Инна Вартанян - Коснуться невидимого, услышать неслышимое

• Название: Коснуться невидимого, услышать неслышимое
• Автор: Инна Вартанян
• Издательство: Наука, Ленинградское отделение
• Жанр: Биология
• Год: 1985

В книге обобщены представления о деятельности органов чувств, полученные с помощью классических методов, и результаты оригинальных исследований авторов, основанных на использовании в качестве раздражителя фокусированного ультразвука. Обсуждаются вопросы, связанные с применением фокусированного ультразвука для изучения тактильных, температурных, болевых и слуховых ощущений человека, с его действием на зрительную и электрорецепторную системы животных. Рассмотрены некоторые аспекты клинико-диагностического применения фокусированного ультразвука, перспективы изучения и протезирования сенсорных систем с помощью искусственных раздражителей.

---

В тех случаях, когда больные с пораженным рецепторным аппаратом внутреннего уха при действии фокусированного ультразвука испытывали слуховые ощущения, порог этих ощущений оказался на 30—40 дБ выше, чем порог слуховых ощущений человека с нормальным слухом. Это величины того же порядка, что и повышение порога, полученное в опытах на животных после повреждения гидродинамической системы внутреннего уха.

Уместно также вспомнить о разнообразных кожных ощущениях, возникающих в участках кожи, обильно снабженных свободными нервными окончаниями (см. главу 3). Различия в порогах реакций рецепторов ушного лабиринта и тактильных ощущений человека составляют также величины порядка 35—40 дБ. Эти данные делают более вероятным предположение о том, что фокусированным ультразвуком активируются тонкие немиэлинизированные волокна.

Дополнительные факты, свидетельствующие об активации фокусированным ультразвуком тонких волокон слухового нерва, были получены нами также в опытах на животных с применением специальных морфологических методов. В слуховой лабиринт лягушки вводился фермент пероксидаза, растительного происхождения. Это биологически активное вещество, которое транспортируется по нервным волокнам. В условиях активной работы нервных элементов транспорт усиливается. Схема наших экспериментов включала ряд возможностей.

Просмотрев различные варианты сочетаний, мы отметили, что наибольшее количество прокрашенных волокон и максимальная длина, на которую транспортировался фермент, регистрируются в тех опытах, в которых применялся фокусированный ультразвук при разрушенном лабиринте. В этом случае транспорт фермента достигал клеток ганглия VIII нерва. В контроле (без раздражения) прокрашивались волокна только в непосредственной близости к рецепторной зоне на расстоянии 100—150 мкм и количество прокрашенных волокон было наименьшим из всех возможных вариантов опытов.

Придя к выводу о том, что фокусированный ультразвук активирует волокна слухового нерва при определенной интенсивности раздражителя, мы столкнулись с двумя существенно важными вопросами. Во-первых: что происходит с рецепторами в диапазонах интенсивностей ультразвука, активирующих нерв; как рецепторные клетки реагируют на увеличение интенсивности фокусированного ультразвука? Это фактически вопрос безопасности воздействия раздражителя, особенно важный, когда рецепторы или часть их сохранена. Во-вторых: что происходит в центральных отделах слуховой системы при больших интенсивностях ультразвукового стимула; каково соотношение периферических и центральных процессов при оценке таких показателей, как суммарный ответ центрального отдела?

Для того чтобы ответить на вопрос о том, что происходит в рецепторах при увеличении интенсивности фокусированного ультразвука, рассмотрим две группы фактов, полученных разными методами — электронно-микроскопическим и гистохимическим. Было проведено специальное исследование, посвященное оценке электронно-микроскопических показателей функционального и деструктивного действия различных режимов облучения ультразвуком рецепторных клеток саккулюса лягушки. Показано, что пороговая интенсивность, вызывающая центральную электрическую реакцию в среднем мозге животного, более чем на порядок ниже, чем интенсивность ультразвука, приводящая к структурным изменениям в рецепторных клетках, причем структурные изменения носят функциональный характер — они обратимы. Деструктивные изменения уже явно патологического свойства наблюдаются лишь при интенсивности ультразвука почти на три порядка большей, чем его пороговые дозы. А это значит, что между пороговыми возбуждающими и пороговыми деструктивными интенсивностями фокусированного ультразвука есть интервал, в котором происходят лишь функциональные сдвиги в рецепторных клетках.

Обратим внимание на одну особенность. Речь идет о той интенсивности воздействия, которую можно считать безопасной по крайней мере при кратковременном действии фокусированного ультразвука, применяемого в импульсном режиме. Но каковы реальные функциональные изменения в рецепторных клетках при действии импульсов фокусированного ультразвука по сравнению со звуковым воздействием? Это тем более существенно, что речь идет о некоторой продолжительности воздействия. Материал, позволяющий провести сравнения, был получен благодаря применению метода оценки динамики накопления ядерной и цитоплазматической рибонуклеиновой кислоты в рецепторных клетках саккулюса лягушки. Были выбраны такие режимы воздействия звуком, которые известны как физиологические, не вызывающие патологических проявлений в центральных слуховых нейронах. Это импульсы звука частоты 1200 Гц длительностью 25 мс, максимальная интенсивность которых не превышает 90 дБ над порогом электрической реакции слухового центра среднего мозга. Длительность воздействия импульсов с частотой 25 в 1 с составляла от 0.5 до 1.5 ч. Воздействие таким раздражителем вызывает как в рецепторных, так и в центральных слуховых клетках изменения содержания рибонуклеиновых кислот, изменения, которые на основе различных критериев были определены как нормальные физиологические.

Нами были исследованы изменения содержания рибонуклеиновых кислот при использовании фокусированного ультразвука. Параметры ультразвуковых импульсов (длительностью 1 мс) подбирались таким образом, чтобы частота импульсов и продолжительность действия не превышали те же параметры, установленные для действия звука. Интенсивность серий ультразвуковых импульсов менялась в широких пределах — от околопороговой до величин порядка 80 дБ над порогом реакции, регистрируемой от слухового центра среднего мозга в ответ на раздражение рецепторов одиночным импульсом фокусированного ультразвука.

В результате качественного и количественного (цитофотометрического) анализа содержания рибуноклеиновых кислот в рецепторных клетках саккулюса были установлены параметры ультразвукового воздействия, вызывающие различные изменения рецепторных клеток по рассматриваемому показателю. Это в первую очередь последовательность и направленность фаз, отражающих динамику изменения содержания рибуноклеиновых кислот в рецепторных клетках. Это также те качественные изменения, которые позволяют выделить особенности действия такого стимула, как фокусированный ультразвук, в отличие от звукового раздражения. Фазы изменений и их динамика схематически представлены на рис. 24. Соответствие этих фаз отмечается в диапазоне интенсивностей импульсов фокусированного ультразвука до 55—60 дБ. В дальнейшем наблюдаются деструктивные изменения в рецепторных клетках. Уровни интенсивности фокусированного ультразвука, приводящие к нарушениям структуры рецепторных клеток, того же порядка, как и при электронно-микроскопическом исследовании.

Рис. 24. Зависимость содержания нуклеиновых кислот, объема ядер и суммарных электрических ответов слуховых ядер среднего мозга травяной лягушки от интенсивности ультразвука.

По оси абсцисс верхний ряд цифр — интенсивность ультразвука, Вт/см2, нижний ряд — то же, дБ над порогом суммарных электрических ответов (сэо), по оси ординат внутренний ряд цифр — величина показателей нуклеиновых кислот и объема ядер, за единицу принята величина до воздействия фокусированным ультразвуком, наружный ряд цифр — величина сэо за единицу принята максимальная амплитуда позитивного компонента. 1 — нуклеиновые кислоты, 2 — объем ядер, 3 — суммарные электрические ответы. Частота ультразвука — 2.34 МГц, длительность импульсов — 1 мс, частота следования импульсов — 25 в 1 с, время действия — 30 мин.

Необходимо также отметить, что в третьей фазе — фазе активного расхода рибонуклеиновых кислот — имеются особенности в структуре рецепторных клеток по сравнению с рецепторными клетками, находящимися в той же фазе при действии звука. Здесь отмечаются преимущественно явления скорее «сморщивания», чем «набухания», как при действии звука Эти явления непостоянны, в некоторых опытах они не отмечаются, а интенсивности, приводящие к их проявлению, находятся в конце «функционального» диапазона — близко к 60 дБ. Именно поэтому мы рассматриваем интенсивности ультразвука, близкие к 60 дБ, как пограничные между функциональным, безопасным действием и начальным деструктивным влиянием фокусированного ультразвука.

В связи с вопросом о функциональном и деструктивном действии на рецепторы импульсов фокусированного ультразвука рассмотрим показатели электрической активности слуховых центров среднего мозга — суммарный электрический ответ на звук и ультразвук при изменении интенсивности этих раздражителей.