кб
Реферат можно скачать бесплатно
Скачать
Данная работа не подходит - план Б:
Создаете заказ
Выбираете исполнителя
Готовый результат
Исполнители предлагают свои условия
Автор работает
Заказать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу
Содержание Действие низкочастотной вибрации на клетки и ткани организма Совме стное действие шума и вибрации на организм животных и человека Дейст вие шума на организм человека и животных Перен осимость вибрации и звука Действие н изкочастотной вибрации на клетки и ткани организма Физическая природа звука и вибрации одна и та же . В обоих случаях речь идет об упругих коле баниях, волнообразно распространяющихся в среде газообразной, жидкой и твердой . Вместе с тем, как мы уже отмеч али, биологический эффект действия звука и вибрации на клетки и ткани ор ганизма далеко не одинаков . К сожале нию, природа различий в действии этих двух физически родственных фактор ов во многом еще не изучена . Для эффек тивного действия вибрации существенным ее параметром являются ускорен ие, частота колебаний гравитационных сил, векторы этих колебаний . Для звука, однако, ведущими параметрами я вляются интенсивность, выраженная через давление, и так же, как для вибра ции - частота : в первом случае вибрационная, во втором - звуковая . Но ближе э ти различия до сих пор не установлены . Для сравнения эффективности действия на один и тот же объект звука и вибрации проведены следующие опыты . Эстрагированный из мышц белок миозин подвергался дейс твию звука . Эффективность действия з вука оценивалась по степени денатурации белка . Оказалось, что при действии звука максимальный эффект набл юдается при частоте 3000 Гц . Далее, из рас твора белка получали миозиновые нити и также действовали на них звуком р азличной частоты . Мерой оценки эффек тивности действия звука служила величина связываемого красителя нитям и . Оказалось, что и в этом случае мальный эффект действия звука наблюдается в области 3000 Гц . Именно эти объекты и гомогенат тех же мышц мы подвергали вибрации с различными частотами . Эффект действия вибрации оценивали по изменению ферментативн ой активности . Во всех случаях макси мальный эффект наблюдался при вибрации частотой 200 Гц . Далее мы попытались найти наиболее эффективные частот ы вибрации для мышцы, оценивая эффект вибрации также по изменениям АТФаз ной активности белка, экстрагированного из этой мышцы . Оказалось, что частотой, при которой все более нарушае тся ферментативная активность, также является частота 200 Гц . Мы уже видели, что при действии звука с частотой на те же объекты никакого заметного эффекта не обнаруживается . Тогда как при вибрации с частотой 200 Гц в какой бы упаковке белок ни находился, вибрация будет оказывать на него максима льное действие . 20 0 Гц - это резонансная частота данного белка . При сравнении эффективных частот звука и вибрации при их действии на самые различные по своим характеристикам клетки и ткани ч астота вибрации примерно на порядок ниже частоты звука . Природа этого различия пока не ясна . Ниже приводятся данные серии экспериментов по выясне нию действия низкочастотной вибрации на ткани и органы мышей . Результаты многочисленных опытов показали, что низкочастотные вибрации в большинстве исследованных тканей, за иск лючением селезенки и печени, вызвали заметные, статистически достоверн ые структурные изменения в клетках . Установлено также, что степень их изменения для каждой ткани и органа ра злична, что свидетельствует о их различии чувствительности к данным час тотам вибрации . Более чувствительны ми оказались ткани нейрогенного происхождения, особенно при вибрации с частотой 25 Гц . Оценивая роль частотных характеристик вибрации в ее б иологическом действии на ткани организма, бросается в глаза одно удивит ельное и пока еще трудно объяснимое явление - отсутствие каких бы то ни было заметных изменений в тканях от ви брации с частотой 50 Гц . Почему вибраци я с частотой 25 Гц вызывает довольно значительные субстанционные изменен ия тканей, но еще более значительными являются