ВЛИЯНИЕ  ВИБРАЦИИ  НА  ЦИРКУЛЯЦИЮ  КРОВИ  В  ТКАНЯХ  ЖЕВАТЕЛЬНОГО  АППАРАТА

Ковалевский  Александр  Мечиславович

канд.  мед.  наук,  доцент,  врач  высшей  категории,  Военно-медицинская  академия,  РФ,  г.  Санкт-Петербург

Рымкевич  Павел  Павлович

канд.  физ.-мат.  наук,  профессор  кафедры  физики,  Военно-космическая  академия  им.  Можайского,  РФ,  г.  Санкт-Петербург

E -mail: 

Иорданишвили  Андрей  Константинович

д-р  мед.  наук,  профессор,  Военно-медицинская  академия,  РФ,  г.  Санкт- Петербург

INFLUENCE  OF  VIBRATION  ON  BLOOD  CIRCULATION  IN  TISSUES  OF  MASTICATORY  APPARATUS

Aleksandr  Kovalevskiy

candidate  of  Medical  Science,  associate  professor,  Board  Certified  doctor,  Kirov  Military  Medical  Academy,  Russia,  Saint  Petersburg

Pavel  Rymkevich

candidate  of  Physical  and  Mathematical  Sciences,  professor  of  the  Department  of  Physics,  Mozhaisky  Military  Space  Academy,  Russia,  Saint  Petersburg

Andrey   Iordanishvili

doctor  of  Medical  Science,  professor  of  Kirov  Military  Medical  Academy,  Russia,  Saint  Petersburg

Аннотация

Рассмотрено  влияние  вибрации  на  циркуляцию  крови  в  тканях  жевательного  аппарата  на  примере  летного  состава  вертолетного  подразделения.  Предложена  гипотеза  о  том,  что  усреднение  сил  в  нелинейных  потенциальных  системах  приводит  к  возникновению  дополнительных  макроскопических  сил  сопротивления,  квадратично  зависящих  от  скорости  и  вызывающих  снижение  скоростей  кровотока,  в  том  числе,  в  тканях  жевательного  аппарата  человека.

ABSTRACT

The  influence  of  vibration  on  blood  circulation  in  tissues  of  masticatory  apparatus  has  been  considered  by  the  example  of  air  staff  of  a  helicopter  unit.  There  is  proposed  a  theory  that  concerns  power  averaging  in  nonlinear  nondedicated  systems  leading  to  appearance  of  additional  macroscopical  resistance  forces,  which  are  quadratically  dependent  on  speed  and  causing  reduction  of  blood  velocity,  including  the  one  in  tissues  of  masticatory  apparatus  of  person. 

Ключевые  слова :  вибрация;  гемомикроциркуляция;  жевательный  аппарат;  скобки  Пуассона;  линейный  оператор.

Keywords :  vibration;  hemomicrocirculation;  masticatory  apparatus;  Poisson  brackets;  linear  operator.

Вибрация  является  профессиональной  вредностью  во  многих  отраслях  промышленности  (горное  дело,  строительное  дело,  кораблестроение  и  др.),  и  при  нарушении  техники  безопасности  угрожает  развитием  вибрационной  болезни,  которая  проявляется  патологией  сосудистой,  нервной  систем  и  внутренних  органов  [5,  10,  15,  22,  23,  25,  29  и  др.].

В  последние  годы  в  литературе  упоминается  о  положительном  влиянии  общей  вибрации  на  организм  спортсменов  в  ходе  тренировок,  однако  сведения  противоречивы  [24,  28,  30,  32,].

Экспериментальные  исследования  на  животных  позволили  установить,  что  воздействие  вибрации  приводит  к  повреждениям  эндотелиальных  и  гладкомышечных  клеток  артерий,  зафиксированных  при  электронной  микроскопии  [26,  27].

Высказана  гипотеза  о  внутриклеточном  вибрационном  микрополе,  способном  воздействовать  на  механизм  деления  клеток  [14].

Благодаря  проведению  профилактических  мероприятий,  у  летного  состава  вибрационная  болезнь  не  встречается,  однако  отмечены  отдельные  симптомы  неблагоприятного  воздействия  на  состояние  организма,  а  также  работоспособность  человека  [3,  с.  32].

Вместе  с  тем,  среди  лётного  состава  и  моряков,  подверженных  воздействию  общей  вибрации,  зафиксирован  высокий  уровень  стоматологической  заболеваемости,  особенно  болезней  пародонта  [7,  8,  11,  12,  18,  31  и  др.].

Вопросам  клиники,  диагностики  и  лечения  патологии  жевательного  аппарата  при  вибрационной  болезни  посвящены  немногочисленные  публикации,  в  которых  содержатся  противоречивые  сведения  и  рекомендации  [4,  16,  с.  242,  19,  21].

Кроме  того,  недостаточно  изучен  вопрос  о  влиянии  на  ткани  пародонта  «подпороговых»  воздействий  вибрации,  не  приводящих  к  развитию  типичной  клиники  вибрационной  болезни. 

Нами  проведено  функциональное  исследование,  в  ходе  которого  состояние  сосудов  микроциркуляторного  русла  пародонта  изучали  методом  ультразвуковой  допплерографии  с  использованием  аппарата  МИНИМАКС-ДОППЛЕР-К  (ООО  «СП-Минимакс»,  СПб,  регистрационное  удостоверение  МЗ  РФ  №  29/03061297/0052-00  от  06.03.2000  г.).  Исследованию  подвергали  сосуды  пародонта  в  области  боковых  резцов  верхней  челюсти  с  помощью  датчика  частотой  20  МГц.  Обследован  31  человек  лётного  состава  вертолётной  авиации  до  и  непосредственно  после  полёта,  контрольную  группу  составили  20  человек,  не  подверженных  воздействию  вибрации  при  исполнении  профессиональных  обязанностей.

Результаты  исследования  отражены  в  Таблице  1.  Линейная  и  объёмная  скорости  кровотока  в  кровеносных  сосудах  пародонта  обследованных  после  выполнения  полёта  оказались  достоверно  меньше,  чем  до  полёта,  и  также  достоверно  отличались  от  соответствующих  показателей  в  контрольной  группе,  нормализация  их  происходила  по  истечении  нескольких  часов.  Эти  изменения  объясняются  воздействием  вибрации  на  центральную  нервную  систему  человека,  вызывающим  нарушения  нервной  регуляции  функционирования  сосудистой  системы.

Таблица  1.

Результаты  клинико-функционального  исследования

Примечание:  *  —  достоверность  различий  при  р  <  0,05  по  сравнению  с  контролем; 

  **  —  с  показателем  до  полёта

Разберемся  в  физической  природе  вибрационного  воздействия.  Данной  проблеме  посвящено  достаточное  количество  статей  и  монографий  [напр.,  2].

Рассмотрим  проблему  с  общих  позиций  механики  [1,  с.  30,  6,  с.  22]  и  обобщенной  теории  переноса  [20,  с.  458].

Пусть  имеется  произвольная  автономная  система  с  N  степенями  свободы,  которая  моделирует  либо  отдельную  клетку,  либо  же  отдельные  биоструктуры,  описываемая  гамильтонианом  самого  общего  вида

    (1)

На  систему  воздействуют  вибрационные  силы  инерции  с  некоторой  частотой  Ω.  Общеизвестно,  что  любое  периодическое  воздействие  вызывает  резонансный  отклик  в  системе  на  собственных  частотах,  близких  к  Ω,  что,  конечно,  может  оказывать  негативное  воздействие  на  биообъекты.  Поставим  задачу  рассмотреть  воздействие  вибраций  на  медленные  поступательные  движения  в  системе.  Для  этого  следует  усреднить  все  движения  в  системе  за  время  .

Предлагается  следующая  методика  усреднения.

Пусть  q(t)  —  производная  функция,  содержащая  и  высокочастотные  компоненты.  Тогда  с  помощью  оператора    определим  усредненное  значение  ,  а  именно:

  (2)

Здесь  и  τ₀  —  время  усреднения.

Далее  воспользуемся  операторными  методами  [9,  с.  15,  13,  с.  21].

