UDK 61 Медицина. Охрана здоровья
GRNTI 76.29 Клиническая медицина
OKSO 31.08.25 Авиационная и космическая медицина
BBK 58 Прикладные отрасли медицины
TBK 5707 Медицинская техника и информатика
BISAC MED003040 Allied Health Services / Medical Technology
Noise, infrasound, ultrasound, and vibration are harmful production factors. They are widely used in medicine for diagnosis and treatment. Low-frequency acoustic vibrations stimulate mechanoreceptors, improve microcirculation and metabolism at the organ, tissue and cellular levels, which allows us to consider them as a promising treatment method
infrasound, low-frequency noise, mechanisms, treatment
Введение
Механическая энергия является неотъемлемым свойством не только физического мира, но и постоянным спутником жизни. Поэтому живая материя развивалась в условиях постоянного действия механических колебаний окружающего мира. Этот внешний фактор участвовал в формировании морфологических и функциональных структур организма. В процессе эволюции создалась удивительная гармония живых существ с миром различных форм энергии механических колебаний [1, 2].
Научно-техническая революция внесла дисгармонию между жизнедеятельностью организмов и внешними механическими колебаниями. В биосоциальном мире появился один из фундаментальных парадоксов: жизненно необходимые факторы среды – звук и вибрация – стали источником патологии, угрожая биологическому благополучию человека. Патологическое действие звука и вибрации высокой интенсивности разнообразно в медико-биологическом и социальном аспектах. Появились две новые нозологические единицы болезней: вибрационная и шумовая. Из всех профзаболеваний названные болезни занимают первое место, нанося людям, кроме физических страданий, весьма серьезный экономический ущерб.
В тоже время человек научился использовать ряд особенностей механических факторов на благо здоровья человека. В диагностических целях метод аускультации и ультразвуковые используются для исследования внутренних органов и сосудов. Для лечения применяются ударные волны, которые воздействуя на камни в органах пищеварения и мочевыделения, способствуют их дроблению на мелкие фрагменты (литотрипсия). Звуковые эффекты как средство лечение имеют многовековую историю (звуки барабанов и бубнов; звуки, издаваемые кошками и дельфинами). Свое развитие это получило в музыко- и звукотерапии: лечение звуками природы (шум морей, океанов, леса, дождя и др.). В физиотерапии стали использовать как лечебные факторы вибрацию (вибротерапия) и ультразвук (фонофорез) [3].
Инфразвук (ИЗ) относительно «молодой» производственный фактор. В перечень вредных и опасных факторов он был введен только в 2004 году (приказ Минздравсоцразвития РФ от 16 августа 2004 года №16). Было установлено, что его длительное действие может приводить к профзаболеваниям: тугоухости, вестибулопатии и нарушении вегетативной нервной системы (приказ Минздравсоцразвития РФ от 12 апреля 2011 года №302н). ИЗ при уровнях свыше 100 дБ приводит к патологическим изменениям в головном мозге, легких, сердце, слуховом, зрительном и вестибулярном анализаторах [4–7].
Однако, процесс исследования ИЗ как биологического и производственного фактора не завершен. По своим физическим параметрам и биологическим эффектам с ИЗ (1,4-22,4 Гц) близкое сходство имеет низкочастотный шум (31,5-250 Гц). Поэтому в научной литературе стал использоваться термин низкочастотные акустические колебания (НЧАК), объединяющий эти два акустических диапазона [8–10]. В настоящее время имеются единичные данные об использовании ИЗ в медицине [11–13].
Биофизические особенности действия НЧАК
Физические особенности ИЗ (большая длина волны, малое поглощение в атмосфере, распространение на большие расстояния от источника и отсутствие средств защиты) обуславливают его специфическое действие на человека, вызывая не только слуховые (ауральные) эффекты, но и оказывать общее действие (экстраауральные эффекты). Указанные особенности лежат в основе биофизических механизмов НЧАК. Дифракционная способность последних приводит к тому, что тело или анатомические структуры (голова, брюшная полость или грудная клетка) подвергается равномерному избыточному переменному давлению с частотой падающей волны и происходит формирование упругих волн в различных структурах и тканях тела. Они распространяются посредством сдвиговых волн. Невысокая скорость распространения в тканях упругих волн при низкой частоте их следования ведет к появлению волн, соизмеримых с размерами клеток или клеточных органелл. Это может вызывать синхронизированные конформационные колебания макромолекул, а, значит, приводить к изменению размеров и формы клеточных органелл. НЧАК оказывают прямое действие на органы и ткани, вызывая в них структурно-анатомические изменения, а при высокой интенсивности в структурах с высокой акустической гетерогенностью (легкие, сердце, головной мозг, сосуды) могут происходить механические повреждения вплоть. Прямое взаимодействие НЧАК с огромным количеством всех видов механорецепторов в органах и тканях способствует их активации, а значит возбуждению центральной и вегетативной нервной системы [14–16].
