Прок. Удк 616039. 76 Медведев, А. С
 Скачать 2.96 Mb.
|
|
Вибрация представляет собой сложный колебательный про- цесс с широким диапазоном частот, возникающий в результате передачи колебательной энергии от какого-то механического ге- нератора. В городах источниками вибрации являются в первую очередь транспорт, а также некоторые производства. В зависимо- сти от способа передачи различают общую и локальную вибра- цию. При локальном воздействии вибрация передается преиму- щественно через верхние конечности работающих при удержа- нии руками виброинструмента или деталей в случае обработки их на оборудовании, генерирующем вибрацию. Локальная вибра- 226 ция имеет место в таких массовых профессиях, как обрубщики, формовщики ручной формовки, слесари механосборочных ра- бот, полировщики и др. Влиянию общей вибрации подвергается весь организм человека через пол, сиденье, при обработке желе- зобетонного изделия, при работе на транспорте, сельскохозяйст- венной и горнодобывающей технике, при обслуживании техноло- гического оборудования. Чаще всего действию вибрации рабочих мест подвергаются водители большегрузных машин, механиза- торы сельского хозяйства, бульдозеристы, машинисты экскавато- ров и буровых станков. Длительное воздействие вибрации может вызвать вибрационную болезнь, выражающуюся в морфофунк- циональных изменениях нервно-мышечного и суставного аппара- тов, например болезнь Рейно (поражение мелких сосудов кистей). Возрастание уровня неблагоприятного воздействия физиче- ских факторов окружающей среды определяется бурным разви- тием научно-технического прогресса и урбанизацией. Если совре- менное состояние науки и техники позволяет значительно умень- шить загрязнение окружающей среды химическими веществами (биологические средства защиты, безотходные технологии, огра- ничение выбросов промышленных предприятий и автотранспор- та), то с физическими факторами дело обстоит несколько слож- нее, так как научно-технический прогресс и урбанизация связа- ны с широким применением в технике электрической, магнитной и электромагнитной энергии. Ионизирующее излучение получило широкое распростране- ние в различных отраслях промышленности, сельском хозяйстве, в биологии и медицине. В зависимости от проникающей способ- ности этих частиц при внешнем облучении возможно их воздей- ствие на кожу или проникновение в более глубоко расположен- ные ткани. Влияние облучения на организм не ограничивается лишь внешним воздействием на человека в период его пребыва- ния в зоне излучения. Даже после облучения в организме могут развиваться изменения – последствия излучения. Например, в ре- зультате внешнего воздействия нейтронов в организме могут обра- зовываться радиоактивные вещества. В подобных случаях человек временно становится носителем радиоактивных веществ, вследст- 227 вие чего может наступить его вторичное внутреннее аутооблу- чение. Кроме того, при работе с радиоактивными веществами возможно попадание их внутрь организма через легкие или же- лудочно-кишечный тракт. При этом радиоактивные вещества могут заноситься с кровью в различные ткани и органы, стано- вясь также источником внутреннего облучения. 3.2. Механизмы биологического воздействия факторов на организм Механизм действия ионизирующего излучения. Первичное повреждающее действие ионизирующего излучения на живую ткань проявляется ионизацией и возбуждением атомов и моле- кул с образованием свободных радикалов атомарного водорода, гидроксида и перекиси водорода, время существования которых не превышает 10 − 5 –10 − 6 с (прямое влияние радиации). Ионизация или возбуждение атомов и молекул в облученной ткани приводят к возникновению в ней повреждения. Свободные окисляющие радикалы вступают в реакцию с ферментами, содержащими сульфгидрильные группы, которые превращаются в неактивные дисульфидные соединения. В результате этих реакций нарушает- ся каталитическая активность важных тиоловых ферментных систем, принимающих активное участие в синтезе нуклеопро- теидов и нуклеиновых кислот. Вместе с тем при радиационном окислении ненасыщенных жирных кислот и фенолов образуют- ся липидные (перекиси, эпоксиды, альдегиды, кетоны) и хиноно- вые первичные радиотоксины, угнетающие образование нуклеи- новых кислот, подавляющие активность различных ферментов, повышающие проницаемость биологических мембран и изменяю- щие диффузионные процессы в клетке. Непрямое (косвенное) действие ионизирующей радиации свя- зано также с радиационно-химическими изменениями структу- ры ДНК, ферментов, белков, вызываемыми продуктами радио- лиза воды или растворенных в ней веществ, которые обладают высокой биохимической активностью и способны вызывать реак- цию окисления по любым связям. 