Реферат RUS  Реферат ENG  Литература  Полный текст

К вопросу о биологическом действии низкочастотного ультразвука


1----------

Базовые работы по общебиологическим эффектам ультразвука низкочастотного диапазона, идентичного ФЭ обнаруживают целый пласт гистохимических, цитоспектрофотометрических и пр. исследований, демонстрирующих дозозависимые изменения на молекулярном и ультраструктурном уровне в биологических тканях.
Анализ офтальмологических публикаций также сводится к констатации дозозависимой связи между УЗ и изменениями в тканях глазах: чем меньше интенсивность и продолжительность УЗ, тем в меньшей степени риск развития индуцированных изменений. В основе этой концепции целая серия экспериментально-клинических исследований, не утративших своей значимости поныне. Работами Ito K. (1970), Нарбута Н.П. (1975) была вскрыта корреляционная связь параметров УЗ и характером наступающих изменений в радужке и сетчатке. Лившиц С.А. (1998) экспериментально исследовал дозозависимый эффект выраженности морфологических изменений в стекловидном теле, радужке и трабекулярной зоне. В соответствии с определенной картиной минимальных изменений Золоторевским А.В. (1996) рекомендованы безопасные параметры ультразвука.
В современных факомашинах благодаря аппаратной и технической модернизации эффекты термического воздействия нивелированы; программное обеспечение позволяет модулировать режимы УЗ, уменьшающие эквивалент используемой мощности; сама же нынешняя хирургическая техника ФЭ максимально сохраняет целостность анатомо-топографических соотношений тканей глаза…
Следует ли из сказанного выше, что проблема исчерпана? И может быть следует просто благословить многочисленную армию молодых хирургов, которые сегодня с энтузиазмом неофитов осваивают премудрости ФЭ и завтра станут бескомпромиссными носителями этой методики для тысяч и тысяч больных? Было бы неверным, говоря о ФЭ, ограничиваться ее хирургическим эффектом (который, несомненно, великолепен), но при этом оставлять в стороне малоизученные патофизиологические аспекты методики. Несомненно, целостность рассмотрения данного вопроса достижима в преемственности развития научных знаний, которые должны определять или, по крайней мере, предвосхищать тенденции практического развития метода.
В подтверждение сказанному можно привести публикации последних лет, указывающие на развитие аппаратно диагностируемых субклинических, а в ряде случаев — клинических изменений в структурах глаза после неосложенной ФЭ (Biro Z,, Balla Z,, Kovacs B,, 2008, 2009; Degenring R.F., Vey S., Kamppeter B., 2006 и др.).
Данные публикации в контексте с продолжающейся модификацией факомашин, ориентированной на снижение УЗ и активным внедрением в клиническую практику альтернативной фемтолазерной хирургии катаракты, свидетельствуют о сохраняющейся актуальности проблемы изучения влияния УЗ на ткани глаза, т.к. даже минимальное воздействие УЗ обладает биологическими эффектами. Каковы же они?
Для оценки воздействия ультразвука на исследуемый объект в клинической медицине пользуются определением «интенсивность звука», которая измеряется в ваттах на квадратный сантиметр — Вт/см².
Биологическое действие УЗ в зависимости от уровня интенсивности складывается из механических, тепловых и физико-химических факторов. К механическим факторам относят давление, акустические течения и колебательные смещения частиц. Тепловой эффект обусловлен классическим превращением звуковой энергии в тепловую.
Кавитация является ведущим фактором, обуславливающим акустически вызванные изменения в биологической ткани и, в частности, при ФЭ — в глазу. Кавитация вызывает структурные повреждения, детерминирует звукохимические реакции и возникновение новых, не свойственных данному объекту, биохимических реакций .
Кавитация (стабильная и коллапсирующая) представляет собой образование и схлопывание (захлопывание) пузырьков из растворенных в жидкости газов.
