Акустические поля

Акустическое поле организма - динамическая система акустических полей, генерируемых его органами и физиологическими системами в процессе функционирования, а также при взаимодействии их с физико-химическими факторами внешней среды. Диапазон собственного акустического излучения ограничен со стороны длинных волн механическими колебаниями поверхности тела человека (0,01 Гц), а со стороны коротких волн ультразвуковым излучением. Низкочастотное излучение создается физиологическими процессами, сопровождающимися колебаниями поверхности человеческого тела, и может быть зарегистрировано контактными или бесконтактными методами. Однако его практически невозможно зафиксировать с помощью микрофонов (акустические волны от источников в глубине тела полностью отражаются от границы раздела «воздух-тело человека»).

В организме существуют следующие источники акустических волн (в основном звукового диапазона).

1. Сердце и сердечно-сосудистая система. Акустическое давление, развиваемое сердцем на поверхности тела, составляет 0,1 Нм-2 в низкочастотной области звукового диапазона и 10 '-10 2H • м-2 в высокочастотной.

  • 2. Система органов дыхания.
  • 3. Пищеварительный тракт.
  • 4. Суставы опорно-двигательного аппарата.
  • 5. Сердечно-сосудистая система плода.
  • 6. Излучение из уха человека - кохлеарная акустическая эмиссия (103 Гц).
  • 7. Неоднородности структуры, на которых возникают комбинационные звуки, - результат взаимоналожения акустических волн, генерируемых указанными ранее источниками.

Из уха животных и человека могут излучаться звуки - это явление называют кохлеарной акустической эмиссией (КАЭ), поскольку их источник локализован в улитке органа слуха. Эти звуки можно зарегистрировать микрофоном, расположенном в ушном канале. Обнаружен ряд видов КАЭ, среди которых выделяют спонтанную эмиссию и акустическое эхо.

Спонтанная эмиссия - это самопроизвольное непрерывное излучение звука из уха человека. Уровень интенсивности звукового давления достигает 20 дБ, что в 10 раз выше порогового значения 2 • 10-5 Па, которое способно воспринимать ухо человека на частоте 1 кГц. Частоты эмиссии у различных лиц отличаются и лежат в диапазоне 0,5-5 кГц.

Кохлеарная акустическая эмиссия связана с деятельностью во- лосковых клеток, расположенных в кортиевом органе улитки. В ответ на приходящую звуковую волну они изменяют свои размеры и вызывают во внутреннем ухе механические колебания, которые способны выходить наружу через среднее ухо. Биофизический механизм изменения геометрии пока не ясен, его быстродействие в 100 раз выше, чем у мышц. Из всех видов КАЭ применение в медицине нашло явление акустического эха - излучения звуков из уха спустя некоторое время после подачи в ухо короткого звукового сигнала. Оно используется для диагностики слуха новорожденных в первые несколько дней жизни, когда невозможно использовать обычные методы аудиометрии. Отсутствие эха является тревожным симптомом не только глухоты, но и зачастую сопряженных с ней поражений других отделов нервной системы. Ранняя диагностика позволяет уже

Нормальная фонокардиограмма

Рис. 6.23. Нормальная фонокардиограмма

с первых дней принять меры и в значительной степени ослабить неблагоприятные последствия этого недуга.

Акустические поля сердечно-сосудистой системы. Во время работы сердца в результате ритмических движений клапанного аппарата, сокращения сердечных мышц и гидравлических факторов внут- рисердечной динамики возникают колебательные движения, которые распространяются через окружающие ткани к поверхности грудной клетки.

В процессе распространения через негомогенную среду с разными акустическими свойствами существенно меняются характеристики и параметры исходного звука. Законы распространения звуковых волн от места их генерации до органа восприятия зависят от свойств источника и окружающей его внешней среды. Одним из существенных источников акустических колебаний является турбулентное движение кровяной струи. При этом параметры звука зависят как от скорости кровотока, так и от неровностей поверхности и выраженных изменений размеров «камер», через которые струя протекает. Последние два фактора считают более важными.

Все звуковые явления, связанные с сердечной деятельностью, с физической точки зрения являются шумами, которые возникают в определенные моменты времени и различаются продолжительностью. Звуки, характеризующие работу сердца, в норме представляют собой короткие по длительности шумы. Патологические шумы длятся значительно дольше (табл. 6.2).