228 Все эти патологические феномены приводят к развитию так называемой лучевой болезни. Происходит гибель клеток стенок сосудов, главным образом мелких, что имеет большое значение в патогенезе пострадиационного геморрагического синдрома. Под- вергается патологическим изменениям и слущиванию эндотелий сосудов. Периваскулярная соединительная ткань, составляющая механическую опору сосуда, претерпевает деструктивные изме- нения – ее волокна разрушаются, а основное вещество подвер- гается деполимеризации. Снижается упругость и резистентность сосудов. Все это приводит к функциональной неполноценности сосудов и нарушению кровообращения в тканях. Паралитическая вазодилатация и переполнение кровью системы микроциркуля- ции, истинный капиллярный стаз усугубляют дистрофические и дегенеративные изменения в тканях, инициированные прямым действием излучения и первичными радиохимическими реакция- ми. Накопление токсических для организма веществ (например, токсических аминокислот) вследствие нарушения обменных про- цессов способствует тотальной интоксикации организма. Тканевая интоксикация приводит к расстройству нейрогуморальной и гор- мональной регуляции, что проявляется клиническими симптома- ми нарушения функций внутренних органов и систем организма. Одним из ведущих звеньев в патогенезе лучевой болезни является поражение органов кроветворения. Кроветворная ткань чувствительна к радиации, особенно бластные клетки костного мозга. Развивающаяся под влиянием радиации аплазия костного мозга является следствием угнетения митотической активности кроветворной ткани и массовой гибели малодифференцирован- ных костномозговых клеток. Возникающий дефицит лимфоцитов и лейкоцитов приводит к ослаблению иммунной защиты организ- ма. Нарушение эритропоэза чревато развитием анемий, а умень- шение количества тромбоцитов вследствие нарушения их созре- вания в костном мозге усугубляет геморрагический синдром. При этом изменяется молекулярная структура фибриногена и обра- зующегося из него фибрина, в результате чего снижается спо- собность волокон фибрина к сокращению, а, следовательно, кро- вяного сгустка – к ретракции. 229 Механизм действия ЭМП. Интенсивность их биологическо- го влияния нарастает с увеличением мощности и длительности воздействия, причем выраженность реакции зависит в основном от диапазона частот и от индивидуальных особенностей организ- ма. В основе действия электромагнитных излучений на организм лежит взаимодействие проникающих в организм электромагнит- ных волн как с отдельными молекулами ткани, так и с их соче- таниями. Энергия поля, поглощаемая молекулами, преобразует- ся в кинетическую энергию их движения, колебаний дипольных молекул воды и белков, а это вызывает объемный нагрев тка- ней, который также может быть следствием увеличения ионной проводимости внутриклеточной и межклеточной жидкости. По- вышение температуры тканей ведет к денатурации и коагуляции белков, увеличению проницаемости клеточных мембран, сниже- нию активности ферментов, что приводит в свою очередь к по- вреждению разных функциональных систем и прежде всего сис- тем регуляции. Так, тепловой перегрев нейронов ведет к повреж- дению основных функциональных элементов нервной системы. ЭМП миллиметрового и субмиллиметрового диапазона волн вследствие их слабой проникающей способности в основ- ном воздействуют на экстерорецепторы кожи, что индуцирует отраженную реакцию в органах и тканях. Последние могут про- являться нарушением метаболизма, изменением состава крови, концентрации нуклеиновых кислот и общего белка в печени. ЭМП сантиметрового диапазона в основном поглощаются кожей, генерируя тепловой эффект. Этот диапазон наименее опа- сен для человека, так как нагрев быстро ощущается, а терморе- гуляторная реакция, осуществляемая за счет отвода тепла как в подкожные ткани, так и во внешнюю среду, весьма эффективна. ЭМП СВЧ-диапазона глубоко проникают в ткани, почти не затрагивая кожных терморецепторов, поэтому их разогрев с вклю- чением тепловых КПР происходит гораздо позже. При этом внут- ренняя температура тканей увеличивается до критических вели- чин без каких-либо внешних признаков и повреждающее нагре- вание органов происходит раньше, чем ЦНС получит «сигнал бедствия». Неоднородность тканей организма и различие их ди- 230 электрических свойств может привести к неравномерному на- греву отдельных участков и образованию «горячих пятен». Они возникают на границе раздела тканей с высоким (мышцы, кожа, внутренние органы) и низким (жировая, костная ткань) коэффи- циентом поглощения электромагнитного излучения. Если меха- низмы терморегуляции организма