Введение к работе
Актуальность проблемы. Биологические эффекты низкочастотных акустических колебаний, о которых создано много легенд и мифов, нуждаются в тщательном научном анализе.
Начало исследованию биологическою действия низкочастотных акустических колебаний было положено G. von Ве-kesy (1936). В последующих психофизиологических экспериментах зарегистрированы субъективно неприятные ощущения и ассоциации, психоэмоциональные дисфункции, выраженные нейровегетативные реакции (Gierke Н. Е. von, 1974; Broncr R., 1978). Низкочастотные акустические колебания вызывали изменения различных показа іе.кч'і ф\ пкииопіф" напни сердсчпо-еос\дпстоі'і, дыхательной и нервной спсіем (Карпова 11. П.. Малышев ». II.. 1981; Параш.ко II. М.. .Мала гова Р. В.. 1990).
К началу 80-х годов псе. іедока іе.іп перешли пі фщпмг но, іогпчсского описания выявленных реакций к п.ичеппюме хаппзмов их формирования. Взапмодепс івпе шикочасготпых акустических колебаний с биологическими обьсктпмп рассматривается в рамках двух основных концепций --«энергетической» и «информационной». Согласно первой из них. биологические эффекты низкочастотных акустических колебаний высокой интенсивности определяются поглощенной тканями механической энергией, что приводит к нарушению анатомической целостности и функционирования органов и систем организма (Pimonov L., 1976; Романов С. П., 1983, 1991). К «информационным» относят воздепсівпя ппзкочас ттпы.х акустических колебаний, энергия которых сущее і -пенно меньше суммарной энергии всех ответных реакций организма.
Высокоэпергетпческпе ппзкочастот пые акустические колебания могут вызывать поражения, любых тканей. Напро-
1 Зак, 1242 j
тин, «мпшспыо» информационного воздействия могут выступать наиболее чувствительные и обладающие способностью к кооперативным процессам биологические системы. Ими могут быть различные отделы центральной нервной системы (кора больших полушарий, нейросекреторные образования), рецепторы органов чувств. Очевидно наибольшей чувствительностью к механическим колебаниям обладают мсханоре-цепторы, реагирующие па ничтожные деформации окружающих тканей.
Естественно, что к сенсорным системам, участвующим в формировании генерализованных реакций организма на низкочастотные акустические колебания, относят слуховую (Gierke Н. Е. von, Nixon С. W., 1976; Pimonov L., 1976). Однако пороги слуховых ощущений иод действием этих колебаний лежат в области значительных {інтенсивностей акустических стимулов (Yeowart N. S., 1976). Между тем, пороги слухового восприятия зачастую бывают выше порогов вегетативных и других так называемых «субсепсорных» реакций. Поэтому изучение слуховых ощущений не позволило ни отвергнуть, пи доказать участие слуховой системы в восприятии низкочастотных акустических колебаний.
К тому же одностороннее внимание исследователей к слуховому пути восприятия низкочастотных акустических колебаний не дает возможности объективно оценить немногочисленные и разрозненные факты о влиянии этих колебаний па другие механосенсорные системы (Munger В. L., Ide С, 1988; Миркнп А. С, 1989). Их участие в рецепции данного фактора экспериментально не исследовано и в литературе обсуждается только фрагментарно (Алексеев С. В., Мозжухина Н. А., 1983; Munger В. L., Ide С, 1988; Романов С. Н., 1991). '
Низкочастотные акустические колебания накрывают все тело человека и поэтому способны вызвать значительный поток афферентной нмпульсации в центральную нервную систему. Такое воздействие может не сопровождаться ощущениями, по, подобно другим субсспсорным процессам, вызывать многообразные вегетативные реакции и формировать различные психоэмоциональные состояния,
У мені.шепне естественной меха посенсор ной сигнализации под действием низкочастотных акустических колебании способно приводит!) к сенсорной дсприванпп її последующим выраженным изменениям высшей нервной деятельности.
Значительное сходство процессов механотранедукцин в рецепторах различной морфофункциопальпой органи tamiii, обладающих высокой чувстви ге.тьпостыо к механическим стимулам, позволяет рассматривать ис только слуховую, по и другие мс.хапосепсорпые системы как наиболее всрояшые объекты непосредственного действия низкочастотных акустических колебаний малой интенсивности. В связи с этим перспективным представляется систематическое экспериментальное исследование возможности сенсорного восприятия низкочастотных акустических колебаний механорецепторами различных типов.