Водные растворы имеют низкий уровень возникновения кавитации из-за наличия в них зародышей кавитации — микроскопических газовых пузырьков. Микроскопический пузырек, попадая в зону пониженного давления в звуковой волне, теряет свою устойчивость и быстро увеличивается в объеме в результате того, что давление содержащегося в нем газа и пара оказывается превосходящим суммарное действие поверхностного натяжения и давления в жидкости. В полупериод увеличения давления в упругой волне происходит сжатие пузырьков с резким увеличением давления в его полости, в результате чего кавитационная полость схлопывается. Схлопывание сопровождается разрывом молекулярных связей воды на свободные радикалы ОН и Н, что является первопричиной окисляющего действия УЗ.
Пузырьки воздуха наносят ущерб эндотелию, который складывается из гидродинамических (травмы ударными микропотоками) и звукохимических факторов (нарушение клеточных структур в результате усиления свободнорадикального окисления липидов).
Экспериментально установлено, что при частоте 30 кГц пороговое значение интенсивности, при котором возникает кавитация, составляет 0,1-0,2 Вт/см² (Кнэпп Р., Дейли Дж., Хэммит Ф., 1974). Причем величина кавитационных пузырьков может составлять доли мкм, что объясняет отсутствие их визуализации при ФЭ (Haar G.R., Saksena T.K., 1984).
При трансмиссионном исследовании было выявлено, что при слабых интенсивностях низкочастотного УЗ нарушается структура внутриклеточных органелл — комплекса Гольджи, рибосом .
Любопытный факт. Экспериментально установлено, что для эмульгации сред масло-вода при частоте УЗ 40 кГц требуется интенсивность не менее 0,3-0,4 Вт/см²; (Ультразвук…, 1979). Очевидно, что вещество хрусталика имеет более плотную консистенцию, чем масло и, следовательно, для ее эмульгации необходима интенсивность выше указанной. Кроме того, установлено, что нижняя граница возникновения видимой кавитации в воде составляет 0,1-0,2 Вт/см²; (К.Хилла, 1989). Журавлев А.И. и Акопян А.Б. (1977) с помощью высокочувствительного метода электрической регистрации показали, что нижний порог развития звукохимических реакций при использовании низкочастотного УЗ составляет 0,01-0,03 Вт/см².
Думброва Н.Е. (1988) указывает, что традиционные методы морфологических исследований не выявляют первичные механизмы УЗ-воздействия. Для их выявления необходимо проведение специальных ультратонких исследований, отражающих функциональное состояние клетки
Основные факторы УЗ-воздействия влияют в первую очередь на внутриклеточные и клеточные мембранные образования. Изменение клеточных мембран под действием ультразвука в свою очередь ведет к изменению проницаемости и концентрации различных веществ в клетке и во внеклеточном пространстве. Характер регуляторно-репаративных процессов в клетках обуславливается выраженностью индуцированных изменений зависящих от длительности и интенсивности УЗ-воздействия (Saksena T.K., Nyborg W.L., 1981).
Брагинская Ф.И. (1981) показала, что повреждения низкомолекулярных соединений, адеиновых производных нуклеиновых кислот, цитохрома С могут быть полностью обусловлены химическим эффектом УЗ, т.е. звукохимическими реакциями, а деструкция макромолекул (нуклеиновые кислоты, нуклеопротеиды миозина) и клеток связана с влиянием механического фактора кавитации. Чем выше молекулярный вес макромолекулы и чем симметричней ее структура, тем в большей степени она подвержена механической деструкции.
В 2000г. нами совместно с лабораторией жизнедеятельности клетки (НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф.Гамалеи РАМН, зав. проф. Дыбенко Л.И.) и лабораторией клеточной морфологии (НИИ Онкологии им.Герцена, в.н.с. Завалишина Л.Э.) был проведен эксперимент по изучению влияния УЗ при ФЭ на ткани глаза.