Механизмы лечебного действия НЧАК
Специфика формирования и развития реакции организма на воздействие НЧАК во многом предопределяется их физическими особенностями. В отличие от вибрации НЧАК при локальном действии могут оказывать влияние на большие площади, на участки тела, куда доступ вибродатчиков затруднен (например, наличие повязок, гипса) или нет возможности прямого контакта (например, ожоги, рана), а также степень их проникновения в ткани более диффузная и глубокая. Первоначальная реакция организма на действие НЧАК возникает благодаря прямому взаимодействию этого фактора с клетками. Мишенью, на которую направлено действие НЧАК, являются специализированные высокочувствительные рецепторы – тельца Пачини. Это вызывает реакцию в виде их возбуждения при достаточно небольшой интенсивности стимула, едва превышающей энергию теплового движения молекул. Такое воздействие распространяются не только на кожные экстрорецепторы, но и на более глубоко лежащие механорецепторы – проприорецепторы и интерорецепторы.
Принцип избирательности при действии механических колебаний различных частот распространяется не только на молекулярном уровне, но и на уровне клеток, тканей, целостного организма. Материальной основой является феномен резонанса, так как биологические структуры обладают массой, формой и упругостью. Диапазон резонансных частот для биоструктур человека варьирует в зависимости от состояния их структуры и находится ниже 200 Гц. Для возникновения реакции на действие НЧАК необходим определенный минимум энергии, какая-то пороговая величина, соответствующая исходному состоянию организма больного. При этом на раздражение НЧАК возникает суммарная реакция, которая зависит от того, какая из частных систем организма окажется в момент воздействия наиболее чувствительной к данной частоте колебаний. Благодаря лабильности живых биологических систем первоначальный резонансный эффект от механических колебаний одних частот может в результате возникающих в структуре объекта физико-химических изменений смещаться на другие частоты. Такое гашение или смещение резонансных частот следует рассматривать как специфическую биологическую реакцию, направленную на защиту целостности системы. Этим можно объяснить воздействие на организм несинусоидальными моночастотами или частот в определенной полосе («резонансные окна»).
В механизме лечебного действия НЧАК может иметь место их обезболивающее влияние. Повышение порога восприятия рецептора следует рассматривать как результат затраты сообщенной рецептору механической энергии на изменение в нем биохимических процессов. Зона ослабления болевой чувствительности под влиянием НЧАК выражена в большей степени по сравнению с высокочастотной вибрацией. При воздействии на нервно-мышечный аппарат они оказывают возбуждающий эффект и способствуют активации биохимических процессов в тканях. Следовательно, изменение функциональной лабильности нервно-мышечного аппарата является отражением изменения уровня биохимических реакций под влиянием НЧАК, а также состояние микроциркуляции в зоне действия. Характер сосудистой реакции зависит от частоты колебаний: при низких частотах (менее 50 Гц) преобладают явления сосудистой атонии, при более высоких (более 50 Гц) – ангиоспазм. НЧАК оказывают прямое действие на тучные клетки. Их стимуляция приводят к нарушению соотношения гистамина и серотонина и, как следствие, изменению микроциркуляции и гемостаза.
В силу специфических особенностей можно полагать, что при частоте механических импульсов, соответствующей возможности их усвоения нервной тканью организма, проторяются пути для улучшения нервной проводимости, улучшаются в наибольшей степени процессы обмена, что, очевидно, и обеспечит высокий терапевтический эффект (эффект парабиоза). Таким образом, учет характера рефлекторных сдвигов при раздражении НЧАК в зависимости от исходного состояния реагирующей системы может обеспечить наиболее правильное и эффективное использование акустического массажа в лечебной практике.
Реакция организма на НЧАК не будет ограничиваться местными проявлениями в поле действия этого фактора. Локальное раздражение нервных рецепторов вызывает рефлекторную реакцию со стороны различных органов и систем, в том числе и отдаленных от места действия НЧАК. Этим можно объяснить активизацию функции надпочечников и стимуляцию тканевого дыхания. Характер и выраженность рефлекторных реакций будут находиться в зависимости от локализации воздействия и физических характеристик фактора и проявятся стимуляцией функции в первую очередь тех органов и систем, которые сегментарно связаны с местом раздражения.
В реализации стимуляции метаболизма на клеточном и органом уровне при воздействии НЧАК принимает участие гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая система. Изменение гомеостаза на гормонально-метаболическом уровне приводит к стимуляции местного и общего иммунитета [17, 18].
Заключение. Применение НЧАК открывает возможности регулирования и стимулирования физиологических процессов в организме. В этом проявляется специфическое действие фактора, которое совершается на фоне общего неспецифического, свойственного и другим физическим раздражителям. Учитывая механизмы действия можно определить области медицины, где НЧАК окажут лечебное действие: в травматологии для проведения массажа под гипсовыми повязками и иммобилизации; в клиниках термических поражений для проведения массажа при ожогах; в гинекологии для проведения массажа через влагалище при трофических нарушениях, непроходимости маточных труб; в сосудистой хирургии для проведения массажа в послеоперационном периоде; при исследовании и лечении органов дыхания.