Для  произвольной  функции  L  обобщенных  координат    и  импульсов    производная  по  времени    выражается  через  классические  скобки  Пуассона  [1,  с.  176],  а  именно:

      (3)

где    —  обобщенная  сила.

Если    —  начальные  условия  для  поставленной  задачи,  то

,  (4)

т.  е.  классические  скобки  Пуассона  не  меняют  вид  функции.  Например,  если  кинетическая  энергия  частицы  ,  то  и  в  любой  момент  времени  ,  т.  е.  вид  функции  не  меняется.  Заметим,  что  в  квантовой  механике  данное  утверждение  не  имеет  места.

Отметим  некоторые  свойства  оператора  усреднения:

1.  .                                                             (5)

Если  принять  ,  то  амплитуда  уменьшается  в  раз,  т.  е.  колебания  отсутствуют.

2.  .              (6)

Здесь.

3.  Усредненные  величины  подчиняются  уравнению  теплопроводности,  а  именно:

  (7)

Как  и  в  квантовомеханическом  случае  при  усреднении  с  помощью  преобразования  (2)  вид  функции  существенно  меняется.  Если    —  некоторая  функция  обобщенных  координат  и  скоростей,  то  усредненная  функция  подчиняется  следующему  уравнению:

,  (8)

.

Отметим,  что  для  усредненных  величин  уравнения  движения  имеют  привычный  вид  второго  закона  Ньютона:

.  (9)

Однако  вид  силы  в  результате  усреднения  подчиняется  уравнению  (8)  при  ,  а  именно:

,  (10)

.

Таким  образом,  получается  N  линейных  дифференциальных  уравнений.

Воспользуемся  малостью  макроскопического  времени  усреднения  τ,  тогда  с  точностью  до  τ²  получим:

.  (11)

Поэтому  соотношение  (11)  дает  ответ  на  один  из  центральных  вопросов  физики:  если  силы  на  микроуровне  потенциальные,  то  откуда  берутся  диссипативные  силы?  Ответ  заключается  в  том,  что  усреднение  микроскопических  движений  приводит  к  макроскопическим  силам  сопротивления.

Возвращаясь  к  начальной  постановке  задачи  воздействия  периодических  сил  инерции  на  механическую  систему,  можно  сделать  вывод,  что  наличие  дополнительной  диссипативной  силы,  пропорциональной  квадрату  скорости,  на  наш  взгляд,  и  является  механической  причиной  воздействия  вибраций  на  биологические  системы.

Список  литературы:

1.Беленький  И.М.  Введение  в  аналитическую  механику.  М.:  Высшая  школа,  1964.  —  322  с.

2.Блехман  И.И.  Вибрационная  механика.  М.:  Физматлит,  1994.  —  400  с.

3.Бондарев  Э.В.  Медицинское  обеспечение  полетов  на  вертолетах  наземного  и  палубного  базирования:  Учебное  пособие.  /  Э.В.  Бондарев,  В.А.  Егоров,  В.С.  Новиков,  С.И.  Лустин  СПб.:  ВМедА,  1995.  —  47  с.

4.Боць  М.И.  Особенности  клиники  и  лечения  пародонтоза  у  горнорабочих  с  вибрационной  болезнью:  Автореф.  дис.  ...  канд.  мед.  наук.  Киев,  1981.  —  25  с.

5.Герасименко  О.Н.  Диагностика  сосудистых  нарушений  при  вибрационной  болезни  на  основе  изучения  лейкоцитарно-эндотелиальных  механизмов  /  О.Н.  Герасименко,  Л.А.  Шпагина,  В.М.  Чернышев  и  др.  //  Медицина  труда  и  промышленная  экология.  —  2005.  —  №  10.  —  с.  21—26.

6.Жилин  П.А.  Теоретическая  механика.  Фундаментальные  законы  механики.  СПб.:  2003.  —  340  с. 

7.Жукова  Э.Ю.  Эффективность  профессиональной  контролируемой  гигиены  полости  рта  в  профилактике  и  лечении  заболеваний  пародонта  у  лётного  состава  в  войсковом  звене:  автореф.  дис.  …  канд.  мед.  наук  /  Э.Ю.  Жукова.  СПб,  2002.  —  20  с.

