Системная реакция организма на ультразвуковое воздействие

Высокочастотное ультразвуковое воздействие неспецифично для биологических систем. В них нет специализированных рецепторов для восприятия ультразвука как такового, поэтому реакция организма на ультразвук представляет собой сложную комбинацию отдельных реакций на тепловое, механическое, химическое и электрическое воздействие.

В биологических системах нет рецепторов радиации, электромагнитных колебаний (исключая оптический диапазон) и некоторых других факторов внешней среды. Однако живые системы в ходе эволюции сталкивались с этими факторами и выработали специальные механизмы, позволяющие бороться с нежелательными последствиями их влияния, если энергия воздействия ненамного превышает средний для местообитания организма уровень.

В отличие от указанных факторов ультразвук мегагерцового диапазона никогда не влиял на живое в процессе эволюции. Это обусловлено не только малой вероятностью условий, обеспечивающих в природе достаточно длительное генерирование относительно высокочастотного ультразвука, но и высоким коэффициентом поглощения ультразвука в воздухе.

Еще одно существенное отличие высокочастотного ультразвука от других факторов заключается в том, что ультразвуковое воздействие на организм (в клинике или эксперименте) всегда локально и затрагивает объем, во много раз меньший, чем объем всей биологической системы.

При радиационном поражении организма повреждению на каждом уровне предшествует развитие «скрытых» для данного уровня процессов, протекающих на более низком уровне биологической интеграции, и проявляется на данном уровне, когда репарационные возможности предыдущего уровня оказываются исчерпанными. Поэтому видимое радиационное поражение возникает после периода скрытого развития, и максимум наблюдаемых повреждений всегда отделен определенным промежутком времени от повреждающего воздействия.

Реакция на ультразвуковое воздействие существенно сложнее, поскольку «скрытые» процессы идут параллельно на нескольких уровнях, и каждый из них, став наблюдаемым на более высоком уровне биологической организации, накладывается на те, которые уже протекают на этом уровне и являются скрытыми по отношению к следующему в иерархии структур уровню организации.

Реакция на ультразвук становится сходной с реакцией организма на ионизирующее излучение при длительном воздействии ультразвуком (см. полразд. 3.3.1) весьма малых интенсивностей (10 мВт/см²; 1 МГц; 14…30 суток), вызывающим изменения в основном на уровне функционирования клеточных мембран.

По типу взаимодействия ультразвук низких интенсивностей является скорее информационным, чем энергетическим фактором. Действительно, нередки случаи, когда слабое ультразвуковое воздействие инициирует мощные последствия. Так, облучение ультразвуком (1…3 МГц; 0,5 Вт/см²; 6 мин) может привести к увеличению скорости циркуляции крови в тканях и повышению температуры организма на 0,5…1,5°С. Для повышения температуры организма массой 70 кг на 0,5 °С (без учета теплообмена с окружающее средой) необходимо затратить примерно 1,5 • 10⁵Дж. Во время ультразвукового облучения организм в лучшем случае получит 2,3 • 10³ Дж, т. е. в 100 раз меньше. Учет теплообмена между организмом и средой приводит к значительно большим различиям.

После ультразвукового облучения в организме наблюдаются процессы восстановления, протекающие на разных уровнях интеграции и характеризуемые различными временными параметрами. Как и в случаях с другими факторами, реакция на ультразвук существенно зависит от интенсивности и длительности воздействия, а скорость восстановительных процессов относительно велика на низших уровнях интеграции и мала на высших.

Под влиянием ультразвука (1 МГц; 0,2…0,6 Вт/см²; 0.5…5 мин), как уже отмечалось, заметно увеличивается проницаемость клеточных мембран.

Наибольшие изменения в проницаемости наблюдаются в первые 30 мин после облучения, а через 6…10 ч проницаемость клеточных мембран не отличается от исходных значений. Аналогичные данные были получены ранее и при исследовании влияния на проницаемость клеточных мембран рентгеновского излучения (1кР). Достоверные изменения в проницаемости мембран клеток корешков пшеницы наблюдались в первые 4…30 мин после облучения. Изменения полностью репарируются в течение 4…24 ч.

В связи с тем, что рентгеновское излучение взаимодействует со средой на молекулярном уровне, на основе сравнения вышеприведенных результатов можно предположить, что элементарное взаимодействие ультразвука также осуществляется на уровне макромолекул или макромолекулярных комплексов. Последнее не исключает, однако, возможности влияния ультразвука на различные регуляционные системы, например, путем изменения условий передачи управляющих сигналов в результате деполяризации мембран, изменения градиентов концентраций различных веществ и т. д.

На более высоких, клеточном и тканевом, уровнях организации последствия ультразвукового воздействия (0,9 МГц; 0.2…1 Вт/см²; 5 мин) наблюдаются значительно дольше. Так, изменения в тканях коры надпочечников и яичников животных в виде усиления холи неэстеразной активности тканевых гомогенатов, повышения гормональной активности яичников и некоторые другие наблюдались в течение 20 дней после ультразвукового воздействия интенсивностью 1 Вт/см². Более интенсивный ультразвук (0,6 Вт/см²) вызывает значительные морфологические изменения, наблюдаемые, по крайней мере, в течение 60 дней.

Ультразвук (0,6…1 Вт/см²) в начальные сроки (0.5…4 ч) после воздействия снижает количество РНК в тканях зрительного анализатора, к третьим суткам количество РНК увеличивается до 80… 120% и к десятому дню практически не отличается от нормы. При 0,2 Вт/см² количество РНК в тканях несколько увеличивается. Отличия обнаруживаются через 2 ч после ультразвукового облучения, достигают максимальных значений через сутки и в последующие 2… 10 суток мало отличаются от нормы.

Приведенные результаты можно объяснить активирующим действием ультразвука низких интенсивностей (0,2 Вт/см²) и подавляющим действием ультразвука высоких интенсивностей. Не исключено, однако, что ультразвук (0,6… 1 Вт/см²) вызывает задержку в клеточном делении (в интерфазе), в течение которой повреждения в клетках буд>т отрепарированы и не проявятся в виде серьезных дефектов в процессе митоза. Такой «морфостатический» эффект проявился и в уменьшении времени регенерации активно пролиферирующий ткани культи передней лапы тритона после воздействия слабым, диагностическим ультразвуком.

О высокой чувствительности активно пролиферирующих тканей к ультразвуку свидетельствует и повышенная смертность эмбрионов мышей, подвергнутых ультразвуковому облучению (1 МГц; 0,125…0,5Вг/см²; 3 мин) на 13-й день развития. Нарушения наблюдались во всех случаях, а эффект нарастал пропорционально квадратному корню из интенсивности ультразвука. Аналогичные явления наблюдаются и при радиационном повреждении организма.

Наиболее длительное последствие обнаруживается на уровне целого организма. Так, иод действием ультразвука (0,8 МГц; 1,33 Вт/см²) в результате 15-минутной обработки возникают заметные изменения в структуре эпителия кожи человека. В коже, облученной в общей сложности в течение 14 ч (за 7,5 месяцев), повышается кератоз. При этом дозы ультрафиолетового излучения, вызывающие на облученном ультразвуком участке кожи эритему, возрастают. Тщательные исследования, проведенные через 25 лет после ультразвукового воздействия, обнаружили пониженную чувствительность кожи на облученном участке к тепловому и механическому раздражителям.

Вся ультразвуковая терапия базируется на эффектах последействия. Именно эти эффекты, обусловленные ультразвуком специально подобранных параметров, приводят в организме к изменениям, способствующим ускорению нормализации тех или иных функций, выздоровлению организма в целом.

Конечный результат ультразвукового воздействия существенно зависит от его интенсивности. Например, как повышенные, так и пониженные моторная и секреторная функции желудка собак нормализуются под действием ультразвука (0,9 МГц; 5…10 мин), если его интенсивность не превышает 1 Вт/см². У здоровых животных после ультразвукового воздействия функциональных изменений со стороны желудка не наблюдается. При интенсивностях, превышающих 1 Вт/см², ультразвук во всех случаях подавляет моторную и секреторную функции желудка. Ультразвук невысоких интенсивностей (менее 1 Вт/см²; 0,9 МГц; 3 мин) усиливает моторику желчного пузыря. Увеличение интенсивности до 1 Вт/см² приводит к обратному эффекту.

Приведенные данные, а также результаты многочисленных наблюдений, свидетельствующих об эффективном терапевтическом действии ультразвука невысоких интенсивностей, хорошо соответствуют предложенным выше моделям и укладываются в рамки следующих предположений.

Ультразвуковое воздействие низких интенсивностей (менее 1 Вт/см²) вызывает на разных уровнях структурной организации организма незначительные повреждения, легко репарируемые соответствующими системами. В здоровом, нормально функционирующем организме, процессы развития повреждений после ультразвукового воздействия полностью контролируются репарационными системами, остаются в стадии «скрытых» процессов и не вызывают видимых (клинических) реакций со стороны основных систем организма.

Если в организме имеются порочные патогенетические круги, то процессы регуляции, активизированные ультразвуковыми повреждениями, в некоторых случаях способны разорвать эти круги, что приводит, как правило, к нормализации нарушенных функций, так как нормальное состояние организма более вероятно, чем квазистационарное патологическое.