изменения, наблюдаемые пр и вибрации с частотой 75 Гц, а при 50 . Гц - отсутствуют ? К сожалению, для объяснения этого явления мы не имеем скольк о-нибудь убедительных экспериментальных данных и вынуждены ограничить ся некоторой аналогией, например с сердечной деятельностью . Как известно, сердце работает в строго посто янном ритме . Если мы будем подавать с игналы раздражения сердца в том же ритме, это будет способствовать улучш ению его деятельности в привычном для него ритме . Представим себе, однако, подачу сердцу стимулов, попадающих в противофазу его ритма . Тогда неизб ежны сердечные перебои с катастрофическим последствием для его дальне йшей судьбы . Нечто подобное можно пр едставить и для других тканей, предполагая, что не только сердце, но и все живые ткани " работают " в определенном ритме, и ритм с такой частотой, подаваемый изв не, будет вызывать лишь улучшение их деятельности . Напротив, другие ритмы, например 25 и 75 Гц, приведут к серьезны м нарушениям и структуры, и функции этих тканей, что нами и наблюдалось . Основной вывод из этой серии опытов заключается в том, что вибрация организма ин тото не отражается от поверхности тела животн ого, как это характерно для звука, а проникает во все органы и ткани, вызыв ая соответствующие нарушения их деятельности . Конечно, звуковые волны частично проникают через толщу тка ней, но давление звуковой волны при этом значительно снижается, и поэтом у наиболее эффективным местом действия звука являются рецепторы повер хности тела " экстероцепторы " - представители нервных центро в . Поэтому становится понятным тот ф акт, что звук, в особенности смешанный шум, является источником головных болей, неврозов, психических расстройств . Вибрация же имеет своим адресатом действия структуры всех тка ней организма, и, следовательно, патологические явления при ее действии на целый организм могут быть самые различные и в самых различных участка х организма . Это определяется в знач ительной степени физическими характеристиками вибрации . Приведем еще один поучительный пример, который подтве рждает мысль о множественном характере явлений, вызываемых вибрацией, о многообразии патологических процессов, возникающих в результате ее де йствия . Для белка - актомио зина резонансной частотой вибрации является 200 Гц . Кроме этой частоты значительный эффект вызывается и вибр ацией с частотой 25 Гц ; в какой бы упако вке белок ни находился - эти частоты е го найдут . При действии вибрации с эт ой частотой белок теряет способность расщеплять АТФ, добывать энергию д ля работы мышц . Будем теперь, исходя и з идеи, что характер патологии определяется физической характеристико й вибрации, подвергать животное вибрации с частотой именно в 25 Гц, заведом о зная, что кроме прочего белок при этом будет утрачивать АТФазную актив ность . Как это скажется на состоянии организма ? Опыты подтвердили ожидае мые результаты . Животные, подвергавш иеся вибрации, утратили физическую силу держаться на воде, плавать . Эти данные в высшей степени поучительны . Становится понятным, почему экипажи вертолетов, трактористы, танкисты и вообще лица других профессий, казало сь бы, не выполняя в процессе своей трудовой деятельности непосредствен но физической работы, но подвергающиеся вибрации, ощущают невероятную ф изическую усталость . Теперь это явле ние уже экспериментально доказано . В проведенных опытах обнаруживаются два очень важных факта . Во-первых, вибрация подавляет физическую выносливость в первые же часы своего действия, и этот эффект, по нашим данным, сохраняется в течение нескольких суток . Из этого следует очень важный практический в ывод - необходимо исключать всякие ф изические нагрузки лицам, подвергавшимся в процессе трудовой деятельн ости вибрации . Во-вторых, вибрация на рушает одно из фундаментальных биологических свойств мышц - способность повышать функциональную актив ность посредством тренировки . После вибрации эту способность мышцы на какое-то время утрачивают . Приведенные опыты показывают также исключительное з начение избирательного