Так, на нормальной фонокардиограмме различают четыре тона, которые обозначают I, II, III и IV (рис. 6.23). I и II тоны возникают в фазе систолы сердца. Они обычно хорошо воспринимаются при аускультации сердца и называются нормальными систолическими тонами, III и IV тоны возникают в фазе диастолы и называются нормальными диастолическими тонами.

Таблица 6.2

Частотный спектр тонов различного генеза

Механизмы генерации тонов сердца

f, ГЦ

Min

Мах

Сокращение и расслабление миокарда желудочков

12,5

20

Вибрация крови при быстром диастолическом наполнении желудочков

31,5

63

Открытие и закрытие полулунных клапанов

80

100

Открытие и закрытие створчатых клапанов

125

160

Вибрации сухожильных нитей при их натяжении

200

400

Тон I возникает в начале систолы желудочков и кончается к моменту начала изгнания крови. Его условно разделяют на 3 (1, 2, 3) или 5 участков. Первая часть (1) состоит из колебаний низкой частоты, характеризующих напряжения в миокарде, в стенках желудочков и створках клапанов. Эти колебания длятся 0,02-0,04 с. Вторая часть (2) представляет собой высокочастотные колебания и длится 0,05 с. Предполагается, что эти звуки имеют клапанное происхождение. Третья часть (3) состоит из низкочастотных колебаний длительностью 0,02-0,04 с. Она имеет сосудистое происхождение. Интенсивность I тона характеризует сократительные функции миокарда левого желудочка.

II тон возникает к концу систолы желудочков и длится в течение их изометрического расслабления. Начальная низкочастотная часть (1) предшествует закрытию клапанов. Центральная высокочастотная часть (2) отражает закрытие клапанов аорты и легочной артерии. Конечная низкочастотная часть (3) отражает открытие трехстворчатого и митрального клапанов.

III и IV тоны плохо слышны, являются низкочастотными (10- 50) Гц и могут быть зарегистрированы не всегда.

Акустическая эмиссия N в диапазоне 30-800 кГц при реакциизамещения FeCh + CuS0 СиС1 + FeS0 (а) и при окислительно-восстановительной реакции Al + CaS0 Са + Al(S0)s (б) (начало реакции по истечении 1 с)

Рис. 6.24. Акустическая эмиссия N в диапазоне 30-800 кГц при реакциизамещения FeCh + CuS04 СиС12 + FeS04 (а) и при окислительно-восстановительной реакции Al + CaS04 Са + Al2(S04)s (б) (начало реакции по истечении 1 с)

III тон возникает в начале быстрого пассивного наполнения желудочков кровью. Он содержит одно или два небольших колебания.

IV тон возникает в фазе быстрого активного наполнения желудочков. По параметрам он аналогичен звуку III тона.

Акустическая эмиссия клеточных и молекулярных структур. На клеточном уровне обнаружено существование упругих волн в нервном волокне. Процесс распространения нервного импульса сопровождается пульсацией поверхности нервного волокна до 30 нм по амплитуде при частоте следования импульсов 4 Гц. При прохождении нервного импульса по аксону краба наблюдаются поперечные упругие волны. Скорость проведения нервных импульсов (1- 100 м • с-1) одного порядка по величине со скоростью упругих поперечных волн (1-20 м • с-1) частотой 2 кГц, распространяющихся в агаровых стержнях.

Существование клеточных и молекулярных источников упругих волн предполагается, но еще не доказано экспериментально. Считают, что хорошо наблюдаемые периодические колебания объемов клеток, митохондрий, ядер, макромолекул белков могут приводить к генерации акустических волн в среде. Предварительная теоретическая оценка дает следующие диапазоны излучений: для ферментов - от 10-3 до 3 • 106 Гц, для эритроцитов человека - от 0,2 до 30 Гц.

Акустическое излучение (или иначе - акустическая эмиссия) обнаружена при некоторых химических реакциях, процессах изменения концентраций вещества в жидкости, кристаллизации и плавлении веществ, прохождении ионизирующих частиц через жидкие среды (рис. 6.24).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >