CC BY
53
ВЛИЯНИЕ ЛОКАЛЬНОЙ РЕЗОНАНСНОЙ ВИБРАЦИИ НА ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ
Львов С.Е.*1, доктор медицинских наук Зарипов В.Н.2, кандидат биологических наук Богомолов А.Ф.2, кандидат медицинских наук Шапин В.И.3, кандидат технических наук
1 Кафедра травматологии, ортопедии и военно-полевой хирургии ГОУ ВПО «Ивановская государственная медицинская академия Росздрава», 153002, г. Иваново, ул. Демидова, д. 9.
2 Кафедра физиологии человека и животных ГОУ ВПО «Ивановский государственный университет», 153025, г. Иваново, ул Ермака, д. 39
3 Кафедра теоретической и прикладной механики ГОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет», 153003, Иваново, ул. Рабфаковская, д. 34
РЕЗЮМЕ Представлены результаты исследований влияния локальной резонансной вибрации на некоторые показатели кровообращения верхних конечностей здорового человека. Выявлены изменения артериального кровоснабжения и венозного оттока. Определена величина резонансной вибрации для целостного бедра белых крыс. Установлено влияние резонансной вибрации на изменения кожной температуры стопы у лабораторных крыс.
Ключевые слова: вибрация, резонанс, кровообращение.
* Ответственный за переписку (corresponding author): e-mail: drlvov@mail.ru
В настоящее время особое значение приобретает изучение влияния физических факторов на различные биологические системы. Актуальным является вопрос о механизме действия локальной резонансной вибрации на физиологические системы живых организмов. Действие резонансной вибрации приводит к реакциям как местного, так и общего характера [1, 4]. Механические колебания могут вызвать явление резонанса в одних структурах, что приводит к изменениям в сопряженных системах, в том числе и сердечнососудистой [3].
Целью исследований, проводимых в межвузовской лаборатории «Биомеханика», в том числе на базе кафедры физиологии человека и животных Ивановского государственного университета, было изучение влияния кратковременных и многодневных локальных резонансных воздействий на изменение кровотока человека и лабораторных животных.
Одно из исследований проводилось на группе из 7 женщин в возрасте 20-22 лет. Все многообразие изменений нетолько суммарного кровообращения, но и состояния артериальных и венозных сосудов можно оценить по реовазографическим показателям. Ранее нами было доказано, что в голени контрлатеральной конечности после резонансной вибрации улучшается кровоснабжение исследуемого участка [2]. Поэтому у обследуемых женщин состояние кровообращения оценивалось методом шестиканальной реовазографии для сегментов плечо - предплечье с использованием реографа «Рео-Спектр» фирмы «Нейрософт» (Россия). Для создания резонансных вибрационных воздействий и регистрации колебаний, возникающих в тканях человека, использовалось устройство для вибрационной резонансной диагностики и определения объема движений ключицы [5].
До регистрации показателей испытуемые находились в положении лежа в течение 10 минут. Затем производилась запись реовазограммы, ко-
Lvov S.E., Zaripov V.N., Bogomolov A.F., Shapin V.l.
INFLUENCE OF LOCAL RESONANCE VIBRATION ON PHYSIOLOGICAL SYSTEMS IN ALIVE ORGANISMS
Abstract The results of the investigation of local resonance vibration influence on some indices of circulation in healthy human upper limbs are presented. The alterations of arterial blood supply and venous outflow are revealed. The resonance vibration magnitude for the whole hip in white rats is determined. The resonance vibration influence on the changes of foot skin temperature in laboratory rats is defined.
Keywords: vibration, resonance, blood circulation
торая характеризовала кровообращение в верхних конечностях в состоянии покоя. После этого в течение 10 минут на правую ключицу осуществлялось вибровоздействие с резонансной частотой в диапазоне 25-40 Гц. Через 30 секунд после прекращения вибровоздействия снова регистрировалась реовазограмма для оценки состояния кровообращения в период последействия.
Выявлены наибольшие достоверные изменения периферического кровообращения (рис. 1), характеризующие кровоток в правом плече - области, которая находится в непосредственной близости к правой ключице, подвергавшейся действию резонансной вибрации.
В данном сегменте ослаблялся тонус средних и мелких артерий, а также посткапиллярных сосудов. Все эти изменения способствовали улучшению артериального кровоснабжения исследуемой области и улучшению венозного оттока.
