Романов - Биологическое действие вибрации и звука - 1991 (947298), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Не хотелось заканчивать ее тревожными размышлениями об угрозе этой гармонии, которую несет научно-техническая революция. Но, как предупредил академик В. И. Вернадский, долг и обязанность ученых — не скрывать возможной опасности тех или иных открытий. Нет необходимости скрывать и опасность, которую могут принести человеку звук и вибрация. В этом физическом факторе внешней среды нет ничего принципиально нового, непривычного для животных и человека. Напротив, он постоянный и необходимый их спутник. Речь идет главным образом о количественных различиях. Так, например, порог чувствительности к звуку у человека по мощно- 69 сти колеблется в пределах 10 "— 10 " Вт/см'. Однако с развитием техники в некоторых производственных условиях, в которых человек долгое время вынужден находиться, интенсивность звука достигает 10 — 1О' Вт/ем~, т.
е. на ! 3 — 14 порядков выше порога. Привычный человеческий говор не превышает 50 — 70 дБ, тогда как на некоторых видах транспорта, в цехах, шум достигает 90 — 100 дБ, т. е. в десятки и сотни тысяч раз выше привычного для него звука. Интенсивность вибрации на вертолетах, танках, подводных лодках достигает 1Π— 15-кратного превышения гигиенических норм. Частотный спектр вибрации самый различный— от инфра- до ультразвуковой области. Именно эти физические характеристики звука и вибрации и несут угрозу человеческому благополучию, его здоровью и, может быть, его биологической (генетической) судьбе.
Мы здесь не будем касаться ни взрывных звуков, уничтожающих все живое, ни взрывов, которые в недавнем прошлом потрясали землю (орудийные залпы, разрывы). Эти звуки не имеют отношения ни к эволюции, ни вообще к биологии, если не считать их способности уничтожать саму жизнь. Появлением этих звуков на Земле человек обязан разуму. Теперь между ними идет поединок, и пока еще неизвестен исход: не окажется ли человек жертвой собственного творения? Здесь мы будем касаться лишь тех звуков и вибрации, которые вошли в трудовой процесс людей и все в большей степени становятся для нас постоянно действующим фактором.
В чем заключается биологическая опасность действия этих факторов? Прежде чем говорить о биологическом действии механических колебаний, необходимо отметить особенности, касающиеся как природы действующих факторов, так и объекта, воспринимающего это действие. При всех видах механических воздействий действующим началом является давление, способное нарушать механическую структуру объекта, выполняющую те или иные физиологические функции.
Но такая оценка действия давления справедлива лишь в общем виде. При анализе результатов биологического действия каждого из видов механических колебаний обнаруживаются значительные различия. Они определяются как физической природой воздействующего фактора, так и механической природой объекта.
Говоря о физиче- ской природе давления, мы имеем в виду давление статическое, типа атмосферного, гидростатического, линейного ускорения, перегрузок, и давление переменное !звуковое, вибрационное). Эффект действия давления на живые объекты в высшей степени различен. Эти различия поразительно велики в количественном отношении. Вот несколько примеров.
Как уже говорилось, слышимый звук воспринимается любыми, в том числе не специализированными для восприятия этого вида энергии клетками. Звуки, интенсивностью 90 — 100 дБ при частотах 1000 — 3000 Гц, вызывают в изолированных клетках паранекротические явления, т. е. значительные повреждения, о чем можно судить по увеличению окрашенности витальными красителями.
Эффект действия звука становится заметным начиная с частоты 200 Гц. Ниже этих частот эффект отсутствует. Максимальный эффект наблюдается при 2500 Гц; при 5— 6 кГц эффект также отсутствует. Было показано, что зависимость повреждения клетки и от интенсивности звука при 95 — 120 дБ оставалась примерно на том же уровне. Выразим интенсивность звука через давление. 120 дБ соответствуют примерно 204 дин/см'.
Как известно, одна атмосфера равна 10' дин/см'. Следовательно, при 95 дБ давление составляет приблизительно лишь 5 ° !О ' атм. Далее было проведено исследование действия гидростатического давления на клетки и мышечную ткань. Оказалось, что давление, с которого начинается повреждение, равно приблизительно 200 атм. Но наиболее выраженное повреждение наблюдается прн 600— 800 атм. По сравнению с переменным давлением разница составляет примерно !1 порядков. Параллельные опыты проведены на изолированном головном мозгу мышей. При действии на головной мозг прерывистым звуком интенсивностью 120 дБ было обнаружено значительное повышение окрашиваемости, что означает повреждение клеток. Однако при гидростатическом давлении аналогичный эффект наблюдается лишь при давлении в 2000 атм, т.