способны путем рассеивания избыточного тепла предупреждать локальный перегрев, то повреж- дения не возникнет. В том случае, когда компенсаторно-приспо- собительные механизмы отвода и рассеивания тепла в какой-то части несостоятельны, происходит локальный подъем температу- ры, вследствие чего может возникнуть даже некроз ткани и раз- виться реакция воспаления. Наиболее подвержены перегреву тка- ни с недостаточным кровоснабжением и плохой терморегуляцией (хрусталик, стекловидное тело, кишечник, печень, желчный пу- зырь, семенники, желудок). Так, например, слизистая желудка за счет имеющегося в ней множества складок и крипт, заполненных желудочным соком и слизью, поглощает энергию ЭМ-излучения довольно интенсивно, а охлаждение слизистой по тем же при- чинам затруднено, что на фоне ее хронического нарушения тка- невого обмена и кровообращения может привести к ее повреж- дению и развитию язвы желудка. При этом вследствие прямого раздражения интерорецепторов желудка ЭМП и непосредствен- ного влияния на периферические нервные центры могут форми- роваться патологические рефлексы, приводящие к нарушению секреторной и двигательной функций желудка, что также спо- собствует язвообразованию. Если при мощном воздействии ЭМП наиболее выражен теп- ловой патогенный эффект, то при хроническом его влиянии (уме- ренная и малая интенсивность) наблюдается специфическое не- термическое действие по типу радиационного. Оно проявляется в нарушении биофизических молекулярных процессов в клетках. При действии токов высоких и сверхвысоких частот даже малой мощности наблюдается кумуляция биологического эффекта, в ре- зультате чего возникают функциональные нарушения в нервной, сердечно-сосудистой и эндокринной системах. В первой фазе, как правило, регистрируется лабильность нервной системы, в после- 231 дующем преобладает угнетение ее функций в виде вегетативной дистонии. Микроволны, воздействуя на организм, могут извра- щать некоторые приспособительные реакции, при этом, как прави- ло, нарушается условно-рефлекторная деятельность. Выраженность физиологического эффекта ЭМ-излучения существенно зависит от функционального состояния ЦНС, которое также определяет скорость развития патологических изменений, возникающих под действием ЭМП. Например, животные со слабым типом нервной деятельности более чувствительны к СВЧ-излучению по срав- нению с животными с сильным типом нервной деятельности. ЭМП могут стимулировать физиологические КПР, которые имеют положительное терапевтическое значение. Например, мест- ный тепловой эффект ЭМП, вызывающий артериальную гипе- ремию, может оказывать положительное воздействие при лече- нии воспалительного процесса. В небольших дозах ЭМП напря- мую стимулируют активность некоторых ферментных систем, активизируя обмен веществ. К положительным эффектам воз- действия ЭМП следует отнести стимуляцию ЦНС: активизацию функций дыхательной и сердечно-сосудистой систем (рефлектор- ное учащение дыхания, расширение сосудов, тахикардия), уси- ление функций передней доли гипофиза и коры надпочечников. Кроме того, ЭМИ стимулируют выработку антител, повышают бактерицидные свойства крови, фагоцитарную активность лей- коцитов и клеток ретикулоэндотелиальной системы. Последний эффект обусловлен непосредственным действием микроволн на клетки. Механизм биологического действия лазерного излучения. Тип биологических проявлений лазерного облучения зависит от конкретных его параметров излучения (мощности и длительно- сти импульса). В целом характер эффектов, развивающихся в клет- ках и тканях при облучении, обусловлен колоссальной концент- рацией световой энергии в чрезвычайно малом пространстве. По механизму своего биологического действия лазерное излуче- ние (ЛИ) существенно отличается от излучений других видов. Для газовых лазеров с непрерывным режимом генерации и для маломощных импульсных лазеров при достаточной длительно- 232 сти их импульса наиболее характерно тепловое действие. По мере укорочения импульса и роста его энергии на первый план вы- ступает ударный эффект в сочетании с фотохимическими и фото- электрическими явлениями в тканях. От длины волны зависит избирательность воздействия лазерного луча на определенные биологические структуры. В частности, на коферменты, пури- ны и аминокислоты, имеющие максимум поглощения энергии в ультрафиолетовой части спектра, наиболее активное воздейст- вие окажут лазеры, генерирующие излучения с длиной волны менее 400 нм, тогда как для гемоглобина и дыхательного фер- мента цитохрома С, имеющих максимум поглощения энергии в сине-зеленой части спектра, наиболее действенными будут лу- чи аргонового лазера с длиной волны 490 