Реакції організму на однократний вплив ультразвуком різної інтенсивності

Однократний вплив ультразвукових коливань вивчене й освітлено в літературі значно менше, ніж багаторазове. Тим часом саме дослідження змін в організмі після однієї процедури становить найбільший інтерес для з'ясування механізму дії фізичного фактора, тому що він тут виступає в найбільш чистому виді, а у відповідні реакції в мінімальному ступені вовлечены адаптаційні процеси. Крім того, реакції організму на однократні впливи можуть служити своєрідними тестами, що визначають індивідуальну реактивність його до фізичного фактора і доцільність лікувального застосування останнього.

Найбільша увага в цій главі буде приділено обміну вуглеводів, що займає центральне місце в забезпеченні енергетичних і пластичних функцій організму. Через багатоконтурного регулювання рівня вуглеводів дослідження їхнього метаболізму може виявитися корисним і в оцінці дії ультразвуку на реактивність живого організму.

Ультразвук і структурно-функціональний стан шкіри

При озвучуванні тіла в ультразвукове поле насамперед попадає шкіра. Інтенсивність ультразвукових коливань у цій тканині найбільш близька до інтенсивності ультразвуку, що знімається з голівки вібратора. У тканинах, що лежать глибше, інтенсивність змінюється за рахунок розходжень в акустичній "прозорості". Тому саме на шкірі доцільно вивчати залежність між силою ультразвукового впливу і характером відповіді на нього.

Метаболичні зрушення

Нам не вдалося знайти чіткої залежності змін активності ряду ферментів обміну вуглеводів шкіри від інтенсивності ультразвукових коливань через 24 г після впливу. Виключення складає фосфорилаза, у зміні активності якої такий зв'язок просліджується.

У шкірі пацюків виявляється різна чутливість ферментативних систем до ультраакустичної енергії: окремі інтенсивності ультразвуку здатні викликати як підвищення (кисла мальтаза, фосфогек-соизомераза, фосфофруктокиназа, альдолаза, транске-толаза), так і знижеиня (фосфорилаза, фосфоглюкомутаза, рибозо-5-фосфатизомераза) їхньої активності.

Активність ферментів шкіри залежить не тільки від потужності ультразвукового впливу, але і від часу, що пройшов з моменту озвучування. Так, після однократного впливу ультразвуку інтенсивністю 0,4 Вт/см2 у шкірі кролика збільшується активність альдолазы в 1,4 рази в порівнянні з контролем. З підвищенням інтенсивності ультразвуку (до 1,0 Вт/см2) активність ферменту спочатку збільшується, але вже через 2 г починає падати. Після дії ультразвуку інтенсивністю 1,2 Вт/см2 активність альдолази була знижена в усі терміни спостереження.

Значення тимчасового фактора особливо рельєфно виступає при дослідженні динаміки змісту циклічного 3',5'-АМФ (цАМФ) у шкірі пацюків при впливі ультразвуку інтенсивністю 0,2 Вт/см2. Через 4 г зміст цАМФ зменшується майже в 2 рази, до 12 г нормалізується, зберігається на такому рівні до кінця першої доби спостереження і потім знову трохи знижується до 48 г. Такі хвилеподібні зміни цАМФ у шкірі повинні визначати різну чутливість її до регулюючого гормональним впливам у різні відрізки часу після впливу.

Морфологічні зміни

Вивчення метаболічних процесів у тканинах без рівнобіжного дослідження їхньої структури не може дати вичерпної відповіді при оцінці реактивності організму в умовах ультразвукового впливу. При проведенні морфологічних досліджень особлива увага була приділена стану клітинних і волокнистих структур шкіри в силу того, що саме шкіра є своєрідними "вхідними воротами" для ультраакустичної енергії.