е. на 12 порядков выше! Из этих опытов видно, что биологическое действие переменных давлений типы звука и вибрации в миллионы раз более эффективно, чем давление статическое. Следует отметить, что количество энергии в генерации звука 1вибра- 7! ции) крайне незначительно по сравнению с энергией статического давления, вызывающей аналогичный биологический эффект. По мнению английского физика Роберта Вуда, 50-тысячная ревущая толпа болельщиков на стадионе во время футбольного матча за 1.5 ч производит шумом энергию, достаточную лишь для того, чтобы подогреть чашку кофе. Несомненно, столь высокая эффективность механических колебаний не могла не быть использована живой материей в процессе ее эволюции.
Говоря об особенностях объекта, воспринимающего механические раздражения, мы имеем в виду биологическую структуру. Она и является адресатом действия механических колебаний, будь то клетка, ткань или целый организм. Гетерогенность структурной организации объекта является физической основой его чувствительности к механическим колебаниям. Из этого следует важный в методическом отношении вывод: независимо от того, действует ли вибрация на целый организм или на изолированные клетки, механизм этого действия одинаковый.
При вибрации организма в целом или локально вибрационная волна иррадиирует в любые участки от места приложения датчика. Исходи из чисто физических особенностей действия вибрации мы сочли целесообразным привести несколько примеров прямого действия этого фактора на изолированные клетки и ткани и отметить характер их реакции, приводящий к патологическим процессам. РЕАКЦИЯ КЛЕТОК И ТКАНЕЯ ОРГАНИЗМА НА МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ Действие вибрации на изолированные клетки и ткани до сих пор еще не является предметом специальных исследований, хотя каждому исследователю должно быть ясно, что механизм биологического действия вибрации, как и других видов механических колебаний, не может быть разгадан до тех пор, пока не будет изучено ее действие на клетки. Оправданием этому может быть лишь настоятельная потребность выяснить степень реальной опасности развития патологических процессов организма, подвергавшегося вибрации.
Именно на выявлении синдромов вибрационной болезни и клиники ?2 этой болезни концентрировалось внимание исследователей. Однако и на фоне всеобщего стремления исследовать действие вибрации на организм в целом давно уже делались попытки исследовать реакции отдельных тканей и органов данного организма. Одно из первых исследований подобного рода было проведено еще в начале века воспитанником Петербургской военно-медицинской академии А. Е.
1Цербаком. Автор исследовал влияние вибрации икроножной мышцы кролика на утомляемость ее, вызываемую фараднзацией. Предварительно было установлено, что фарадизация мышц током с частотой 400 интервалов в минуту уже в течение первых двух минут вызывает сильное утомление, судя по высоте 1амплитуде) сокращения. Если вслед за фарадизацией мышцы подвергнуть действию вибрации с помощью камертона частотой 110 Гц в течение 30 мнн, то утомляемость мышцы значительно усиливается, амплитуда сокращения резко падает. Удивительным н малопонятным является тот факт, что угнетение работоспособности мышц вибрацией сохраняется длительный период времени — до трех суток после фарадизации.
Не менее примечательным является наблюдавшийся автором стимулирующий эффект вибрации. Стимулирующее действие вибрации, т. е. повышение работоспособности мышцы, проявляется в тех случаях, когда фараднзации предшествует предварительная вибрация, проводимая по !О мин ежедневно в течение 6 или 8 сут. Следовательно, вибрация в зависимости от условий и, вероятно, в зависимости от состояния объекта может вызывать как эффект угнетения, так и стимуляции соответствующих биологических функций. Результаты опытов дают указание и на то, что продолжительное действие вибрации вызывает какие-то стойкие структурные изменения, накапливающиеся в объекте в течение продолжительного времени. Исследования действия вибрации на изолированные ткани были продолжены лишь через 50 лет.
Мышцы лягушки подвергались вибрации в растворе красителя (нейтрального красного) с частотой 4 — 6 Гц, амплитуда колебаний 2.5 мм в течение 1.5 ч. Ставилась альтернативная задача: действует нли не действует вибрация с такими параметрами на сорбционные свойства мышц. ~ Как оказалось, вибрация резко повышает способность мышц связывать краситель; если принять количество красители, сорбируемого контрольными мышцами за 100, то мышцы в результате вибрации увеличивают связывание красителя до 158 ~4. Наряду с мышцами были исследованы сорбционные свойства семенников, почек и кусочков кожи, подвергавшихся вибрации. Оказалось, что более всего повысилась сорбционная способность семенников — на 274, почек— на 250, кусочков кожи — на 137 ою Следовательно, вибрация вызывает довольно глубокие изменения протоплазматических структур. Впервые установлено, что различные клетки обладают различной чувствительностью к вибрации, что свидетельствует и о различии их субклеточных структур.
О молекулярных процессах, разыгрывающихся в мышечных волокнах, дают представление опыты, проведенные на глицеринизированных мышцах кролика. Пучки нитей мышц диаметром 0.05 — О.! мм и длиной до 30 мм помещались в соответствующую среду (рН 7), куда добавлялось определенное количество АТФ, подвергались ритмичному растяжению с частотой в 5 Гц и амплитудой 2 мм. Через равные промежутки времени в среде определяли содержание неорганического фосфата.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