8.Иорданишвили  А.К.  Морфофункциональная  оценка  жевательного  аппарата  у  различных  категорий  летного  состава  (клинико-экспериментальное  исследование):  Автореф.  дис.  ...  д-ра  мед.  наук  /  А.К.  Иорданишвили.  СПб.,  1998.  —  38  с.

9.Карасев  М.В.,  Маслов  В.П.  Нелинейные  скобки  Пуассона.  Геометрия  и  квантование.  М.:  Наука,  1991.  —  368  с.

10.Колесов  В.Г.  Вибрационная  болезнь  у  горнорабочих  Крайнего  Севера  /  В.Г.  Колесов,  О.Л.  Лахман  //  Медицина  труда  и  промышленная  экология.  —  2001.  —  №  2.  —  С.  7—11.

11.Краснова  В.В.  Клинико-экспериментальное  обоснование  применения  препарата  мексидол  в  комплексном  лечении  пародонтита  у  летного  состава  Военно-Воздушных  Сил:  автореф.  дис.  …  канд.  мед.  наук  /  В.В.  Краснова.  М.,  2005.  —  26  с.

12.Лобейко  В.В.  Морфофункциональная  характеристика  околоушной  железы  в  норме,  при  воздействии  факторов  авиационного  полёта  и  на  фоне  фармакологической  коррекции:  автореф.  дис.  …  канд.  мед.  наук  /  В.В.  Лобейко.  СПб.,  2005.  —  26  с.

13.Маслов  В.П.  Операторные  методы.  М.:  Наука.  1973.  —  544  с.

14.Мосолов  А.Н.  Внутриклеточное  вибрационное  микрополе  и  механизмы  митоза.  Гипотеза  участия  колебаний  в  механизмах  митоза  и  экспериментальные  факты,  свидетельствующие  о  наличии  в  клетке  вибрационного  микрополя  //  Цитология.  —  1973.  —  №  9.  —  С.  1080—1084.

15.Несина  И.А.  Патогенетическое  обоснование  программ  восстановительной  терапии  у  больных  вибрационной  болезнью:  Автореф.  дис.  …  д-ра  мед.  наук.  Новосибирск,  2004  —  41  с.

16.Никитина  Т.В.,  Родина  Е.Н.  Вибропародонтальный  синдром.  М.:  Медицина,  2003.  —  287  с.

17.Никитина  Т.В.,  Родина  Е.Н.  Изменение  пародонта  при  вибрационной  болезни  //  Стоматология.  —  1981.  —  №  2.  —  С.  34—36.

18.Пожарицкая  М.М.  Изменение  ферментативной  активности  смешанной  слюны  при  пародонтите  у  лётчиков  сверхзвуковой  авиации  /  М.М.  Пожарицкая  [и  др.]  //  Пародонтология.  —  2004.  —  №  4.  —  С.  3—7.

19.Радгударзи  К.Ф.  Патология  органов  ротовой  полости  у  людей,  работающих  с  источниками  хронической  вибрации  /  К.Ф.  Радгударзи,  А.К.  Иорданишвили  //  Пародонтология.  —  2010.  —  №  2  (55).  —  С.  25—28.

20.Рымкевич  П.П.  Введение  в  теорию  распространения  свойств  //  Труды  27-ой  Летней  междунар.школы  «Актуальн.проблемы  механики:  Анализ  и  синтез  нелинейных  механич.колеб.систем».  СПб.:  Изд-во  СПбГУ,  2000.  —  С.  455—497.

21.Тимонов  М.А.  О  воздействии  вибрации  на  зубочелюстную  систему,  клиника,  механизмы  поражения  пародонта  и  вопросы  реабилитации  //  Вопросы  медицинской  и  социально-трудовой  реабилитации  при  разных  формах  вибрационной  патологии:  Сборник  науч.  трудов.  М.:  НИИ  гигиены  им.  Ф.Ф.  Эрисмана,  1976.  —  С.  101—107.