действия вибрации в возникновении патологичес ких процессов . Совместное действие шума и вибрации на организм животных и чело века На производстве интенсивность шума часто превышает у становленные гигиенические нормы по частоте и интенсивности . Довольно часто, в зависимости от характера п роизводства, шум, как , в прочем , и вибрация, имеет прерывистый характер, который б олее вреден, чем сплошной . Проведены обследования рабочих судоремонтных предприятий, где частота вибрации доходила до 2000 - 3000 Гц, амплитуда - от 0 .1 до 0 .5 2 мм , а интенсивность шума - 105 дБ . Действие вибрации сочеталось с шумом ука занной характеристики . В таких услов иях у ряда рабочих наблюдались ангиоспазм, боли в пальцах, тремор конечн остей, повышение кровяного давления . Действие шума сказывается прежде всего на органах слу ха, вызывая в них болевые ощущения . Пр и этом наблюдается удивительный по своей природе феномен - асимметрия в изменении чувствительности ух а . Отмечается также, что молодые рабо чие более реактивны к совместному действию шума и вибрации . Это, возможно, связано с тем, что у пожилых раб очих с большим производственным стажем пороги слышимости повышены, час то наблюдается значительная потеря слуха . Напротив, у молодых рабочих каналом восприятия шума является о рган слуха, функция которого еще не нарушена, и потому полностью восприн имается звуковая энергия в сочетании с вибрацией, вызывая наиболее ощут имые результаты . Более подробные исследования совместного действия ш ума и вибрации проведены на крысах . Ж ивотные массой 180 - 200 г подвергались длительной, до двух недель, вибра ции с частотой 6 Гц при амплитуде 0 .0 33 мм и 10 Гц при амплитуде 0 .0 20 мм . В этих условиях интенсивность шума равня лась 72 дБ . Реакция животных оценивал ась по изменению содержания кор тикостер оида в плазме периферической крови, аскорбиновой кислоты в надпочечник ах и веса надпочечников . В первые два дня опытов с сочетанием вибрации и шума вызывают снижение количества ко ртикостероидов в крови с 26% в контроле до 15 .3 % в опыте ; чистый шум в этих условиях оп ыта достоверных изменений не вызывал, можно говорить лишь о некоторой те нденции к повышению . По мере увеличе ния срока действия исследуемых факторов, содержание кортикостероидов заметно уменьшается, и при действии только шума на 12-е сутки опытов содержание кортикостерои дов оказалось одинак ово уменьшено до 1 4.6 % как в случае совместно го действия вибрации и шума, так и одного лишь шума . Аналогичные результаты получены и при вибрации с частото й 10 Гц . Проводились исследования продолжительного действия вибрации и шума . Было показано, что со вместное действие вибрации и шума повышает содержание в крови сахара, хо лестерина, липопротеида . Оказалось, что рост животного резко замедлен - д о 50 - 60% . Вероятно, в силу того, что вибрация и шум - одной физической природы, их совместное биологическое дейс твие суммируется . Действие шума на орг анизм человека и животных Два вида механических колебаний - звук и вибрации, принято различать по среде их передачи при распространении от источника генерации этих колебаний . Колебания, распространяющиеся по воздуху, на зывают звуковыми, и, в зависимости от частоты, их делят на колебания инфра звуковой области и области слышимых звуков . Частоты, превышающие указанные, относятся к ультразвуковой об ласти . Шумы представляют собой смесь частот любой части звукового спектра . Давно уже известно, что звук как смешанных, так и чистых тонов вызывает деструктивные изменения в биологических объектах . Долгое время биологи проявляли интерес к биологическому действию звука с точки зрения его экологического значе ния, физиологи исследовали механизм звуковой рецепции, врачи исследова ли и контролировали нормальное и патологическое состояние органов слу ха . Однако в настоящее время на челов ека действуют звуки небывалой интенсивности, в миллион раз превышающей ту, на фоне которой протекала вся предшествующая история его развития . Это приводит к глубоким патологичес ким