Романов - Биологическое действие вибрации и звука - 1991

АКАДЕМИЯ НАУК СССР Серии ОТ МОЛЕКУЛЫ до ОРГАНИЗМА> Основана в 1931 гаду С. Н. РОМАНОВ БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ВИБРАЦИ И И ЗВУКА Парадоксы и проблемы ХХ века Под редакцией доктора биологических наук И. А. ВАРТАНЯН Леиииград «НА У КА» Леиииградсиое огдедеиие !99! РДК 612 О!4.46+613!64 Кинга посвящена одной из актуальных медико-биологических проблем.

Рассматривается характер биологического действия механических факторов иа живые системы. Обсуждаются различные аспекты вибрациониой и шумовой болезней, появившихся в результате нарушения биологически необходимых, оптимальмых уровней интенсивностей действия звука и вибрации. Анализируются путя борьбы с повреждающим действием вибрации и звука, а также вопросы использования этих механическях факторов в лечебной практике. Рецензенты: Ю. Л. ГОГОЛИ((64Н, Э. И.

СЛЕПНИ Редактор издательства К. А. ЛАНГЕ Р !002020000-64! й 004(02)-91 © Издательство е Наука», !991 19 ВМ 9-02-025790-7 Романов С. Н. Биологическое действие вибрации и звука: Парадоксы и проблемы ХХ века. — Лл Наука, !09!. — !58 с. — (От молекулы до организма). Светлой иаылти дорогого брата Микаыла Никитича и его сана Петра Милосливы«а, ногибшик на фронтов Велшкой Отечественной войны В В ЕДЕ Н И Е В подзаголовке книги стоят слова: «Парадоксы и проблемы ХХ века».

Этим нам хотелось подчеркнуть, вопервых, что речь идет о проблемах действительно кажущихся парадоксальными и, во-вторых, что эти проблемы стали остро ощутимыми в иаш просвещенный ХХ век. Вопрос касается глобальной проблемы Человек и окружающая его среда. Основным физическим компонентом среды, окружающей человека, который будет предметом обсуждения, является механическое колебание — вибрация и звук.

Оба этих явления имеют одну и ту же физическую природу. В силу упругих свойств среды — жидкой, твердой, газообразной — механические колебания распространяются волнообразно. Скорее, условно, чем в силу каких-либо физических особенностей, под звуком понимается распространение механических колебаний определенной частоты и интенсивности в воздухе. Известно, однако, что звук, вызванный в толще воды и твердых телах, распространяется также волнообразно во все стороны, и благодаря большей плотности, чем плотность воздуха, скорость распространения его в воде примерно в 4 раза выше.

С еще большей скоростью колебания распространяются в толще земли (сейсмические колебания), в твердых телах. Термин вибрация мы чаще всего употребляем для обозначения механического колебания самого объекта (субстрата) и среды, его окружающей. Эти извне навязанные колебания в силу упругих свойств предмета также распространяются волнообразно. Например, вибродатчик, приложенный к любой части тела животного, вызывает колебания, которые распространяются по всему организму.

Вибрация и звук характеризуются переменным давлением. Однако интенсивность и характер этого давления различны. При вибрации, как правило, давление имеет вектор, совпадающий с вектором гравитации (вертикальная вибрация), либо под определенным углом к этому вектору. Эта физическая особенность вибрации имеет исключительно важное значение как в технике, так и в биологии. Как известно, в технике нередки случаи аварийных ситуаций в результате вынужденных вибраций, по частоте совпадающих с собственной частотой колебаний данной структуры (конструкции). Биологи, вернее сказать — медики, также стали обнаруживать своеобразные «аварийные» ситуации у человека, подвергавшегося воздействию вибрации, Несомненно, что в обоих случаях причины одни и те же.

Об особенностях биологического действия звука и вибрации нами уже говорилось (Романов, !983). Здесь мы употребляем оба эти понятия, скорее, как обозначение энергии механического колебания, не уточняя их физической характеристики и их специфического действия на биологические объекты. Механическая энергия в виде вибрации и звука является неотъемлемым свойством физического мира, это постоянный и необходимый спутник жизни, развивающейся на нашей планете. Кроме собственной энергии механических колебаний, которой обладали элементы зарождающейся жизни в силу своей физической природы, живая материя развивалась в условиях постоянного действия механических колебаний окружающего мира. Этот внешний фактор участвовал в формировании биологических: морфологических и функциональных, структур.

В процессе многовековой эволюции создалась удивительная гармония живых существ с окружающим их миром звуков, миром различных форм энергии механических колебаний. Венцом этой гармонии является духовный мир человека, мир музыки, мир, который приобрел неизмеримую власть над иим. Описание биологической роли звука и вибрации в жизни животных и человека является содержанием первой главы.