нм. Вместе с тем вследствие высокой энергетической плотности лазерного луча даже при воздействии излучения, не имеющего сродства по дли- не волны к облучаемой структуре, может наблюдаться сильный биологический эффект. Относительно низкоинтенсивное ЛИ мо- жет вызывать перестройку клеточного метаболизма, оказывая влияние на течение окислительно-восстановительных процессов. На конечные результаты взаимодействия ЛИ с биосубстра- тами существенное влияние оказывают также такие специфи- ческие свойства облучаемых структур, как их теплоемкость и теплопроводность, насыщенность водой и пигментом, их ме- ханические и акустические качества. Именно от конкретных свойств облучаемых тканей зависит количество поглощенной и отраженной ими энергии. Активно поглощают лазерные лучи гемоглобин, меланин, серое вещество мозга (по сравнению с бе- лым), радужка глаза (по сравнению с роговицей) и др. Погло- щенная энергия может преобразовываться и излучаться уже с другой длиной волны, инициируя фотохимические процес- сы, что в свою очередь может вести к вторичному поврежде- нию облученных тканей. Таким образом, при действии ЛИ в био- логических тканях развивается сложный комплекс изменений, являющихся результатом взаимодействия с тканями ряда фак- торов, среди которых на первый план выступают термический и ударный эффекты. 233 Термический эффект ЛИ особенно отчетливо проявляется в пигментированных тканях. В зависимости от величины погло- щенной энергии может наблюдаться либо мгновенное испарение вещества, либо развитие ожога различной выраженности. При этом вследствие чрезвычайной кратковременности лазерного воз- действия, быстрой термостабилизации и малой теплопроводно- сти большинства биологических структур возникающие термо- очаги четко отграничены от окружающих тканей, напоминая электрокоагуляционные ожоги при поражениях электротоком. Термический эффект всегда строго локализован. Непосредствен- ный очаг поражения может быть расположен и в глубине, по хо- ду прохождения луча, при абсолютно неповрежденной коже. Это зависит как от степени пигментированности тканей по ходу лу- ча, так и от фокусировки его на глубине облучаемого объекта. Подобного рода особенность позволяет использовать лазерное излучение, например, для лечения поражений, локализованных на сетчатке глаза. С тепловым влиянием тесно связан и ударный эффект ла- зерного воздействия. Тепловая энергия, выделяющаяся в месте фокусирования лазерных лучей, инициирует тепловое объемное расширение тканей, что в свою очередь сопровождается давле- нием на окружающие структуры и их деформацией. Определен- ное значение в развитии этого эффекта принадлежит также удар- ной волне, возникающей при мгновенном испарении частиц тка- ни в месте облучения. Она распространяется в окружающих тканях сначала с ультразвуковой скоростью, затем со звуковой и, наконец, со скоростью ниже звуковой. Поэтому эффект удар- ной волны может отмечаться даже на значительном расстоянии от места непосредственного облучения. Давление ударной вол- ны может достигать значительных величин. Особенно опасны случаи возникновения ударной волны за счет теплового объем- ного расширения в сочетании с парообразованием в замкнутых полостях (полость черепа, глаза, грудная клетка и др.). Иногда могут регистрироваться явления кавитации, т. е. образования по- лостей вследствие быстрого испарения частиц вещества. Обра- зующиеся каверны, спадаясь после прохождения ударной волны, 234 в свою очередь приводят к дополнительному компрессионно- му удару. ЛИ помимо теплового и ударного эффекта вследствие своей большой энергетической плотности индуцирует возникновение или изменение напряжения существующих в биообъектах элект- рических и магнитных полей. При действии достаточно мощных лазерных излучений напряженность возникающего электриче- ского поля может достигать 10 7 В/см 2 , что достаточно для ослаб- ления и даже разрыва химических связей, образования свобод- ных радикалов, катализа различных химических реакций. Таким образом, под влиянием ЛИ возможно появление разнообразных фотохимических и фотоэлектрических эффектов. Поскольку повреждающее действие на биологические объек- ты оказывает лишь лазерное излучение достаточно высокой мощ- ности, принято считать, что в обычных производственных усло- виях подобные ситуации могут возникать только в случае гру- бых нарушений техники безопасности. Вместе с тем в процессе работы с лазерными установками обслуживающий персонал мо- жет подвергаться длительному воздействию маломощных как пря- мых, так и диффузно-отраженных и рассеянных лазерных излу- чений, биологическое действие которых на организм работаю- щих изучено недостаточно. |