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.

---

Эти данные позволяют заключить, что функциональные показатели оказались значительно лучшим индикатором изменения деятельности облученных структур мозга, чем морфологические. Они дали также возможность выявить корреляции между глубиной повреждения и степенью изменения функции и, кроме того, поставить задачу выявить те особенности действия на мозг фокусированного ультразвука, которые характерны для очень малых длительностей импульсов — составляющих десятые и сотые доли миллисекунд.

Здесь представляется уместным привести некоторые аналогии, связанные с возникновением боли при разных длительностях воздействия фокусированным ультразвуком на кожу руки человека. Достаточно обоснованная экспериментальными фактами точка зрения о том, что при возникновении кавитации в тканях наступает их разрушение, привела нас к сопоставлению интенсивностей ультразвука, вызывающих кавитацию в мягких тканях пальцев и ладони, с теми интенсивностями, которые приводят к возникновению боли. Применялась акустическая аппаратура, позволяющая регистрировать субгармонические составляющие акустического шума, появляющегося в среде при развитии в ней ультразвуковой кавитации. Исходя из данных о кавитации в водных растворах, за порог возникновения кавитации условно принимали интенсивность фокусированного ультразвука, вызывающую появление импульса, величина которого на 40 дБ превышала уровень шумов специальной аппаратуры.

Оказалось, что связи между появлением кавитации и порогом ощущения боли не существует. Наиболее интересным фактом является то, что при коротких импульсах ультразвука (1 мс) болевые ощущения не возникали во всем диапазоне возможных в наших условиях интенсивностей, хотя кавитация в среде была отчетливой. Следовательно, точка зрения о том, что болевые ощущения связаны прямой и даже количественной зависимостью с величиной разрушающих воздействий, оказывается неприемлемой. Более того, необходимо иметь в виду, что укорочение длительности импульсов является перспективным путем изучения влияний фокусированного ультразвука на функции центральных мозговых структур в силу уменьшения разрушающего воздействия, связанного как с тепловым, так и с кавитационным процессами. Последние резко уменьшаются при сокращении длительности импульса.

Можно надеяться, что именно очень короткие импульсы микросекундного диапазона дадут возможность получить сведения о режимах, при которых возможно осуществлять направленное воздействие на определенные структуры мозга без структурных повреждений облученных участков. Основанием для этого служат данные, полученные при изучении различных видов чувствительности (глава 3), а также результаты изучения функциональных эффектов, возникающих при воздействии на мозг импульсным фокусированным ультразвуком, не вызывающим структурных изменений в облученных зонах.

Функциональное действие ультразвука — медицине

Применение в клинике фокусированного ультразвука сдерживается отсутствием серийных генераторов с фокусирующими ультразвук излучателями. В настоящее время их разработкой занимаются сотрудники Акустического института им. акад. Н. Н. Андреева АН СССР и некоторых других учреждений.

Известно, что целый ряд неврологических заболеваний характеризуется изменением чувствительности к действию адекватных стимулов. Мы привыкли ассоциировать невропатолога с неврологическим молоточком, иголкой и кисточкой. Два последних нехитрых инструмента позволяют выявить нарушения чувствительности и оценить их диагностическую значимость и роль в развитии заболевания. Нанося легкие уколы иглой или проводя кисточкой по коже, врач спрашивает, чувствует ли больной соответственно боль или прикосновение. Отсутствие или изменение чувствительности — первый признак неврологических нарушений. Врач просит больного сравнить ощущения при воздействии в соседних участках или на симметричных участках туловища и конечностей. При значительных нарушениях чувствительности такие приемы помогают. Больной отмечает, например, что с одной стороны он чувствует уколы острее, чем с другой. Врач должен решить, снижена или, напротив, повышена чувствительность. Иногда это не так-то просто, ведь единственный критерий — различие ощущений — может зависеть от разных причин, например от неодинаковости силы уколов, произведенных в разных участках. Значение такого обследования резко возрастает, если его дополнить количественным описанием ощущений. Такие попытки принимались неоднократно.

Изобретено множество приспособлений для количественного определения порогов боли, тактильных, температурных ощущений. Предложены, в частности, методики измерения болевых порогов с учетом силы давления на иглу, площади воздействия (острота кончика иглы и т. д.). Широкого распространения подобные способы не получили. Оказалось, что колебания показателей чувствительности весьма значительны даже у здоровых людей, возникали трудности с измерением времени воздействия и времени ощущения, сложным оказалось оценить глубину проникновения иглы и т. д. Способы измерения болевых ощущений сопряжены с нанесением человеку травм, хотя и незначительных.

Не меньшие затруднения вызывали измерения тактильной и температурной рецепции. Для количественного измерения тактильных порогов М. Фрей предложил использовать специально обработанные волоски разной толщины. Номером волоска, который до прогиба вызывал ощущение прикосновения, и выражался тактильный порог. При этом не учитывалось время соприкосновения волоска с кожей, направление давления, наконец, изменение эластичности волосков при их хранении. В клинической практике волоски Фрея не привились. Врачи предпочитают качественный способ — при помощи кисточки.

Количественная оценка температурной чувствительности вообще не разработана. В лучшем случае врачи пользуются пробирками с горячей и холодной водой. Были попытки использовать температурные раздражители — термоды, в которых исследователь мог регулировать температуру воздействия. Однако при клинической оценке таких способов у них выявляется значительно больше недостатков, чем при оценках тактильной и болевой чувствительности.

С позиций результатов изучения температурной рецепции с помощью фокусированного ультразвука совершенно отчетливо выступила важность интенсивности кровоснабжения области для величины порогов ощущений температуры, а также выявлена роль изменений температуры окружающей среды. До последнего времени не удавалось провести измерения температурной чувствительности таким образом, чтобы во время их под влиянием температурного стимула не происходили изменения кровоснабжения, существенно влияющие на величину порога.

При определении порогов ощущений с помощью фокусированного ультразвука появление ощущений зависит от режима воздействия, включающего различные параметры: интенсивность стимула, его продолжительность, размер области, подвергнутой воздействию, и т. д. Для измерения пороговых температурных и болевых ощущений особенно важно, что ультразвуковое воздействие осуществляется в такой короткий промежуток времени, что не успевает проявиться действие регулирующих механизмов, меняющее величину порога. Необходимо подчеркнуть, что болевой порог в наших исследованиях, как правило, измеряли в каждой точке один раз. Такой метод однократных измерений обусловлен тем, что при повторном воздействии в ту же точку порог менялся, чаще повышался. После первого воздействия, по-видимому, включались регулирующие механизмы.

Если два стимула предъявляли непосредственно один за другим, ощущение боли усиливалось, поскольку механизмы снижения чувствительности не успевали срабатывать.

Фокусированный ультразвук позволил реально ввести в неврологическое исследование ощущений количественный критерий. При действии одиночных стимулов — это возможность оценки величины, времени, места воздействия и объема ткани, подвергнутой стимуляции.

Для тактильных и болевых ощущений как будто ясно. А для температурных? Выше уже указывалось на необходимость учитывать такие, например, факторы, как кровоснабжение в области измерения или зависимость порогов от температуры окружающей среды. В наших исследованиях влияние этих факторов стабилизировалось, когда испытуемый погружал руку в ванну с водой определенной температуры и достигал состояния температурной адаптации. Несомненно, что подобная методика в условиях клиники существенно усложняет обследование. Не каждый больной может опустить руку в воду; а если потребуется определить пороги в точках на спине или животе — не обойтись без ванны. Все это не очень-то удобно. Однако ультразвук дает еще одну возможность — вообще отказаться от погружения в воду. При этом иногда невозможно знать заранее, какое температурное ощущение испытывает больной — тепла или холода, но характер ощущения не влияет существенно на величину порога, выраженную в микронах смещения среды в фокальной области излучателя. Вместе с тем появляется дополнительная информация: если в условиях комнатной температуры воздуха и при нормальной температуре тела появляется ощущение холода — это свидетельство малого или ухудшившегося кровоснабжения, тепла — свидетельство его увеличения или обильности. Не исключено, что в процессе дальнейших исследований могут быть разработаны и количественные оценки кровоснабжения. Все изложенное — непосредственные выводы из гипотезы температурной рецепции. Они нуждаются в дальнейшей физиологической и патофизиологической разработке, в клинической проверке.