процессам, угрожая в будущем судьбе человека - этого царя природы . Воз никла настоятельная необходимость более глубокого исследования механ изма биологического действия звуковой энергии, прежде всего смешанног о спектра частот . Речь идет, как и в сл учае вибрации, о пря мом, нерецептор ном де йствии звуковых колебаний на клетки и ткани организма, минуя специализи рованный орган слуха . При этом следу ет помнить, что звуковые колебания продолжают свое патологическое дейс твие на организм и в тех случаях, когда орган слуха, как некий предохранит ель " высокого напряжения ", выбывает из строя . Сведения Всемирной организации здравоохранения о чи сле профессиональных заболеваний рабочих предприятий с повышенной инт енсивностью шума, к сожалению, касаются лишь утраты слуха, жалоб на голов ные боли, неврозов и др . Это результат действия шума на рецепторы, но есть и прямое действие звука помимо рецеп торов . Пока нет сводок о прямом дейст вии механических колебаний инфра - и звукового диапазона частот, вследствие чего мы ограничимся лишь ссылко й на отдельные исследования, иллюстрирующие эффект биологического дей ствия этого вида энергии . Известно, ч то действие мощных звуков на организм может привести к летальному исход у . Полагают, что гибель животных, подв ергавшихся сильному звуковому воздействию обусловлена действием темп ературы, которая при этом развивается . Звуковая энергия, абсорбированная поверхностью тела животног о, преобразуется в тепло, которое в случае превышения определенных грани ц и вызывает смерть . Авторы отмечают, что при частоте 3000 Гц смерть наступает в течение 9 мин . Возможно, что эта частота является резонансной, при кот орой амплитуда, и в данном случае кавитация, резко увеличивается . О прямом действии звука свидетельствуют опыты исслед ования микрофонного потенциала внутреннего уха на наркотизированных ж ивотных . Было установлено видовое ра зличие чувствительности ганглиозных клеток к интенсивности звука . Поскольку подопытные животные были нар котизированы, то, как надо полагать, действие звука воспринималось не ре цепторами, а непосредственно ганглиозными клетками . Известно, что звук интенсивностью 94 дБ подавляет экспе риментально вызванный лейкоцитоз животных . Из этих данных следует, что звук пронизывает все ткани организм а, вызывая в них функциональные и структурные нарушения . Если учесть при этом, что каждая клеточная по пуляция, каждая функциональная система обладают своей, специфической д ля нее чувствительностью к звуковым воздействиям, то становится понятн ым многообразие форм патологии, вызываемой звуком, как и вибрацией . В норме шум воспринимается всеми рецепторами, а, напри мер, для телец Пачини он является адекватным раздражителем . Но при более мощных звуковых воздействиях, п о нашему мнению, рецепторы перестают " раб отать ". Происходит своеобразное " зашкаливание ", и зв уковая энергия воспринимается всеми тканями организма . К сожалению, мы еще не знаем степени чувствительности нерецепторных клеток к звуку и вибрации ; таких исследований нет и поныне . Между тем отсутствие этих знаний затрудняет понимание механиз ма биологического действия звука и вибрации . Итак, вибрация и звук при определенных условиях являют ся биологически опасным фактором, угрожающим целостности организма . Эта опасность для человека стремите льно возрастает в связи с развитием техники, так как увеличивается интен сивность сопутствующих факторов, при действии которых и вибрация, и шум становятся особенно опасными . Речь и дет о температуре окружающей среды, степени загрязнения атмосферы, ради ации, магнитных полях и др . Следует им еть в виду и то, что наряду с физическими факторами в патогенезе вибрацио нной болезни важнейшую роль играет фактор социальный : моральная обстановка в трудовом коллективе, интерес к профессии, материальные условия жизни и др . Именно в силу своей массовости, в силу этих сопутствующих факто ров новая нозологическая единица болезни, порожденная техническим про грессом, - вибрационная болезнь - теперь стала предметом