1. Romanov S.N. Biologicheskoe deystvie mehanicheskih kolebaniy. L.: Nauka, 1983. 209 s.
2. Romanov S.N. Biologicheskoe deystvie vibracii i zvuka. Paradoksy i problemy XX veka. L.: Nauka, 1991. 158 s.
3. Kurortologiya i fizioterapiya (rukovodstvo) / pod red. V.M.Bogolyubova: v 2-h tomah. Izd-vo: Binom Rossiya, 2020. 408 s.
4. Zinkin V.N., Soldatov S.K., Sheshegov P.M. Osobennosti patologicheskogo deystviya aviacionnogo shuma na organ sluha inzhenerno-tehnicheskogo sostava aviacii // Vestnik otolaringologiya. 2007. № 6. S. 25-29.
5. Zinkin V.N., Sheshegov P.M., Chistov S.D. Klinicheskie aspekty professional'noy sensonevral'noy tugouhosti akusticheskogo geneza // Vestnik otorinolaringologii. 2015. T.80, №6. S. 65-70.
6. Neyrosensornaya tugouhost' shumovoy etiologii: diagnostika, lechenie i profilaktika / P.M. Sheshegov, V.N. Zinkin, V.V. Dvoryanchikov, V.G. Mironov // Vestnik Rossiyskoy voenno-medicinskoy akademii. 2015. №2 (50). S. 60-66.
7. Zinkin V.N., Svidovyy V.I., Ahmetzyanov I.M. Neblagopriyatnoe vliyanie nizkochastotnyh akusticheskih kolebaniy na organy dyhaniya // Profilakticheskaya i klinicheskaya medicina. 2011. №3 (40). S. 280-283.
8. Zinkin V.N., Ahmetzyanov I.M. Ekologicheskie, proizvodstvennye i medicinskie aspekty infrazvuka // Zaschita ot povyshennogo shuma i vibracii / Sb. dokl. Vseros. nauch.-prakt. konf. s mezhdunar. uchastiem. SPb, 2013. S. 177-198.
9. Aktual'nye problemy zaschity naseleniya ot nizkochastotnogo shuma i infrazvuka / V.N. Zinkin, S.K. Soldatov, A.V. Bogomolov, S.P Dragan // Tehnologiya grazhdanskoy bezopasnosti. 2015. T. 12, №1 (43). S. 90-96.
10. Infrazvuk i nizkochastotnyy shum kak vrednye proizvodstvennye faktory / Slivina L.P., Kuklin D.A., Matveev P.V. i dr. // Bezopasnost' truda v promyshlennosti. 2020. №2. S. 24-30.
11. Filatov V.V. Infrazvukovoy fonoforez – novoe napravlenie v lechenii oftal'mopatologii // Rossiyskaya detskaya oftal'mologiya. 2013. №1. S. 52-60.
12. Infrazvukovoy terapevticheskiy obluchatel' «IFS-1» // santi.kz/index.html (data obrascheniya: 22.06.2020).
13. Dragan S.P., Bogomolov A.V., Kezik V.I. Analiz impedansnyh harakteristik dyhatel'noy sistemy zhivotnyh i cheloveka // Ros. zhurn. biomehaniki. T. 24, №2. S. 177-186.
14. Zinkin V.N. Biofizicheskie osnovy deystviya akusticheskih kolebaniy // Sistemnyy analiz v medicine (SAM 2016): Mat. X mezhdunar. nauch. konf. Blagoveschensk, 2016. S. 13-17.
15. Ivanov N.I., Zinkin V.N., Slivina L.P. Biomehanicheskie mehanizmy deystviya nizkochastotnyh akusticheskih kolebaniy // Ros. zhurn. biomehaniki. 2020. №2. S. 216-231.
16. Issledovanie nekotoryh mehanizmov povrezhdayuschih effektov nizkochastotnyh shumov / Pluzhnikov N.N., Vladimirov V.G., Voblikov I.V. i dr.// Radiacionnaya biologiya. Radioekologiya. 2001. T.41, №1. S. 67-72.
17. Issledovanie immunogeneza pri vozdeystvii akusticheskih kolebaniy / I.V. Voblikov, V.N. Zinkin, N.V. Kuz'mina, RL. Vorob'eva. // Radiacionnaya biologiya. Radioekologiya. 1998. T. 38, №4. S. 565-572.
18. Voblikov I.V., Zinkin V.N., Kuz'mina N.V. Dinamika immunnogo otveta pri odnokratnom vozdeystvii nizkochastotnyh akusticheskih kolebaniy // Gigiena i sanitariya. 1996. №4. S. 39-40.
