Диссертация (Функциональное состояние клеток при действии ультразвуковых волн (биохимические и физиологические аспекты)), страница 6

Наибольшеевлияние амплитудной модуляции было выявлено на показателях обменной функции сосудов.Кровоток на входе перфузируемого органа определяли ульразвуковым расходомером.И. З. Поясов выявил достижение экстремумов гемодинамических параметров резистивнойи обменной функций при изменении амплитуды и частоты пульсации. Указанные свойстваассоциативно связывались с явлением резонанса.Наличие резонанса в настоящее время является одним из важнейших условийфункционирования открытых, нелинейных, неравновесных систем [134], к которым относитсяв том числе система кровообращения [93, 64]. Амплитудно-частотные характеристикигемодинамических параметров и пульсовой волны позволили предположить существованиеволнового управления сопряжёнными функциями сосудов [171], когда направленного измененияможно было достичь вариацией амплитуды и частоты пульсовых колебаний кровотока.Следовательно, амплитудная модуляция механических волн, а в частности акустических,по нашему мнению, могла бы также вызывать резонансные отклики в биологическихмикросистемах (клетках различной этиологии).Из проведённого анализа литературы можно заключить, что биологические эффекты ЭМПизучены гораздо лучше акустических.

Амплитуда воздействия модулированных волнэлектромагнитной природы в большинстве экспериментов во многом превышала модальностьнепрерывных. Накоплено большое количество фактов, подтверждающих безусловную рольамплитудной и частотной модуляции ЭМИ в формировании биологических эффектов, прихарактеристике которых установлены «частотные и амплитудные окна» [56] на всех уровняхорганизации организма.

Причём не исключён нетепловой механизм биодействия ЭМИ.В отношении акустических (УЗ) волн вследствие малой изученности проблемы в настоящеевремя развёрнутое сравнение особенностей биологических эффектов модулированногои непрерывноговоздействияпровестинепредставляетсявозможным.В связис чемпоставленная нами задача изучения этих воздействий остаётся крайне актуальной. В случаеполучения неповреждающих, предсказуемых и повторяемых эффектов это дало бы основаниек использованию модулированных УЗ волн в диагностике и терапии.20§ 1.2. Примеры разнонаправленного действия ультразвука in vivoВ ультразвуковомполемогутвозникатьградиентыскорости,вызванныеоднонаправленной циркуляцией среды.

Объекты, попадающие в такие течения, подвергаютсядействию сдвиговых напряжений. Биологические эффекты сдвиговых напряжений были изученыin vitro методом гемолиза эритроцитов в суспензии [208]. Было показано, что высокие сдвиговыенапряжения в акустических течениях становятся причиной повреждений биологических тканей.Например, повреждения эндотелия, наблюдаемые как в кровеносных сосудах эмбрионов цыплят,так и в кровеносных сосудах матки мышей, обусловлены частично сдвиговыми напряжениями,возникающими из-за акустических течений, потому что именно в месте контакта жидкостис оболочкой и нарушается целостность кровеносного сосуда.

На внешней стороне стенки тожеимеется жидкость, но более вязкая, чем плазма крови и, таким образом, вязкие напряжения,возникающие из-за акустических течений, здесь будут менее значительными [там же]. Еслиинтенсивность УЗ достигает определённого уровня, в объёме жидкости возникают акустическиетечения, что увеличивает градиент скорости и, следовательно, сдвиговые напряжения.Изучение действия УЗ на растительные ткани показали, что возмущения в клетках вблизимежклеточных газовых включений возникают при средней интенсивности 0.35 Вт/см2 (1 МГц),хотя в некоторых клетках вращения хлоропластов и вихревые течения обнаруживались при0.035 Вт/см2. Необратимые эффекты в тканях растительного происхождения не были определеныпри понижении интенсивности ниже 3.5 Вт/см2. Устранение межклеточных газовых включенийв клетки водоросли Hydrodictyon приводило к повышению пороговых интенсивностей до35 Вт/см2 по сравнению с 0.35 Вт/см2 в корнях Vicia faba (Боб садовый), где TdivHe-включениясодержались [там же].Однозначное доказательство отсутствия (возникновения) кавитационных явленийв тканях млекопитающих в момент облучения УЗ получить достаточно трудно.

Большинствопубликаций [там же] опирается на результаты гистологического анализа образцов ткани,изолированных и исследованных после воздействия. Этим методом были обнаружены полостии отверстияв гистосрезахпечёночныхи мозговыхтканей.Этиологиямикрополостейобъяснялась возникновением псевдокавитации при действии УЗ частоты 1 МГц интенсивностью2.2 Вт/см2 в течение 8 минут [293], так как пузырьки располагались тонким слоем по границетканей различной плотности. Исследования показали, что достаточно низкие, терапевтическиеинтенсивности ультразвука могут привести к образованию пузырьков in vivo.Последействиетерапевтическогоультразвуканаорганизмживотныхin vivo:адаптационные, компенсаторные и стимулирующие реакции — впервые подробно рассмотреныв диссертационной работе Т. Р. Чхетия [214]. На область краевой вены уха взрослых самцовкролика воздействовали УЗ (интенсивность 0.1–1.0 Вт/см2, 0.88 МГц) в течение 1–5 минут.21Изменения гематологических и цитологических показателей регистрировали после озвучиванияинтенсивностью 0.3 Вт/см2 и выше.

