Романов - Биологическое действие вибрации и звука - 1991, страница 11

Механорецепторы млекопитающих и человека, как и других высших животных (например, насекомых), взяли под свой контроль все процессы жизнедеятельности организма: анализ окружающей среды с помощью дистантного слухового рецептора, контакт с окружающей средой, но, пожалуй, наиболее жизненно важным является обеспечение чувствительной иннервации (рецепцни) внутренней среды организма. Как показали многочисленные исследования, все участки сердечно-сосудистой системы, пищеварительный тракт, внутренние органы, мышцы, оболочки мозга, суставы, связки — все пронизано чувствительной иннервацией, преимущественно механорецепторной.

Каков биологический смысл столь интенсивного наращивания внутренней иннервации— интероцепторов? Вероятно, жизнеобеспечение организма в большей степени зависит от деятельности внутренних органов и их иннервации. Экстероцепторы и их исключительно высокая чувствительность несомненно играли и играют важнейшую роль в борьбе за существование, но не им принадлежит кардинальная роль в текущей жизни организма. Лишение зрения или слуха ие является роковым для жизни особи, тогда как выключение, например, рецептора сердечно-сосудистой системы несомненно может стать роковым для организма.

Даже беглый обзор морфологических и функциональных характеристик механорецепторов животного мира позволяет отметить в процессе эволюции тенденции всестороннего анализа действия различных видов механической энергии: давления, гравитации, звуковых и инфразвуковых колебаний. Потребность в оценке действия механической энергии увеличивалась с усложнением организации живых существ. В связи с этим и в развитии рецепторного аппарата произошла дивергенция. Наряду с необходимостью рецепции действия механической энергии окружающего мира возникла не менее настоятельная необходимость оценить внутренний мир организма: импульсацию жидкости, натяжение мышц, работу сердца, легких, желудка.

Иными словами, наряду с экстероцепторами возникла густая сеть интероцепторов, включая так называемый рецептор мышечного чувства — проприоцепторы. Данные о чувствительности животных различных уровней эволюции — от простейших до человека, наличие бесчисленного множества специальных рецепторов, воспринимающих звук и вибрацию, и исключительно высокая их чувствительность подтверждают идею И. М. Сеченова, что «внешняя среда является составной частью того, что мы называем жизнью».

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ВИБРАЦИИ И ЗВУКА Как мы видели, уже у простейших появляются структуры, более чувствительные к механическим колебаниям. По мере развития животного мира структуры, воспринимающие этот вид энергии, все более усложнялись и их способность улавливать и дифференцировать эти колебания достигла предела физической возможности. Из самого факта существования во всем животном царстве механорецепторов следует вывод, что звук и вибрация, как механический фактор окружающей среды, несут важную биологическую функцию, от действия которой зависит биологическан судьба организма.

В чем заключается эта биологическая роль звука и вибрации? Конечно, человеку более привычно и понятно видеть в таком физическом факторе окружающей среды, как звук, лишь средство общения, фактор, дающий возможность выражать мысли, чувства, эмоции. Однако следует сказать, что эта видимая, повседневно наблюдаемая роль звука является вторичной, она приобретена животным миром на более поздних этапах эволюции. Ясно, что ни о какой сигнализации (звуковой) не может быть и речи не только у простейших, но и у животных более высокого уровня организации (например, кишечнополостные, черви и др.). Однако нет никаких оснований допускать, что звук не играет никакой биологической роли даже в простейших комочках зарождающейся жизни.

Эта первородная функция механических колебаний скрыта от нас давностью лет, как и многое другое, забытое человеком и животными, далеко ушедшими от своей биологической юности. Не одно научное любопытство, но и сугубо прагматические цели вынуждают ученых «вспоминать» и оценить эту первичную функцию механических колебаний. В чем она заключается? По нашему мнению, при истоках зарождения жизни механические колебания участвовали в создании биологических структур. Экспериментальные исследования по этому вопросу нам неизвестны — их нет! И мы вынуждены ограничиться лишь логическими доводами. Хорошо известно, что механические колебания являются постоянно действующим фактором на нашей планете и наблюдаются во всех сферах.

Интенсивность этих колебаний меняется в широком диапазоне, от едва 52 уловимых человеческим ухом (!О м Вт/см ) до интенсивностей, способных разрушать крепости. Биологические структуры возникали независимо от этих факторов, однако сохранились те из них, конструкция которых обеспечивала устойчивость против разрушительного действия механических колебаний. Подобно тому как птицы методом проб и ошибок научились строить гнезда, устойчивые против разрушительного действия механических колебаний, так и природа, пользуясь этим методом, в процессе эволюции создала механически устойчивые биологические структуры.

Трудно представить, чтобы зти структуры формировались без учета действия механических колебаний, игнорируя их разрушительную силу. Скорее, следует признать, что механические колебания были и конструкторами, и контролерами биологических структур. По выражению И. М. Сеченова, они вошли составной частью в субстанцию жизнь. Это и есть изначальная, первичная роль механических колебаний в формировании структур живой материи.

Далее, следует признать, что именно механические колебания, как постоянно действующий фактор, несущий определенные биологические функции, вызвали к жизни высокочувствительные образования — механорецепторы. Нельзя считать случайным тот факт, что у всех одноклеточных животных имеются структуры с повышенной чувствительностью к механическим колебаниям и способные к сокращению. Это еще не мышцы с их сложной гетерогенной структурой, собственными чувствительными аппаратами, но это структура, функция которой, так же как и мышцы, способна генерировать механическую энергию.

Речь идет о внутриклеточных структурах типа мионем, фибрилл, нитей. Каково назначение этих структур в клетке? Вероятно, их роль в жизни клетки двояка: несомненно, они более чувствительны к механическим колебаниям, чем другие клеточные образования. Следовательно, они выполняют роль рецепторов.

Но они к тому же и сокращаются, а внутриклеточные сокращения обеспечивают различного рода физико-химические процессы: своеобразный ионный насос, перемешивание, изменение проницаемости. Следовательно, они участвуют в осуществлении метаболических процессов, обеспечивают их нормальное течение. И действительно, все исследованные до сих пор пред- ставители простейших имеют сократнтельные структуры, которые обладают не только повышенной чувствительностью, но и дифференциальной чувствительностью к различным частотам механических колебаний. Интересно, что дальнейшее повышение чувствительности к механическим колебаниям обеспечивается появлением нервных элементов. Таким образом, для появления в эволюции механорецепторов еще недостаточно того, что механические колебания являются постоянно действующим фактором окружающей среды.

Надо, чтобы этот фактор нес определенную биологическую службу, иначе появление высокочувствительных механорецепторов не будет оправдано. Они будут биологически бесполезны. Множественность биологических функций, которые выполняют механические колебания, не должна нас удивлять, ибо это явление наблюдается и на других рецепторах. Так, например, зрительный рецептор не мог появиться в эволюции, если бы живая материя была инертна к свету. Несомненно, свет также нес службу, связанную с метаболизмом.

Это — первородная функция света. И теперь свет несет двойную службу: экологическую (популяционную), с помощью дистантного зрительного рецептора, и метаболическую (обменную) . Еще более очевидна двоякая служба терморецепцнн Первичная роль термического фактора связана с процессом метаболизма н не нуждается в доказательствах. Здесь хотелось бы подчеркнуть, что связь термического фактора с механическим в метаболических процессах более глубокая, чем это может показаться с первого взгляда. Она определяется их физическим родством. Как известно, теплота есть функция движения (колебания частиц). Но именно движение частиц вызывается н механическими колебаниями.

Интересно, что в обоих случаях имеется оптимум и песснмум интенсивности нх биологического действия. Приведем несколько примеров того, что мы называем первичным действием механических колебаний звукового диапазона частот. В нашей лаборатории при исследовании действия вибрации с частотой !00 Гц н ускорением в 5 и на изолированную мышцу было обнаружено резкое повышение ее резистентности к повышенной температуре (рнс. 3) .

Этот факт дает основа- 'Ъ тао тго тоо гО «О ОО ОО тОО тгО Уйа)7с Рис. 3. Изменение резистентности мышцы крысы к повышенной температуре в зависимости от частоты вибрации. Ло оси абсцисс — частота вибрации (Гц), во оои ординат — время выживания (осв к контролю). ние сделать далеко идущие выводы о биологической роли механических колебаний. Второй пример; исследованиями, проведенными на инфузориях, было показано, что одна из большого диапазона частот, именно 3000 Гц (это частота, близкая к оптимуму частот, воспринимаемых человеческим ухом), резко повышает активность инфузории в заглатывании пищи; другие частоты, наоборот, резко подавляют эту активность. Следовательно, у особи есть физиологическое основание выбора оптимальных частот.