Проведенные исследования выявили достоверное увеличение реографического индекса (РИ) на левом предплечье, что указывает на усиление кровенаполнения сосудов в данном сегменте вер-
хней конечности (табл. 1). В остальных сегментах изменений данного показателя не наблюдается. Под влиянием резонансной вибрации увеличивались также средняя скорость медленного (Ус) и максимальная скорость быстрого (\/т) наполнения сосудов в левом предплечье. Это указывает, с одной стороны, на повышение тонуса средних и мелких артерий и увеличение их заполняемое™ под влиянием ударного выброса сердца, а с другой - на ослабление тонуса крупных магистральных артерий.
Кратковременное действие резонансной вибрации также сопровождалось уменьшением диастолического индекса на левом предплечье, что свидетельствовало об улучшении венозного оттока в исследуемой области по окончании действия раздражителя.
Таким образом, вибрационное резонансное воздействие на правую ключицу приводит к улучшению как артериального кровоснабжения, так и венозного оттока. Изменения контрлатерального кровотока в левом предплечье при этом указывают на то, что местное резонансное вибровоз-
<2х, с
ДИА, % 80 70
Рис. 1. Изменение некоторых показателей реовазограммы плеча под воздействием резонансной вибрации:
1 - левое плечо; 2 - правое плечо, ■ - до вибрации; □ - после вибрации; С!х - время распространения пульсовой волны; ДИК - дикротический индекс; ДИА - диастолический индекс. Примечание. * - достоверность различий
между показателями р < 0,05
Таблица 1. Изменение значений некоторых показателей реовазограммы левого и правого предплечья под воздействием резонансной вибрации
Показатель
реовазо-
граммы
Левое предплечье
До
вибровоз-
действия
После
вибровоз-
действия
Правое предплечье
До
вибровоз-
действия
После
вибровоз-
действия
РИ, Ом
0,92 ±0,103
1,00 ±0,084
0,08 ± 0,027*
0,96 ±0,115
0,97 ± 0,097
0,01 ±0,04
ДИА, %
46,9 ± 4,25
41,0 ±4,07
-5,9 ±2,12*
47,9 ± 6,20
44,9 ± 5,28
-3,0 ± 1,41
Ус, Ом/с
0,81 ± 0,094
0,88 ± 0,074
0,07 ± 0,026*
0,84 ±0,114
0,86 ± 0,091
0,02 ± 0,031
\/т, Ом/с
1,35 ±0,157
1,47 ±0,133
0,12 ±0,041"
1,43 ±0,185
1,45 ±0,152
0,02 ± 0,053
Примечание: РИ - реографический индекс, ДИА - диастолический индекс, Ус - средняя скорость медленного наполнения сосудов; \/т - максимальная скорость быстрого наполнения сосудов; п = 7; достоверность различий между показателями: * - р < 0,05; ** - р <0,01.
Амплитуда, мкВ
170- - - г —■
1Є5 .шкш*
160; 1 ■
155- ■ " Г - %
150
145;
140- ■ - г - %
135 і ■
- - Д. -
.1.1. .
■ і-"' ► “І
—-ИЛ ^
-- к _ ь.
9. - -5^-.
у . А .
*"4
Г
><------------------Г -
■- . к .
-А-
ГГ
■+ТТТ+П
К
1 Т “ “I -1 I
ш I I
■І»
ь
»-Л-
. л .
. і- -
і
+-
5 6 7 8 9 101П2131415161713192021 22232425 262728293031 Э2Э3 3435363738Э
Частота, Гц
Рис. 1. Резонансная частота бедра целостной тазовой конечности белых крыс
действие отражается на состоянии кровотока не только на локальном, но на системном уровне. Это, в свою очередь, свидетельствует о наличии достаточно сложного рефлекторного механизма реагирования на действие данного раздражающего фактора.
Следующая серия экспериментов проводилась на 10 белых беспородных крысах-самцах, которые помещались в специально разработанный станок. Для эксперимента была создана установка, регистрирующая температуру кожи стопы с помощью медьконстантановой термопары.
Использовался вибрационный комплекс, состоящий из персонального компьютера и электродинамического вибровозбудителя механических колебаний ВЭДМ-2. Вибровозбудитель, работая по принципу «электрический ток на входе - тол-
кающая сила на выходе», генерирует на объекте воздействия механические колебания определенной частоты и амплитуды в соответствии с принятым алгоритмом частотно-амплитудного сканирования, задаваемым персональным компьютером. Сигнал от исследуемого объекта воспроизводится посредством обратного возбуждения электродинамическим виброприёмником ВЭДМ-2М, который функционирует по принципу «механические колебания на входе - электрический сигнал на выходе». Цепь обратной связи замыкается на персональный компьютер. Автоматизацией эксперимента достигалось повышение точности измерений вибродинамических параметров объекта (отсутствие субъективных погрешностей оператора). Резонансная частота определялась по максимальной амплитуде вибрации конечности.
Таблица 2. Темпы снижения температуры кожи стопы крыс при воздействии резонансной вибрации
Время, мин Контроль Животные, перенесшие воздействие резонансной вибрации в течение 5 минут Животные, перенесшие воздействие резонансной вибрации в течение 10 минут
^ °С Д1,°С Ъ Д1,°С ^2 Із
1 -0,34 ± 0,09 -0,54 ± 0,067 1,84 -0,34 ± 0,09 0 1,84
3 -1,71 ±0,12 -1,09 ±0,12 3,65** -1,08 ±0,110 3,87** 0,06
6 -2,01 ±0,11 -1,71 ±0,12 1,84 -1,51 ±0,12 4,16*** 1,18
9 -2,16 ±0,10 -2,01 ±0,11 0,01 -1,84 ±0,10 2,26* 1,14
12 -2,31 ±0,10 -2,16 ±0,10 1,06 -2,04 ±0,10 1,9 0,84
15 -2,31 ±0,10 -2,31 ±0,104 0 -2,17 ±0,11 0,9 0,94
18 -2,31 ±0,10 -2,31 ±0,104 0 -2,17 ±0,11 0,94 0,94
21 -1,71 ±0,12 -2,31 ±0,104 -3,84 -2,17 ±0,11 -2,82 0,94
Примечание. ^ - критерий Стьюдента при сравнении показателей группы контроля и животных, перенесших воздействие резонансной вибрации в течение 5 минут, \2 - критерий Стьюдента при сравнении показателей группы контроля и животных, перенесших воздействие резонансной вибрации в течение 10 минут, 13 - критерий Стьюдента при сравнении показателей групп и животных, перенесших воздействие резонансной вибрации в течение 5 и 10 минут. Достоверность различий: * - р < 0,05, ** - р < 0,01, *** - р < 0,001.
В результате измерений установлено, что резонансная частота бедра целостной тазовой конечности белых крыс варьирует в пределах от 30 до 33 Гц (рис. 2).
В ходе проведенного исследования было также обнаружено, что действие кратковременной резонансной вибрации на тазовую конечность крысы тормозит темпы снижения температуры кожи стопы, вызванного иммобилизацией животного (табл. 2).
Проведенные исследования показали, что вибрация, имеющая явно выраженный резонансный характер, особо влияет на живые структуры. Это указывает на необходимость продолжения дальнейших исследований в данном направлении для
поиска путей применения вибрации в лечебных
целях.
ВЫВОДЫ
1. Вибрационное резонансное воздействие на ключицу приводит к улучшению как артериального кровоснабжения, так венозного оттока соответствующей верхней конечности.
2. Локальное резонансное вибровоздействие на ключицу приводит к изменениям контрлатерального кровотока в предплечье.
3. Десятиминутная резонансная вибрация тормозит темпы снижения температуры кожи стопы у белых крыс, вызванное иммобилизацией.
ЛИТЕРАТУРА
1. Клычева М. М., Зарипов В. Н. Влияние кратковременной резонансной вибрации на изменение реова-зограммы плеча человека // Вестн. молодых ученых ИвГУ. Приложение к журналу «Вестник Ивановского государственного университета». - 2006. - Вып. 6. -С. 152-154.
2. Колодина И. Г., Львов С. Е., Назаров С. Б. Изменение физиологических функций организма при кратковременной адаптации к резонансному вибровоздействию // Актуальные проблемы адаптации организма в норме и в патологии : матер, междунар. науч. конф. - Ярославль : Ремдер, 2005.
3. Ловецкая А. Е. Физиологическое действие вибрации // Биологическое действие вибрации и звука. -1991,-№5. -С. 23-28.
4. Охнянская Л. Г., Никифорова Н. А. К механизму действия вибрации на человека // Гигиена туда и профессиональных заболеваний. - 1987. - № 1.
5. Пат. РФ на изобретение № 2264164. МПК7 А 61 В 5/113 Устройство для вибрационной резонансной диагностики и определения объема движений ключицы / В. В. Писарев, С. Е. Львов, В. И. Шапин, С. Я. Красновский. Р11 2 264 164 С2; заявл. 01.12.2003; опубл. 20.11.2005, бюл. №32. - 1 с.