И вот в эту гармонию вторгся человек ХХ в. с его научно-технической революцией (НТР) . Возникла дисгармония между жизнедеятельностью организмов и внешними механическими колебаниями. В биосоциальном мире появился один из фундаментальных парадоксов: жизненно необходимые факторы среды — звук и вибрация — становятся источником патологии, угрожая биологическому благополучию человека. Патологическое действие звука и вибрации в высшей степени разнообразно не только в медико-биологическом, но и в социальном аспекте.

Появились две новые нозологические единицы болезней — вибрационная и шумовая. Социальный аспект заключается еще и в том, что из всех профессиональных заболеваний названные болезни занимают первое место, нанося людям, кроме физических страданий весьма серьезный экономический ущерб. Эта дисгармония между биологическими процессами и действием механических колебаний типа звука и вибрации породила проблему, ставшую частью глобальной проблемы человек и среда, его окружающая. Биологическая опасность патологического действия звука и вибрации заключается прежде всего в возможности нарушения генома.

Отдаленные последствия этого действия несомненно могут определять биологическую судьбу человека. Разумеется, в этой обшей биологической проблеме имеются проблемы более частные, последствия которых ощутимы уже теперь, и в еще большей мере оии будут сказываться в обозримом будущем. Вопросы, касающиеся характера патологических процессов, возникающих в результате действия звука и вибрации, и механизм их возникновения являются основным содержанием второй главы.

Вслед за этим встает логически неизбежный вопрос; если эволюционно созданная гармония человека и животных с окружающей средой нарушена, если биологические последствия этого нарушения становятся все более очевидными, то какова задача ученых и какова должна быть задача человека в борьбе с возникшей дисгармонией? На каких биологических и социальных законах должна основываться эта борьба? Это — центральная задача предлагаемой книги — показать воз- можные пути решения проблемы, связанной с биологической ролью звука и вибрации.

Этому посвящена третья глава. Таковы историческая последовательность возникновения проблемы и последовательность ее анализа. Книга заканчивается несколько тревожным вопросом — есть ли у человека возможности решения этой глобальной, биосоциальной проблемы в свою пользу и для своего блага? Сумеет ли он направить свой могучий интеллект на создание истинной гармонии с окружающей средой? Сумеет ли человек, поняв законы природы, ко~орые мстят ему за его невежество, сделать их своими союзниками? Г л а в а 1. ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ЖИВОТНЫХ К ВИ БРА ЦИ И И ЗВУКУ.

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ЭТИХ КОЛЕБАНИИ Наличие атмосферы и гидросферы на нашей планете является уникальным условием возникновения бесконечного разнообразия и по форме, и по интенсивности механических колебаний. Звук, слышимый человеком, составляет лишь малую область частотного спектра механических колебаний (рис. 1). В условиях этих, природой заданных колебаний зарождалась, развивалась, становилась такой, какой теперь видит человек, жизнь на Земле.

И сам он, человек, прошел эту долгую историю становления в условиях постоянного действия всех физических факторов среды, его окружаюшей, в том числе механических колебаний. Естественно, возникает вопрос: в каких отношениях находятся эти два явления природы — жизнь и механические колебания? Является ли живая материя инертной к звуковым, как и к любым другим механическим, колебаниям? В содержании этого вопроса нельзя не видеть по крайней мере две фундаментальные проблемы биологии: проблему единства живой материи со средой, ее окружаюшей, и проблему роли механических колебаний в жизни животных и человека на разлйчных этапах их эволюции.

Постулат о единстве мира господствует в науке с древнейших времен. Теперь уже речь идет о конкретном содержании этого единства, которое можно представить в виде реальных процессов в измеримых отрезках пространства и времени. Человек все больше и лучше начинает понимать, что жизнь — явление космическое.

Эта связь земной жизни с космосом получила экспериментальное подтверждение в трудах нашего соотечественника К. А. Тимирязева. Мы — дети Солнца. Солнце — хлорофилл — жизнь — вот цепь, связуюшая Частоты ЗООнорвцвгипоры - уо'уо'уоу ю той ю' ю' уов юе уоуюе-уц а б 8 Интенси бноста о уо ю'ю' уо" ю'- а б 6 Частоты йбехпнорвцвлто за~ уо-Хуо' ю уо' ю' уо+уобю'уо'- г а б б Термореивлтарву уо' ю'-ю о ю юа боб уоб уоб уое уо'- а Фонтрвцвпторы уОВ ЮЕ уОУ ЮЕ Юб уОН уОЗ ЮВ 1О у уОВ 1О~нм а б а о д Рис.