Вибрация

Вибрация (лат. vibratio — колебание) механическое колебание упругих тел. Как правило, вибрация представляет собой сложное периодическое или близкое к периодическому механическое колебание. В медицине вибрация известна как лечебный фактор механической природы. К числу механических факторов относят прежде всего вибрации и акустические колебания. Если механическое воздействие на ткани осуществляется при помощи рук человека, говорят о лечебном массаже. Периодические механические колебания при непосредственном контакте тканей с их источником принято называть вибрацией. При периодическом воздействии на ткани через воздух, воду и другие среды говорят об акустических колебаниях.
Основными характеристиками механических колебаний являются колебательное смещение частиц среды и напряжение. Колебательным смещением частиц среды (виброперемещением) называют амплитуду обусловленного механическим воздействием смещения частиц вещества по отношению к среде в целом. Единицей измерения колебательного смещения является микрометр (мкм). Колебательное смещение векторная величина, и характеризуется не только амплитудой, но и направлением. Механические воздействия на тело принято характеризовать не приложенной к нему силой, а н а п р я ж е н и е м (?) — частным от деления приложенной к телу механической силы F на площадь его поперечного сечения S, перпендикулярную направлению силы: ? = F / S. Единицей напряжения в системе СИ является паскаль (Па).
Создаваемые разнообразными механическими факторами возмущения распространяются в различных средах в виде волн, перенос и передача энергии в которых осуществляются частицами среды. При этом каждый участок среды, по которому перемещается волна, совершает небольшие колебательные смещения, тогда как сама волна распространяется на значительные расстояния. Скорость распространения механических волн в среде определяется молекулярной структурой среды и характером межмолекулярных взаимодействий.
Важной характеристикой вибраций, как и любых других периодических явлений, считается частота колебаний. Частотные спектры вибрации охватывают инфразвуковые частоты — менее 16 Гц, звуковые — от 16 до 20000 Гц и ультразвуковые — свыше 20000 Гц. В физиотерапии используют механические колебания инфразвукового и звукового, а особенно ультразвукового (см. Ультразвук, Ультразвуковая терапия) диапазонов.
Взаимодействие вибрации с организмом зависит как от механических свойств тканей, так и параметров факторов механической природы. Распространение вызванных механическими факторами волн в тканях организма вызывает возникновение упругих (обратимых) и диссипативных (необратимых) внутренних напряжений. Диссипативные напряжения возникают тогда, когда продолжительность восстановления первичной структуры ткани существенно меньше периода механических колебаний. Они обусловливают поглощение энергии вибрации и сопровождаются превращением механической энергии в теплоту. Поглощение вызывает уменьшение интенсивности механических колебаний (волн) по мере их распространения. Расстояние, на котором интенсивность волны уменьшается в е2 раз (приблизительно в 7,3 раза), называют глубиной проникновения звука. С частотой поглощение механических колебаний связано квадратической зависимостью. Возникающие при поглощении механической энергии деформации микроструктур тканей также распространяются с затуханием. В связи с этим интенсивность механических колебаний при их распространении в глубь тела человека экспоненциально уменьшается.
Поглощение механических колебаний низкой частоты в большей степени определяется неоднородностью механических свойств мышц и внутренних органов человека, чем различием линейных размеров составляющих их микроструктур. Анизотропия и нелинейность механических свойств мягких тканей определяет неодинаковую степень поглощения энергии низкочастотных механических колебаний. Напротив, на высоких частотах линейные размеры неоднородностей биологических тканей сопоставимы с длинами волн распространяющихся колебаний. Это приводит к существенному затуханию распространяющихся упругих колебаний вследствие их значительного поглощения, рассеяния и отражения частицами среды. Среди них наибольший вклад имеет поглощение.