В експериментах на кроликах Л. И. Богданович показав, що однократний вплив безупинним ультразвуком інтенсивністю 0,5 Вт/см2 при стабільній методиці озвучування викликав у шкірі слабовиражене запалення. Стабільне застосування безупинного ультразвуку інтенсивністю 2,5 Вт/см2 привело до появи екссудативно-алътеративного запального процесу, що супроводжується розвитком інфільтрату в дермі і дегенерацією клітин епідерми. Найбільш значні зміни були виявлені в эпидермі й у верхній частині дерми.

Детальні гістологічні і гистохимичне дослідження впливу ультразвуку в широкому діапазоні інтенсивності (0,2-1,8 Вт/см2) були проведені в нашій лабораторії И. А. Чиркиной. У процесі п'ятихвилинного впливу ультразвуком великої інтенсивності (1,8 Вт/см2) наростає гіперемія шкіри аж до появи петехіальних крововиливів. У наступному морфологічні зміни укладаються в картину дифузійного асептичного запалення шкіри.При гістохімічному дослідженні встановлено, що протягом перших 2 г після озвучування ступінь окрашене функціональних груп білків у клітинних і волокнистих структурах шкіри істотно не змінюється в порівнянні з контролем. Однак зростає інтенсивність дифузійного фарбування дерми на сульфгідрильні й амінні групи. Через добу в дермі збільшується кількість клітинних елементів з інтенсивним фарбуванням на ці функціональні групи білкових молекул (лейкоцити, макрофаги). Через тиждень після ультразвукового впливу було відзначено, що цитоплазма фібробластів і макрофагів у сосочковому шарі дерми і гіподермі, а також цитоплазма паросткового шару епідерми інтенсивніше, ніж у контролі, офарблюється на сульфгідрильні й амінні групи білків. При зіставленні цих результатів гістохімічних досліджень, а також результатів кількісного визначення рівня білків у шкірі показано, що на ранніх термінах після озвучування внаслідок стазу із судин білки крові збитково виходять з отеченої рідини. Після 7 доби набряк спадає, а підвищений зміст білків у шкірі можна пояснити посиленням їхнього синтезу в клітках паросткового шару епидерми, у фібробластах і макрофагах дерми.

Ступінь фарбування на ДНК у ядрах епітеліальних і з'єднувальнотканинних клітин була приблизно однакової в усі терміни спостереження. Тенденція до збільшення кількості ДНК через добу після впливу може бути пояснена явищами клітинної інфільтрації дерми. Вірогідно більш високий рівень ДНК у шкірі через тиждень після озвучування пацюків варто розглядати як результат пролиферативных процесів епідермальних і з'єднувальнотканинних елементів шкіри.

За допомогою гістохімічних методик не удалося знайти змін у розподілі і кількісному змісті РНК у шкірі протягом першої доби після впливу. Через тиждень після озвучування в сосочковому шарі шкіри й у гіподермі було виявлене більше, ніж у контролі, кількість фібробластів, макрофагів і малодифференційованних клітин, цитоплазма яких була інтенсивно піронінофільна. Зіставлення приведених даних з результатами кількісного визначення рівня РНК у шкірі показало, що тільки через 10 хв послу впливу рівень РНК у шкірі вірогідно знижувався в порівнянні з контролі. Надалі кількість РНК нормалізується, як видно , не за рахунок синтезу в клітках, а в результаті інфільтрації дерми клітками сполучної тканини. Через 7 діб в клітинах епидерми і дерми виявлені морфологічні ознаки підвищеного синтезу РНК-кислі мукополісахариди шкіри виявляються в основній міжклітинній речовині під базальною мембраною і навколо судин сосочкового шаруючи дерми, у складі з'єднанотканинних оболонок волосся

і сальних залоз, у стінках артерій м'язового типу, розташованих у гіподермі. Через добу після озвучування в сосочковом шарі дерми зростає зміст гіалуронової кислоти, а через тиждень виявлене нагромадження хондроітінсульфатів А и С.

Інтенсивність фарбування на нейтральні мукополісахариди незначно зростала через 7 днів після озвучування в стінках судин сосочкового шаруючи і гіподерми. У розподілі і змісті глікогену, обумовленого гистохимически РА5-реакцією по Шабадашу, змін не було виявлено, що відповідає результатам кількісного визначення цієї речовини в шкірі.

Виходячи з вищевикладеного, можна думати, що однократний вплив ультразвуком щодо високої інтенсивності приводить до прояву двох фаз у розвитку реакцій шкіри на озвучування. У ранній термін досвіду в загальній картині морфологічних, гістохімічених і біохімічних показників істотну роль грало асептичне запалення. До 7-м доби спостереження починають виявлятися ознаки активації метаболізму у власних клітинних елементах шкіри. Таке представлення підтверджується аналізом динаміки змін інтегрального показника метаболізму - інтенсивності тихорецького подиху ступінь поглинання кисню зрізами шкіри мав тенденцію до збільшення через 2 г і вірогідно підвищувалася через тиждень після впливу.

Ультразвук інтенсивністю 0,6 Вт/см2 приводить до менших порушень у морфологічній картині шкіри. Мікроскопічні зміни в шкірі через 10 хв послу впливу зводилися до розширення сосудов'во всіх шарах дерми, у гіподермі й у шкірному м'язі. Через 2 г гіперемія зменшувалася, відзначався нерізкий виражений набряк дерми. Навколо судин сосочкового шаруючи з'являлися одиничні лейкоцити. Після 7 доби в шкірі піддослідних і контрольних пацюків уже важко уловити істотні розходження.

У ранній термін після озвучування (10 хв, 2 г) у клітинних і волокнистих структурах шкіри не було відзначено змін в інтенсивності фарбування й амінні групи білків. Через добу в дермі зростала кількість лейкоцитів, цитоплазма і ядра яких інтенсивно пофарбовані на сульфгідрильні групи білків. Через тиждень навколо судин сосочкового шаруючи дерми і м'язової пластинки збільшувалася кількість фібробластів, у цитоплазмі яких виявлялося скупчення сульфгідрильних груп-білків.

Розподіл і зміст нуклеиновых кислот, кислих і нейтральних мукополісахаридів у шкірі піддослідних тварин в усі терміни спостереження істотно не відрізнялися від норми,Таким чином, однократний вплив ультразвуковими хвилями середньої інтенсивності характеризувалося проявами нерізко вираженого роздратування шкіри.

Після однократного впливу ультразвуком малої інтенсивності (0,2 Вт/см2) макроскопічно спостерігалася нетривала гіперемія шкірних покривів. Через 10 хв послу озвучування в сосочковом шарі дерми виявлялися судини з розширеним просвітом, однак явищ стазу не було відзначено. В інший термін спостереження як макроскопічно, так і мікроскопічно шкіра виглядала нормальної.

За допомогою гістохімічних методів не виявлено яких-небудь особливостей у розподілі функціональних груп білків, нуклеопротеидов і мукополисахаридов в озвучених тварин у порівнянні з контрольними. Однак за допомогою паралельно вироблених біохімічних досліджень удалося продемонструвати деякі розходження. Так, наприклад, через 10 хв і 2г після впливу в шкірі зростала кількість сумарних білків кількість ДНК збільшувалося в шкірі через 2 г і 24 г після впливу і потім до 7-м доби трохи знижувалася. У динаміку змін змісту глікогену не було виявлено достовірних розходжень у порівнянні з контролем, хоча середні величини були на нижній границі норми. Можливо, це зв'язано з більш активним використанням глікогену для енергетичних нестатків клітин шкіри. Останнє припущення підтверджується помітним активуванням процесів поглинання кисню зрізами шкіри через 10 хв і 2 г послу впливу. Варто підкреслити, що ультразвук малої інтенсивності приводив до достовірних зрушень у рівні ДНК шкіри, хоча морфологічні і гистохимические методи виявилися неефективними в реєстрації і поясненні цих змін. Можна думати, що після однократного впливу ультразвуком інтенсивністю 0,2 Вт/см2 у клітках епидерми, найбільше активного в гермінативному відношенні, підвищується синтез ДНК.

Виходячи з даних про активацію метаболізму в шкірі під впливом ультраакустичної енергії малих інтенсивностей, становить інтерес вивчення мітотичної активності кліток епідерми, що характеризує ступінь клітинного відновлення.

Однократний вплив безупинного й імпульсного ультразвуку інтенсивністю 0,2 Вт/см2 привело до достовірного збільшення числа фігур мітозу в епідермі пацюків через 24 г після озвучування. Через тиждень мітотична активність епідерми наближалася до контрольного. Характерно, що при дії імпульсного ультразвуку ця закономірність виявлялася більш чітко (в інтервалі 12-48 г).

Час мітотичного розподілу, обчислений із зіставлення числа фігур мітозу, накопичених під впливом колхіцину за 4 г і без нього, залишалося у всіх групах досвіду приблизно однаковим - близько 40 хв. Патологічних фігур мітозу не було виявлено. Отже, є підстави припускати, що ультразвук малої інтенсивності, не впливаючи на механизм мітозу, дає стимул интеркинетическим кліткам до вступу в митотическую фазу клітинного циклу. Ультразвукові хвилі таких параметрів, імовірно, відносяться до тих видам "стимулу", що характерні для активації розподілу нормально розмножується популяції кліток.

Не виключено, що цей ефект здійснюється за допомогою змін гормонального тла організму і, зокрема , за рахунок збільшення змісту інсуліну, тому що на різних об'єктах показана ростостимули-рующее дія цього гормону, зв'язана з активацією синтезу всіх основних класів РНК і з ініціацією синтезу ДНК; інсулін у фізіологічних концентраціях сприяє переходу кліток з періоду О в період 5 і вступу кліток у мітоз.

При проведенні морфологічних досліджень особлива увага була приділена дегрануляции гладких кліток (лаброцитов) після впливу ультразвуком різної інтенсивності.

Через 2 ч послу впливу ультразвуковими коливаннями великої інтенсивності (1,8 Вт/см2) майже всі гладкі клітки гіподерми знаходилися в стані дегрануляции. Через 24 г вони були розсіяні між пластинками пухкої сполучної тканини; виявлялося багато гладких кліток зі світлою цитоплазмою і чітко видимим ядром. Через тиждень у клітинному складі дерми часто зустрічалися молоді форми гладких кліток. Після впливу ультразвуком інтенсивністю 0,6 Вт/см2 через 2 г відзначена дегрануляция приблизно половини гладких кліток, через 24 г у міжклітинній речовині дерми і гіподерми виявлялися" вільно лежачі метахроматические гранули лаброцитов, до кінця першого тижня спостереження молоді форми гладких кліток виявлялися частіше, ніж у контролі.

Вплив ультразвуком малої інтенсивності (0,2 Вт/см2) майже не змінює стан тучноклеточно-го апарата, хоча трохи підсилює ступінь дегрануляции гладких кліток у порівнянні з контролем.У літературі маються повідомлення про те, що гладкі клітки брижів пацюків також чуттєві до ультразвуку інтенсивністю 0,8 Вт/см2. Зміни в гладких, клітках найбільш виражені через добу дегрануляции піддана більшість гладких кліток. Цікаво, що описані явища були виражені в меншому ступені, якщо досвіди ставилися на тлі досить глибокого ефірного наркозу. Тому можна думати, що в процесі ультразвуковий дегрануляции гладких кліток беруть участь нервнорефлекторные механізми. Ступінь дегрануляции лаброцитов знаходиться в. прямої залежності від кількості внесеної в організм ультраакустичної енергії.

Фізико-хімічні і функціональні зміни

Шкіра, що виконує в людини і тварин різноманітні і складні функції, відіграє важливу роль у процесах реагування організму й адаптації його до зовнішніх факторів. На вплив різних подразників вона відповідає змінами своїх функцій і фізико-хімічних властивостей. Тому шкіра - улюблений об'єкт при дослідженні реактивності. Більшість дослідників вважають, що шкірні проби певною мірою відбивають і реактивність організму в цілому.

Для оцінки реактивності шкіри нами застосований комплекс тестів, більшість з який розроблені В. А. Бандариньш і його учнями.

Проведена в здорових людей электропатергометрія показала, що терапевтичні дози ультразвуку викликають закономірне підвищення реактивності шкіри. Після озвучування при 0,4 Вт/см2 значно збільшувалася імовірність для нормергической реакції і зменшувалася для энергической і гиперерги-ческой. При підвищенні інтенсивності ультразвуку до 0,8 Вт/см2 уже через 10 хв послу впливу зростала імовірність для нормергической і гиперергической реакцій і зменшувалася для энергической і гипергиче-ской. При дії ультразвуку інтенсивністю 1,2 Вт/см2 відзначалося значне зрушення реактивності убік гиперергической реакції в основному за рахунок зменшення імовірності для энергической і гипергиче-ской реакцій.

Особливості сумарної судинної проникності шкіри здорових облич були вивчені в нашій лабораторії И. А. Климовичем методом визначення часу флюоресценції ділянок шкіри після уведення флюоресцеина натрію. Ультразвук інтенсивністю 0,8-1,2 Вт/см2 уже через 10 хв викликав достовірне зменшення часу зникнення флюоресценції в озвученій ділянці шкіри, що свідчить про підвищення сумарної судинної проникності. При впливі ультразвуком меншої інтенсивності цей ефект був виражений незначно.

Деяка зміна часу флюоресценції виявлено на симетричній (неозвученої) кінцівки тільки при впливі ультразвуком інтенсивністю 1,2 Вт/см2. У вивченому діапазоні интенсивностей не було виявлено змін сумарної судинної проникності у віддаленій ділянці шкіри (на стегні).

Локальний вплив теплом, що приводить до підвищення температури шкіри на 0,8-1,0°, не робило якого-небудь впливу на судинну проникність шкіри як у місці впливу, так і на симетричній кінцівці й у віддалених ділянках шкіри. Отже, у процесах зміни судинної проникності шкіри при впливі ультразвукових хвиль велику роль грає не термічний фактор, а механічний вплив. При високих интенсивностях судинна проникність шкіри може змінюватися за допомогою рефлекторних механізмів не тільки в місці озвучування, але й у віддалених ділянках шкіри (на симетричній кінцівці).

Для оцінки впливу ультразвуку на проникність шкіри людей нами використаний також метод прижиттєвої ионофорезометрии. Сутність його зводиться до визначення убули досліджуваної речовини з дзвону після дозованого электрофореза.

Як показали експерименти, ионофоретическая проникність шкіри, підданої попередньому озвучуванню, зростає. Збільшення проникності для що вводяться электрофорезом речовин (новокаїн, гепарини) залежить від інтенсивності застосованого ультразвуку і часу дослідження. Максимальні зрушення спостерігалися при проведенні ионофорезометрии через 30 хв послу впливу ультразвуком інтенсивністю 5 0,6 Вт/см2. Отримані дані можуть бути використані фізіотерапевтами для встановлення оптимальних умов комбінування ультразвуку і лікарського электрофореза.

У здійсненні барьерно-защитной функції шкіри важлива роль приділяється кислотно-лужним властивостям її поверхні. Ультразвук інтенсивністю 0,4- 1,2 Вт/см2 приводить до закономірного зниження величини рн поверхні шкіри, причому зі збільшенням інтенсивності цей ефект зрушується в часі до моменту впливу. Навіть при малих интенсивностях ультразвуку удалося виявити деяке зниження рн і на поверхні симетричної ділянки шкіри. Варто підкреслити, що виявлені зміни у величинах рн носять оборотний характер, у всіх випадках нормалізація цього показника наставала протягом доби. -Таке порівняно швидке повернення рн поверхні шкіри до вихідного рівня, імовірно, можна пояснити буферними властивостями шкіри і досконалістю гомео-статических механізмів цього органа.

Відзначене зрушення рн поверхні шкіри в кислу сторону може говорити про те, що для енергетичного обміну в даному випадку використовуються переважно вуглеводи, тому що при їхніх посилених перетвореннях у тканинах накопичуються кислі продукти обміну.Іншою важливою фізико-хімічною характеристикою реактивності шкіри є величина rH2 (редокс-потенціал), за допомогою якої оцінюються окислювально-відновні процеси в тканинах. Після однократного впливу ультразвуком інтенсивністю 0,4 Вт/см2 відзначається незначне і короткочасне зниження окислювально-відновного потенціалу тільки в місці озвучування (з 16,94 до 16,35 ед.). При підвищенні інтенсивності до 0,8 Ут/див2 виявлене більш значне і тривале зниження величин редокс-потенціалу поверхні шкіри в місці озвучування: через 10 хв і 2 ч відповідно на 0,82 і 0,90 ед. Аналогічний ефект був виявлений і на симетричному, але не озвученій ділянці шкіри. Найнижчі значення окислювально відновного потенціалу шкірної поверхні спостерігалися в місці озвучування спустя 10 хв після впливу ультразвуком інтенсивністю 1,2 Вт/см2 (зниження на 1,61 од.). Зниження рівня окислювально-відновного потенціалу поверхні шкіри під впливом терапевтичних доз ультразвуку носило оборотний характер. В усіх випадках цей показник повертався до вихідного рівня в області ультразвукового впливу через 2-24 г, а на симетричній ділянці через 2 г послу озвучування. На віддалених ділянках достовірних розходжень редокс-потенціалу і рН поверхні шкіри не виявлене.

У здійсненні барьернозащитной функції шкірної поверхні визначене місце приділяється її тоем так називаним мантіям: кислотної, водно-жировий і ферментативний. Водножирова емульсійна плівка, що має низьку величину рн і володіє буферними властивостями через молочну кислоту, амінокислот, нижчих жипных кислот і неорганічних солей, являє собою сумарний результат процесів кератшшзашш і функціонування сальних і потових залоз.

У фізіологічних умовах на внутрішній поверхні у верхній третині передпліччя экскреция ліпідів складає 0,04+_0,0025 Вт/см2 у добу, кількість активних сальних залоз 11+0,57 на 1 см2 поверхні шкіри, а їхня питома активність дорівнює 3,5 мкг/доба. Після однократного впливу ультразвуком інтенсивністю 0,4 і 0,8 Вт/см2 екскреция ліпідів підвищилася до 0,05+0,0027 мг/см2. При більш високій інтенсивності ультразвукових хвиль (1,2 Вт/см2) збільшення экскреции ліпідів перевищувало вихідний рівень у 1,5 рази. Екскреція хлоридів шкірою здорової людини складає 0,017+0,003 мг/см2 у добу. Після однократного озвучування інтенсивністю 0,4 М екскреция хлоридів збільшується до 0,019± +0,0013 мг/см2 у добу; при підвищенні інтенсивності до 0,8 і 1,2 Вт/см2 цей показник наростає до 0,020+ +0,0010 і 0.021+Д0012 мг/см2 відповідно.

До озвучування в здорової людини кількість активних потових залоз дорівнює 48 на 1 см2.

Зі збільшенням інтенсивності ультразвукового впливу (0,4-0,8-1,2 Вт/см2) трохи підвищується індекс екскреції (2,63-2,5-2,86 при нормальному значенні 2,35). Це вказує на значне підвищення частки жирового компонента у водноліпідній емульсійній плівці шкіри завдяки більшій активації функції сальних залоз під впливом терапевтичних доз ультразвуку. З огляду на різний характер іннервації потових і сальних залоз (потові залози мають симпатичну, а сальні - парасимпатическую іннервацію), можна зробити висновок про тонізуюче впливі ультразвуку на вегетативну нервову систему, переважно на її парасимпатический відділ. Зміни, що виявляються на симетричних, а в частині спостережень і на віддалених ділянках шкіри, дозволяють говорити про важливу роль нервоворефлекторних механізмів у формуванні реактивності організму на дію ультраакустичної енергії.