22.Шпагина  Л.А.  Сравнительный  анализ  клинических  проявлений  вибрационной  болезни  разной  степени  выраженности  /  Л.А.  Шпагина,  В.В.  Захаренков  //  Медицина  труда  и  промышленная  экология.  –—  2006.  —  №  6.  —  с.  20—23.

23.Bovenzi  M.  Metrics  of  whole-body  vibration  and  exposure-response  relationship  for  low  back  pain  in  professional  drivers:  a  prospective  cohort  study  /  M.  Bovenzi  //  Int.  Occup.  Environ.  Health.  —  2009.  —  Vol.  82,  —  №  7.  —  P.  893—917.

24.Cardinale  M.  The  effects  of  whole-body  vibration  on  humans:  dangerous  or  advantageous?  /  M.  Cardinale,  M.H.  Pope  //  Acta  Physiol.  Hung.  —  2003  —  Vol.  90,  —  №  3.  —  P.  195—206.

25.Chao  P.C.  Combined  effects  of  noise,  vibration  and  low  temperature  on  the  physiological  parameters  of  labor  employeers  /  P.C.  Chao,  Y.J.  Juang,  C.J.  Chen,  Y.T.  Dai,  C.Y.  Yeh,  C.Y.  Hu  //  Kaohsiung  J.  Med.  Sci.  —  2013.  —  Vol.  29,  —  №  10.  —  P.  560—567.

26.Curry  B.D.  Evidence  for  frequency-dependent  arterial  damage  in  vibrated  rat  tails  /  B.D.  Curry,  S.R.  Govindaraju,  J.L.  Bain,  L.L.  Zhang,  J.G.  Yan,  H.C.  Matloub,  D.A.  Riley  //  Anat.  Rec.  A  Discov.  Mol.  Cell.  Evol.  Biol.  —  2005.  —  Vol.  84,  —  №  2.  —  P.  511—521.

27.Curry  B.D.  Vibration  injury  damages  arterial  endothelial  cells  /  B.D.  Curry,  J.L.  Bain,  J.G.  Yan,  L.L.  Zhang,  M.  Yamaguchi,  H.C.  Matloub,  D.A.  Riley  //  Muscl.  Nerve.  —  2002.  —  Vol.  25,  —  №  4.  —  P.  527—534.

28.Jones  M.T.  The  effect  of  whole-body  vibration  training  and  conventional  strength  training  on  performance  measures  in  female  athletes  /  M.T.  Jones,  B.M.  Parker,  N.  Cortes  //  J.  Strength.  Cond.  Res.  —  2011.  —  Vol.  25  (9).  —  P.  2434—2441.

29.Krajnak  K.  Frequency-dependent  effects  of  vibration  on  physiological  systems:  experiments  with  animals  and  other  human  surrogates  /  K.  Krajnak,  D.A.  Riley,  J.  Wu,  T.  McDowell,  D.E.  Welcome,  X.S.  Xu,  R.G.  Dong  //  Ind.  Health.  —  2012.  —  Vol.  50,  —  №  5.  —  P.  343—353.

30.Padulo  J.  Acute  effects  of  whole-body  vibration  on  running  gait  in  marathon  runners  /  J.  Padulo,  D.  Filingeri,  K.  Chamari,  G.M.  Migliaccio,  G.  Calcagno,  G.  Boseo,  G.  Annino,  J.  Tihanyi,  F.  Pizzolato  //  J.  Sports  Sci.  —  2014.  —  Vol.  32,  —  №  12.  —  P.  1120—1126.

31.Sasaki  Y.  Assessment  of  periodontal  treatment  needs  in  Japan  maritine  self  defense  force  by  CPITN  /  Y.  Sasaki  [et  al.]  //  Bull.  Tokyo  dent.  coll.  —  1988.  —  Vol.  29,  —  №  1.  —  P.  21—25.

32.Wilcock  I.M.  Vibration  training:  could  it  enhance  the  strength,  power,  or  speed  of  athletes?  /  I.M.  Wilcock,  C.  Whatman,  N.  Harris,  J.W.  Keogh  //  J.  Strength.  Cond.  Res.  —  2009.  —  Vol.  23  (2).  —  P.  593—603.