Изменялось количество тромбоцитов, лейкоцитов,сегментоядерныхнейтрофилов,коэффициентдинамическойвязкостикрови,а такжеультразвуковая и кислотная резистентность эритроцитов. Все изменения были зарегистрированынепосредственно после действия УЗ и являлись обратимыми. Воздействие УЗ невысокихинтенсивностей, не поражающее систему регуляторных обратных связей, может иметьинформационный характер. В этом случае зависимость между интенсивностью воздействияи реакцией организма оказывается сложной или вовсе отсутствует. Воздействие лишь запускаетреакцию системы, а механизм физико-химического взаимодействия физического факторас биологической средой оказывается несущественным для эффекта стимуляции и реализациирезерва [там же].Несомненный интерес представляют также последействия УЗ в терапии.

Так, известенспособиммунокоррекцииприаутоиммунномпроцессе[146].Послепремедикацииосуществляется перфузия крови больного в вено-венозном варианте через срезы ксеноселезёнки,предварительноактивированныеультразвукомслабойинтенсивности0.3–0.4 Вт/см2в импульсном режиме 50 имп/с, в течение 8–10 мин. Эту методику применяют для упрощенияпроцесса гемоперфузии и увеличения сорбционной способности селезёнки при лечениипсориаза. Метод эффективен при проведении перфузии с объёмной скоростью 75–80 мм/минв течение 40–45 мин 2–3 сеансами с интервалом между ними в 3–5 дней в начале курсатрадиционной комплексной терапии.Известна ультразвуковая рефлексотерапия — воздействие УЗ на биологически активныеточки организма (интенсивности 0.05–0.2 Вт/см2).Также в клинической практике используется способ неинвазивного разрушениярасположенных за костями грудной клетки биологических тканей [148] фокусированным УЗпучком.

Направленное акустическое воздействие на ткань позволяет локально разрушить клеткитолько в месте нахождения основного фокуса, без повреждения в побочных фокусах.222. Ультразвук и механизмы его действия§ 2.1. Применение ультразвука в диагностике и терапииОбласть применения ультразвука (УЗ) весьма обширна. Его применяют в ветеринариии медицине при проведении любого диагностического исследования: внутренних органов,полостей организма, опорно-двигательной и сердечно-сосудистой систем.

Для определенияакустических параметров тонкослойных образцов мягких биологических тканей человекаи животных с 1990-х годов применяется метод акустической рефлектоимпедансометрии(продольно-объёмные акустические волны, частота УЗ 1–10 МГц) [117]. В последнее время всёшире применяются метод ультразвукового сканирования [65] и эхоконтрастное исследование:в кардиологии (при выявлении изменения сердечных сбросов); в гинекологии (для исследованияпроходимостиособенностейматочныхкровотокатруб);неврологии,нейрохирургиии кровоснабженияорганов,и онкологиитканей,(выявлениеновообразований).Контрастирующие вещества изменяют эхогенные свойства крови, влияют на скоростьраспространения звуковой волны, увеличивают число отражающих поверхностей [243, 330, 372].В терапии УЗ используется, например, для повышения подвижности суставов, в качествеболеутоляющего средства, фонофореза (усиления проникновения фармакологически активныхвеществ через кожу или другие анатомические барьеры) и физиотерапии [125, 208].

Успешноприменяются ультразвуковые ингаляторы для введения мелкодисперсных лекарственных формпри лечении хронических заболеваний нижних дыхательных путей у лошадей [188]. В обзореЛ. Джонса [301] подробно описаны преимущества УЗ методов при терапии ранозаживленияи постадийном лечении воспалительного процесса.Глубина проникновения УЗ в ткани организма зависит от его частоты и особенностей.Высокочастотный УЗ (3000 кГц) хорошо поглощается тканями, поэтому он проникает на глубину1–2 см и используется в основном для лечения заболеваний и дефектов кожи. СреднечастотныйУЗ (около 800 кГц) проникает в ткани на глубину 4–6 см, а низкочастотный (22 кГц) — наглубину 8–10 см, и используются этот диапазон частот при лечении глубоко расположенныхтканей (мышц, внутренних органов).

[95].С 80-ых годов исследуются особенности акустического воздействия на отдельные клеткии частицы и проверяется возможность управления этим на практике [244, 287, 306, 382].Исследованы различные механизмы, приводящие к гибели или изменению клеток. Преобладаниекакого-либо из них напрямую связано с увеличением или уменьшением интенсивности УЗ.В терапевтическом диапазоне основное воздействие оказывают механические факторы(микротечения,пондермоторныесилы),а затемтепловыеи кавитационные.В связи23с вышеизложенным, вызывает интерес именно выяснение эффектов на уровне клеток кровипосле УЗ воздействия или терапии.УЗ низкой интенсивности (3.0 Вт/см2, 1 мин) при воздействии на клетки ткани животнойэтиологии in vitro может индуцировать клеточный лизис и апоптоз, изменяя белковый профильгепатокарциномы человека SMMC–7721 [263] и снижая митохондриальный потенциал клеток.На молекулярном уровне были идентифицированы несколько белков, например, регуляторапоптоза Bcl-2 и гемоксигеназа–1, «отвечающие» на УЗ облучение.

Предполагают, чтомитохондриальная дисфункция и окислительные стрессы участвуют в индуцированном УЗапоптозе. В ряде предыдущих исследований показано, что злокачественные клетки по сравнениюс нормальными клетками раньше уничтожаются УЗ [313]. При лечении рака УЗ низкойинтенсивности используется в качестве сонодинамической [383], генной и апоптической терапии[266], а также фактора, усиливающего химиотерапию [407].