На низких частотах , где длина волны сопоставима с размерами тела, механические колебания распространяются в организме в виде поперечных волн. Они являются физиологическими раздражителями и могут восприниматься структурами, обладающими повышенной чувствительностью к данному фактору, — механорецепторами. Сенсорное восприятие вибрации осуществляют инкапсулированные нервные окончания кожи — тельца Мейснера и Фатера — Пачини. Частотный диапазон первых составляет 2-40 Гц, вторых — 40-250 Гц. Воспринимая и усиливая механические раздражения, механорецепторы формируют сложнокооперативные процессы, играющие важную роль в развитии генерализованных реакций человека при вибротерапии. Лечебные эффекты и физиологические реакции механических факторов низкой частоты определяются параметрами механических свойств биологических тканей и частотными зависимостями чувствительности механорецепторов. На высоких частотах , когда длина волны значительно меньше линейных размеров тела человека, проявляется преимущественно локальное компрессионное действие механических факторов в виде сжатия и растяжения тканей, и в теле распространяются продольные упругие волны, поглощение которых сопровождается различными изменениями в тканях.
Из-за неоднородности тканей степень поглощения механических колебаний, а также соотношение вызываемых ими специфических и неспецифических (тепловых) эффектов различны.
Биологическое действие вибрации определяется прежде всего интенсивностью энергии колебаний, непосредственно связанной с величиной возникающих в тканях переменных напряжений (сжатие и растяжение, сдвиг, кручение и изгиб), и проявляется на всех структурных уровнях организма. Имеет значение в развивающихся сдвигах и объем (площадь) воздействия. Начальным звеном в реакции организма является раздражение рецепторов вибрируемой области с последующим рефлекторным включением нейроэндокринного компонента, в т.ч. и гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы. Характер и выраженность рефлекторных реакций зависит не только от интенсивности вибрационного воздействия, но и от его локализации и продолжительности.
При умеренной интенсивности и кратковременном воздействии вибрации оказывают тонизирующее влияние на ЦНС. В результате этого происходит мобилизация защитно-приспособительных механизмов организма, повышается лабильность нервномышечного аппарата, интенсифицируются окислительно-восстановительные процессы, деятельность эндокринных желез, нормализуется функция внутренних органов и др. Механические колебания оказывают также непосредственное влияние на ткани области воздействия, прежде всего на сосудистую и лимфатическую системы. В результате этого наблюдается усиление локального кровотока и лимфооттока, происходит активация трофики тканей, снижение мышечного тонуса, повышаются сорбционные свойства клеток и тканей, увеличивается проницаемость клеточных мембран, интенсифицируются ферментативные реакции и др. Положительный эффект действия умеренных дозировок вибрации позволяет использовать их для лечения ряда нервных, внутренних, сердечно-сосудистых и других заболеваний.
Увеличение дозы и продолжительности вибрации ведет к прогрессивным функциональным и морфологическим нарушениям в организме, т.е. они становятся уже этиопатогенетическим фактором. При локальной вибрации в первую очередь страдает регуляция тонуса периферических кровеносных сосудов, развиваются ангиоспазмы. В дальнейшем патологические изменения возникают в нервно-мышечном аппарате, снижается сила, тонус и выносливость мышц, развивается атрофия. Общая вибрация вызывает аналогичные расстройства во всей двигательной сфере организма. При ее воздействии сильно страдает ЦНС, начинают преобладать в коре головного мозга тормозные процессы, нарушаются нормальные корково-подкорковые взаимоотношения, возникают вегетативные дисфункции и сенсорные расстройства. При локальной вибротерапии наступает снижение тактильной, температурной, болевой, вибрационной и проприоцептивной чувствительности. При общей вибрации снижается острота зрения, уменьшается поле зрения и светочувствительность глаза, ухудшается восприятие звуков, нарушается деятельность вестибулярного аппарата. Одновременно происходит нарушение всей системы нейрогуморальной регуляции, а также обменных процессов, функции пищеварительной системы, печени, почек, половых органов и др. При длительном воздействии вибрации у человека развивается вибрационная болезнь. В этой связи лицам, связанным с производственной вибрацией, проводится комплекс гигиенических и лечебнопрофилактических мероприятий, направленных на ослабление отрицательного действия вибрации.