В качестве субмикроскопической структуры — объекта исследования — нами была выбрана внутриклеточная ферментная система фоторецепторов, являющаяся универсальным показателем их функционального состояния. Принимая во внимание технические отличия тех аппаратов с современными приборами интерес представляет сравнительный анализ качественных изменений ферментной системы клетки в условиях факоаспирации (1-ая серия эксперимента, 6 глаз кроликов) и при использовании минимальных значений УЗ ФЭ (2-ая серия эксперимента. 6 глаз кроликов; фиксировано 10% от максимальной мощности, экспозиция 30 сек).
Анализ патоморфологических изменений был произведен на основании изучения светооптических препаратов и ультратонких срезов методом электронной цитохимии (реакция на выявление активности АТФ-азы).
Приготовление светооптических препаратов выполнено по методике фиксации Ito M. & Karnovsky (1981) с использованием заливочной среды GB-4. Световые препараты анализировали на световом фотомикроскопе Opton-3. Приготовление ультратонких срезов оболочек глаза осуществляли по методу Reynolds (1963). Выявление АТФ-азной активности в субклеточных структурах сетчатки проводили по методу Shulze W. (1971). Срезы исследовались в электронном микроскопе GEM 100B.
В материале, полученном в 1-й серии эксперимента, ультраструктура фоторецепторов была сохранной и характеризовалась присутствием во внутренних сегментах палочек и колбочек субмикроскопически сохранных и единичных деструктивно измененных митохондрий. Подобная разница в морфологическом состоянии митохондрий является физиологической и отражает постоянно происходящее обновление мембран наружных сегментов (Франк Г.М., 1964).
Специфическое мечение присутствовало в ядросодержащих и внутренних сегментах фоторецепторов. В ядросодержащих сегментах метка локализовалась в листках кариолеммы и нередко занимала значительные ее участки, отдельные включения метки обнаруживались и в кариоплазме. Мечение на АТФ-азу во внутренних сегментах было характерно для матрикса митохондрий.
Наружные сегменты фоторецепторов метки не содержали. Для их ультратонкой организации были характерны сохранность внешней, ограничивающей мембранные диски, части цитолеммы фоторецепторов, наличие отдельных расширенных и вакуолизированных мембранных дисков.
В условиях воздействия ультразвуком (2-ая серия эксперимента) в фоторецепторах сетчатой оболочки целостность цитолеммы, покрывающей наружные сегменты, была нарушена, отмечалась вакуолизация и признаки деструкции мембранной структуры эндотелиальных клеток, увеличение межклеточных промежутков, образование внутриклеточных вакуолей и отшнуровка мембранных везикул в переднюю камеру глаза. Выявлялись выраженные признаки деструкции клетки в виде участков клеточного детрита.
Сопоставление выявленных субмикроскопических признаков указывает на возникающую в результате ультразвукового воздействия деструкцию мембранного аппарата наружных сегментов фоторецепторов.
Для ультраструктуры внутренних сегментов была характерна высокая степень электронной плотности цитозоля и более компактное расположение в сегментах митохондрий. Большинство митохондрий имели более плотный матрикс и компактную упаковку крист, что свидетельствует о снижении их функциональной активности [Думброва Н.Е., 1988]. Встречались митохондрии и с признаками тотального разрушения внутренней структуры с отеком и полным разрушением крист. Характерным было отсутствие специфического мечения митохондриального матрикса. Метка не обнаруживалась и на мембранах комплекса Гольджи.
Можно предположить, что один из возможных эффектов ультразвука связан с нарушением морфофункциональной организации всей внутриклеточной мембранной системы фоторецепторов. Маркерами этих нарушений является субмикроскопическая картина и отсутствие специфического мечения на АТФ-азу. При этом, патоморфологическая оценка воздействия УЗ на сетчатую оболочку глаза возможна только при субмикроскопическом исследовании препаратов. Данные световой микроскопии малоинформативны.
Полученные результаты могут быть использованы для расширения представления хирургов в понимании возможных патомеханизмов, лежащих в основе развития аппаратно диагностируемых субклинических изменений анатомо-функциональных структур глаза после ФЭ.