Об актуальности изучения механизмов рецепции низкочастотных акустических колебаний свидетельствует и то, что решение данной проблемы предусмотрено Государственными научными программами «Сигнал» и «Мозг». Анализ процессов сенсорного восприятия низкочастотных акустических колебаний имеет важное теоретическое значение для понимания биофизических механизмов действия па организм пебла-юприятпых фактором внешней среды. Исследование -лих механизмов составляеі основу одного из главных направлений научных исследований современной биофизики. Вмесіе с тем разработка проблемы биологическою действия акуеш-ческих стимулов отмоется к чисту фундаментальных <адач биоакустики, бпосейсмологии п чкологпп, определенных I осударствеппыми -жологическимп нахчно-техиическн-.VIи программами «Экология России», «Безопасность населения и народнохозяйственных объектов с учетом риска возникновения природных п іехпогепиьіх катастроф-» н «Глобальные інмепеппя природной среды и клпмаїа».
Приведенные соображения определили цель данной работы, которая состояла в том. чтобы изучить возможность рецепции низкочастотных акустических колебании рл-з.тнч-пыми мехапосенсорпыми спеїемамп оргашпма и илаиовпп. закономерности формирования в них афферентных опнмов.
В соответствии с постав.ченной целью решали следующие задачи:
I. Изучить реакции слуховых рецепторов на низкочастот-
лые акустические колебания.
-
Исследовать механизмы сенсорного восприятия акустических колебаний низкой частоты механорецепторами кожи.
-
Проанализировать закономерности проприоцепцин низкочастотных акустических колебаний.
-
Выяснить механизмы формирования импульсных реакций бронхопульмопальных и кардиоваскулярных мсханоое-цепторов на низкочастотные акустические колебания.
-
Исследовать закономерности изменения функциональных свойств механорецепторов различных типов при действии низкочастотных акустических колебаний.
На защиту выносятся следующие основные положения:
-
Сенсорное восприятие низкочастотных акустических колебаний малой интенсивности осуществляется слуховыми рецепторами, механорецепторами кожи, мышечными веретенами, висцерорсцепторами сердца и легких.
-
Реакции механорецепторов зависят от параметров низкочастотных акустических колебаний: величины афферентных ответов определяются плотностью потока энергии, а их частотная избирательность — преимущественно механическими свойствам!! вспомогательных аппаратов рецепторных органов.
Научная новизна. В результате исследования установлено, что в сенсорном восприятии низкочастотных акустических колебаний малой интенсивности участвуют механоре-цепторы органа слуха, кожи, мышц и внутренних органов^ Выявлены is количественно охарактеризованы зависимости импульсных реакций механорецепторов от параметров низкочастотных акустических стимулов, выяснены механизмы преобразования энергии акустических стимулов низкой частоты в афферентную пмпульсацню нервных волокон большеберцо-вого и блуждающего нервов.
Установлены различные пороги восприятия и особенности импульсных реакций пачиниподобных и клубочковых инкапсулированных нервных окончаний кожи, первичных и вторичных окончании мышечных веретен, а также кардноваскуляр-ных 41 бронхопульмопальных механорецепторов на низкочастотные акустические стимулы. При сравнительном анализе реакций механорецепторов на акустические колебания ннз-
к о її частты прослежена тенденция эволюции механорецеп-торов— повышение их чувствительности за счет усложнения структуры и .развития вопоімогательного аппарата.
Показано угнетающее воздействие пизкочасіоі пых акустических колебании на импульсную акпівносп, |ігцеп тор-пых аппаратов сочатосенсорной системы. Выявлено уменьшение тактильной чувствительности свободных нервных окончаний кожи -и импульсной активности первичных и вторичных окончании мышечных веретен при продолжительной низкочастотной акустической стимуляции ^встановлено подавление импульсной актнвноеш механореценюрон желудочно-кишечного тракта.
Обнаружено, чю низкочастотные акустические колебания малой интенсивности вызывают тахикардию, ираднпши и \д лннеппе пнеппраториой (|)азы дыхательного цикла, причем определенную роль в формировании таких реакций играют кардноваскулярпые и броп.хоиульмональные меха по ре цеп горы.
Выяснена роль нелинейных искажений о процессах сенсорного восприятия низкочастотных акустических колебаний органом Кортн. Обнаружены идізмереньї реакции клеточного дыхания сосудпекнї колоски, ткаїкчіпі о шхлшгя кпжи и изменения содержания г\ моральных факюров лока тыюй со-с\ шстоіі рсі'у.'іяцпп. во шикающие иод действием ппзкоча-СЮЫ1ЫХ ак\ с і нчеекпх ко.тебапнй. Колпчесіг.сппо выражены нарамеїрьі. онре іс.тяюіцпе хараыер распрпеі ранении ппіко-часюїпьіх акусі нчеекпх колебании в чоіе.іьпьіч оно.і ч'пче сміх средах и окружающих мехапорепеп юры тканях.
Теоретическая и практическая значимое! і.. Доказана во ;-\1о,кп(Н' 11, рспснппп ппзкочасіоі иых акус і нчеекпх комебаппй малой иптененвпоетн основными мехапосепсорнымп системами организма, что позволяет считать процессы сенсорного восприятии начальным этапом формирования генерализованных реакций иелос і пот органи <ма па іанимй факіор окружающей среды. В афферентных ответах мсхаиорсцепторов различных типов на низкочастотные акустические стимулы установлены закономерности, обусловленные структурно-ф\ и кип опальной организацией мехапоееп сорных аппаратов.
1 Iceледова и не меха 11 осе 11 сор його воєнрпя пін 1111; ко частотных
акустических колебаний является новым перспективным на
правлением в разработке проблемы неблагоприятного дейст
вия этого фактора на организм человека и животных.
2 Зак. 1242 5
Экспериментально обосновано приоритетное использование ннтенсиметрии для исследований реакций биологических объектов на низкочастотные акустические стимулы. В ходе исследования разработан комплекс методов адекватного моделирования и оценки воздействий на организм низкочастотных акустических колебаний в лабораторных условиях. Он может быть использован для гигиенического нормирования и практической разработки средств индивидуальной и коллективной защиты. Полученные результаты могут найти применение при создании новых методов лечебного акустического воздействия па организм для коррекции его функционального состояния, изучения акустических свойств тканей с целью диагностики различных заболеваний (акустосономет-рпя), лечебного массажа, что представляет определенный интерес для решения ряда проблем физиотерапии, физиологии труда и спорта, гигиены.
Материалы диссертационной работы используются в лекционном курсе и па практических занятиях на кафедрах биологической и медицинской физики, отоларингологии, общей и военной гигиены Военно-імедицинской академии, в научной работе лаборатории физиологии рецепции Института физиологии им. И. П. Павлова РАН.
Подано и утверждено 29 рационализаторских предложений.
Апробация работы. Основные результаты и положения диссертационной работы доложены <и обсуждены на 1 съезде физиологического общества при Российской Академии Наук (Пущипо, 1993); XI Всесоюзной акустической конференции (Москва, 1991); Международной конференции по борьбе с шумом и вибрацией «Noise-93» )(С.Петербург, 1993); Международной конференции «Экологическая патология и ее фар-макокоррекция» (Чита, 1991); 'Всесоюзной с (международным участием конференции «Нейрофар.макологня па рубеже двух тысячелетий», посвященной 100-летию со дня рождения академика АМН СССР С. В. Аничкова (С.-Петербург, 1992; X Всесоюзной с международным участием научной конференции по нейрокибернетике, посвященной памяти А. Б. Когана (Ростов-на Доиу, 1992); конференции «Отечественная отоларингология, вклад ученых Академии в ее становление» (к 100-летию первой кафедры отоларингологии) (С.-Петербург, 1993); I конференции Российской Ассоциации по изучению боли (Москва, 1993); научно-практической конферен-
(3
ннп «Проблеми охраны здоровья it социальные ас чю к г ь; освоения газовых месторождении России» (Астрахань, 1993); 1 Международном симпозиуме по электромагнитной совместности (С.-Петербург, 1993); VII симпозиуме «Механизмы сенсорной рецепции» (Москва, ІУ92); IV Всесоюзном совещании «Ліомнпсснепі пьііі анализ і; биологии и млчицшге и его аппаратурное обеспечение» (Зеленоград 1992); семннаре-коиференннн «Физиология рецепторов кожи» (Нижний Новгород. 1991); 1 Всесоюзном семинаре лВіпмогинеские аспекты, прогнозирования землетрясении» ,(Крилі, 1991); симпозиуме «Медико-биологические проблемы экологии Северо-Запада-* (Ленинград, 1989); 1 Ленинградском 'симпозиуме 'по проблеме «Акустика— здоровье экономика» (Ленинград, 1989); научной конференции молодых ученых «Механизмы регуляции физиологических функции» (С.-Петербург, 1992); X и XII 'конференциях молодых ученых и специалистов академии (Ленинград, 1988; С.-Петербург, 1992).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 23 научные работы.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, выводов, списка литературы и приложения. Изложена на Зй9 сіраітпннх. со ц-ржпт II іаб-.чни, иллюстрирована 92 рпс\ нкамп. Список лпіорніурьі іік.почаеі 391 работу оісчесівенпьіч и ппосіраппьіх авторов. Машинописный тексі ліссер і анпн 223 страницы.