исследований мед иков всех стран мира, ученых различных областей науки : физиологов, биофизиков, математиков и, как мы уже подчер кивали, социологов ; эта проблема в на ше время приобрела важнейшее социальное значение . Переносимость вибра ции и звука Существует довольно распространенное мнение, что виб рация является фактором, не столь радикально действующим на биологичес кую судьбу объекта по сравнению, например, с термическими и радиационным и, действие которых, безусловно, приводит к гибели . Сложилось убеждение, что биологический эффект вибрации н акапливается в результате длительного или многократно повторяемого ее действия . Основания для этого имеют ся . Насколько нам известно, еще не зар егистрировано ни одного случая смертельного исхода действия вибрации на человека . Однако при ближайшем ра ссмотрении механизма биологического действия вибрации смертельный ис ход объекта не только теоретически возможен, но уже многократно наблюда лся в экспериментах на животных . Еще в 30-х гг . японский исследователь Суеда М . провел обширное исследование дей ствия вибрации на различные функциональные системы лабораторных живот ных . Было установлено, что низкочаст отная вибрация - 140 колебаний в минуту - приводит к смертельному исходу крол иков . По данным автора, горизонтальн ая вибрация является более опасной, чем вертикальная . Аналогичные результаты наблюдаются в опытах на крыса х . Скорость гибели животных повышала сь с увеличением амплитуды колебаний . В серии экспериментов было показано, что смертельный исход от д ействия вибрации наступает в результате смещений органов . Каждый орган обладает своей массой, своими д инамическими свойствами, и в силу этого при вибрации животного, как , в прочем , и чело века, в той или иной области возникает явление резонанса . Многими авторами было показано, что, наприме р, вибрация человека в положении сидя вызывает резонанс при 5 Гц, стоя - при 11 Гц ; голова - 20 Гц, грудь, живот - 8 Гц . Эти исследования объясняют многие явления, связанные с вибрацией : например, случаи, когда при вибрации пило т теряет способность прочитать показания прибора . Как оказалось, это наблюдается при резонансной частот е 24 Гц . Становится понятной и причина смертности животных . Чтобы исключит ь всякого рода нервные влияния на конечный результат вибрации, животных анестезируют, а затем подвергают вибрации . Оказалось, что лишь частоты 18 - 25 Гц вызывают быструю гибель мышей, другие частоты подобного эф фекта не вызывают . Вскрытие показало , что смерть наступает от кровоизлияния в легких и желудочно-кишечном тр акте . Высокая смертность крыс наблюд алась при вибрации с частотой 10 - 45 Гц ; при гибели животных от вибрации обна ружено кровоизлияние в легких . С теоретической и практической точек зрения представ ляет большой интерес серия исследований комбинированного действия виб рации и радиации . Каждый из этих факт оров имеет свою мишень действия : рад иация - компоненты клетки, главным об разом нуклеопротеиды ; вибрация - структуру клетки и субклеточных образо ваний . В этом их специфичность дейст вия на клетки . Однако реакция клетки, как часто можно наблюдать, кажется однозначной . Это обстоятельство дало повод к широкому выводу о существо вании неспецифической реакции клетки в ответ на самые различные виды во здействия : механические, химические , радиационные и др . Но идея неспецифи ческой реакции клеток справедлива лишь на уровне последнего этапа ее бы тия - на грани жизни - паранекрозе . Нача льный этап действия этих факторов и соответствующая им реакция сугубо с пецифичны и представляют особый интерес для биологов . К сожалению, исследование реакций клетки и в микроинте рвалах времени, и на уровне ультраструктуры в ответ на действие хотя бы э тих двух факторов представляет серьезные методические трудности . Может быть, в силу этих трудностей пробле ма комбинированного действия разных факторов на биологические системы пока что изучена крайне слабо . В результате исследований комбинированного действия на животных вибрации и