Роговица I. Ультрафиолетовый кросслинкинг роговицы в лечении кератоэктазий Научно-практическая конференция с международным участиемРоговица I. Ультрафиолетовый кросслинкинг роговицы в лечении...

Сателлитные симпозиумы в рамках ХIV ежегодного конгресса Российского глаукомного обществаСателлитные симпозиумы в рамках ХIV ежегодного конгресса Рос...

Сателлитные симпозиумы в рамках конференции Современные технологии катарактальной и рефракционной хирургии - 2016Сателлитные симпозиумы в рамках конференции Современные техн...

«Живая» хирургия в рамках конференции Современные технологии катарактальной и рефракционной хирургии - 2016«Живая» хирургия в рамках конференции Современные технологии...

Современные технологии катарактальной и рефракционной хирургии - 2016Современные технологии катарактальной и рефракционной хирург...

Сателлитные симпозиумы в рамках IX Российского общенационального офтальмологического форумаСателлитные симпозиумы в рамках IX Российского общенациональ...

На стыке науки и практикиНа стыке науки и практики

Федоровские чтения - 2016 XIII Всероссийская научно-практическая конференция с международным участиемФедоровские чтения - 2016 XIII Всероссийская научно-практиче...

Актуальные проблемы офтальмологии XI Всероссийская научная конференция молодых ученыхАктуальные проблемы офтальмологии XI Всероссийская научная к...

Восток – Запад 2016 Научно-практическая конференция по офтальмохирургии с международным участием Восток – Запад 2016 Научно-практическая конференция по офтал...

Белые ночи - 2016 Сателлитные симпозиумы в рамках Международного офтальмологического конгресса Белые ночи - 2016 Сателлитные симпозиумы в рамках Международ...

Занимательная аккомодологияЗанимательная аккомодология

Невские горизонты - 2016 Научная конференция офтальмологовНевские горизонты - 2016 Научная конференция офтальмологов

Заболевания глазной поверхности. Взгляд со всех сторонЗаболевания глазной поверхности. Взгляд со всех сторон

Интересное об известномИнтересное об известном

Новые технологии в офтальмологии 2016 Всероссийская научно-практическая конференция Новые технологии в офтальмологии 2016 Всероссийская научно-п...

Витреоретинальная хирургия. Макулярный разрывВитреоретинальная хирургия. Макулярный разрыв

Современные технологии лечения витреоретинальной патологии - 2016 ХIV Научно-практическая конференция с международным участиемСовременные технологии лечения витреоретинальной патологии -...

Совет экспертов, посвященный обсуждению первого опыта использования новой офтальмологической системы CENTURION®Совет экспертов, посвященный обсуждению первого опыта исполь...

HRT/Spectralis* Клуб Россия 2015 – технология, ставшая незаменимой!HRT/Spectralis* Клуб Россия 2015 – технология, ставшая незам...

Три письма пациента. Доказанная эффективность леченияТри письма пациента. Доказанная эффективность лечения

Синдром «сухого» глаза: новые перспективыСиндром «сухого» глаза: новые перспективы

Многоликий синдром «сухого» глаза: как эффективно им управлять?Многоликий синдром «сухого» глаза: как эффективно им управлять?

Прошлое... Настоящее! Будущее?Прошлое... Настоящее! Будущее?

Проблемные вопросы глаукомы IV Международный симпозиумПроблемные вопросы глаукомы IV Международный симпозиум

Секундо В. Двухлетний личный опыт с линзами AT Lisa Tri и AT Lisa Tri ToricСекундо В. Двухлетний личный опыт с линзами AT Lisa Tri и AT...

Инновации компании «Алкон» в катарактальной и рефракционной хирургииИнновации компании «Алкон» в катарактальной и рефракционной ...

Применение устройств HOYA iSert Toric. Применение торических ИОЛ HOYA iSert Toric в рефракционной хирургии катарактыПрименение устройств HOYA iSert Toric. Применение торических...

Рейтинг@Mail.ru