радиации было установлено, что конечный результа т комбинированного действия этих факторов зависит от интенсивности ка ждого из них, от последовательности действия, а также от интервала време ни между факторами . Так, при облучени и мышей после вибрации с частотой 70 Гц их смертность повышается . Напротив, если вначале облучать животное, а п отом подвергнуть его вибрации, то смертность не повышается . Что происходит в клетке после облучения, в ре зультате которого вибрация оказывается неэффективной, - мы не знаем . Мы не знаем также, что происходит в клетке через 5 сут . после вибрации, когда последующее облучение резк о повышает смертность животных . Общи й вывод заключается в том, что при определенных условиях комбинированно е действие вибрации и радиации увеличивает смертность животных либо со кращает продолжительность их жизни . Это далеко не банальный, само собой разумеющийся вывод о том, что два факт ора, конечно же, действуют эффективнее, чем один . Физиологам, однако, известны явления синергизма и антагони зма . Вполне возможно, что при совмест ном действии вибрации и радиации могут быть случаи и синергизма, и антаг онизма . К сожалению, причины этого ос таются за пределами наших знаний . Высокая смертность кошек наблюдается при вибрации их с частотами 6 - 12 Гц и с ускорением 15 - 20 g - животные н е выдерживают более 20 мин . По мнению р яда авторов, смерть наступает в результате деструкции в области сердца и легких . В исследованиях на кошках пр именялась несколько необычная методика . Допускали возможность ударения животных о стенки клетки при в ибрации . Чтобы исключить эту возможн ость, животных погружали в сосуд с водой . Допускалась также, и вполне резонно, возможность влияния с реце пторов, и, разумеется, не только с рецепторов поверхности, но и с интерорец епторов . Для устранения и этих влиян ий животных наркотизировали . Услови я вибрации : частота 2 - 50 Гц, амплитуда до 0 .4 мм, время от 5 до 120 мин . Результаты опытов показали, что максимальна я гибель животных наблюдается при вибрации с частотами 12 и 18 Гц и с ускорен ием в 15 g . Если применялась вибрация с частотой 12 Гц, животное погибало через 37 мин, а с частотой 18 Гц - через 60 мин . Интересно, ч то каких-либо значительных изменений в электрокардиограмме животных н е наблюдалось . Наибольшие патологич еские изменения были обнаружены в легких . При ускорении в 15 g уже через 5 мин действия вибрации в легких наблюдаются резкие изменения . Нами также были проведены исследования переносимост и вибрации животными . Мыши подвергал ись вертикальной вибрации с частотами от 10 до 50 Гц и амплитудой 4 - 6 мм . Гибель животных наблюдалась при вибр ации с частотой 25 Гц . Вскрытия показал и, что уже через 10 мин вибрации обнаруживаются обширные очаги кровоизлия ний в печени, легких и кишечнике, что в конечном счете и является причиной гибели животных . Естественно, эта оп асность увеличивается еще и под влиянием сопутствующих факторов : температура окружающей среды, газовый со став, повышенный уровень шума и другие трудно учитываемые факторы, а для человека еще и моральное состояние его, социальный микроклимат . Летальный исход действия вибрации становится, как уже отмечалось, более вероятным при ее сочетании с влиянием других физических факторов . Так, смертность крыс от вибрации повышается с падением пар циального давления кислорода, связанным с увеличением высоты над уровн ем моря . Показано также, что начиная с 3000 м над ур . м . смертность крыс резко возрастает . Увеличение напряжения к ислорода положения не спасает . При п одъеме животных до 6000 м гибель их про исходит в 100% случаев . В одной из серий о пытов исследовалась роль атмосферного давления в выносливости животны х к вибрации . Оказалось, что само по се бе понижение атмосферного давления не влияет на выживание животных, одн ако действие вибрации в этих случаях становится уже летальным . Вскрытие животных, погибших в этих условиях, показывает наличие обширных очагов кровоизлияния в различных органах .
© Рефератбанк, 2002 - 2017