РЕЗОНАНСНЫЕ ЯВЛЕНИЯ в биологических системах

РЕЗОНАНСНЫЕ ЯВЛЕНИЯ в биологических системах — усиление ответной реакции какой-либо биологической системы на внешнее периодическое воздействие в узком диапазоне частот, определяемом свойствами самой системы. Сам термин «резонанс» обозначает возрастание амплитуды колебаний (электрических, механических, звуковых и др.) при внешнем воздействии, когда частота собственных колебаний физической, физико-химической и др. систем совпадает с частотой колебаний внешнего воздействия.

Р. я. широко распространены в биологических системах (см. Биологическая система) и могут наблюдаться на атомном, молекулярном, тканевом, организменном и популяционном уровнях. Условно их можно разделить на два класса: структурные Р. я., обусловленные структурой, конструкцией объекта (системы) или его составляющих, и кинетические Р. я., обусловленные кинетикой протекающих в объекте (системе) биохимических и физиологических процессов.

К структурным Р. я. относятся механические резонансы биологических структур, способных к собственным колебаниям, и резонансное взаимодействие электромагнитных волн в рентгеновском, оптическом, микроволновом и радиочастотном диапазонах, а также резонансы других видов излучения с электронными, колебательными и вращательными движениями, свойственными молекулам и атомам, входящим в состав биологических объектов. Р. я. на атомном и молекулярном уровнях легли в основу многих физических методов исследования биологических систем (см. Спектроскопия, Спектрофотометрия, Электронный парамагнитный резонанс, Ядерный магнитный резонанс). В частности, атомный спектральный анализ применяется для определения натрия, калия, кальция и других хим. элементов в биологических тканях, в моче и крови. Молекулярная спектроскопия (т. е. исследование спектров поглощения, испускания, рассеяния и люминесценции) нашла широкое применение в большинстве областей биологии, фармакологии и экспериментальной медицины. На основе метода ядерного магнитного резонанса стало возможным получение изображений внутренних структур организма в заданных сечениях.

Р. я. на тканевом и организменном уровнях могут быть причиной развития различных патол. состояний. Так, механические резонансы наблюдаются во многих органах и структурах биологических объектов при вибрационном воздействии (см. Вибрация). Резонансные колебания органов человека усиливают вредное воздействие вибрации, если в ее спектре содержатся частоты, близкие к резонансным (см. Вибрационная болезнь). Резонансными характеристиками обладают легкие и трудная клетка человека, находящегося в поле переменного давления, в связи с чем резонанс легких и грудной клетки может усиливать биологический эффект воздействия инфразвука. Р. я. играют также важную роль в формировании кавитационных разрушений при ультразвуковом воздействии на биологические объекты (см. Кавитация). При этом резонансная «раскачка» газовых микропузырьков приводит к генерации интенсивных микропотоков, определяющих в конечном итоге многие из наблюдаемых биологических эффектов ультразвука (см.).

Кинетические Р. я. обусловлены наличием аутоколебательных процессов в живых системах на всех уровнях их организации: от отдельных биохимических процессов до целого организма и популяции (см. Биологическая система, ауторегуляция в биологической системе). Частоты этих аутоколебаний определяются константами скоростей соответствующих реакций, временами срабатывания регуляторных цепей. Периодическое внешнее воздействие с частотой, близкой или кратной частоте аутоколебаний, может привести к резонансной «раскачке». Кинетические резонансы в биологических системах, хотя и мало изучены, однако представляют большой интерес для биологии и медицины, поскольку многие факторы окружающей среды, к к-рым чувствительны биологические объекты, являются периодическими. Получены экспериментальные подтверждения способности даже простых биохимических систем к резонансному ответу. Теоретически показано, что ферментативная реакция

подчиняющаяся закону Михаэлиса (см. Кинетика биологических процессов) при условии, что фермент потвержен синтезу и распаду, обладает резонансными свойствами при периодическом изменении скорости поступления субстрата.

Высока вероятность формирования Р. я. на физиологическом уровне, поскольку гомеостатические процессы в живых системах обусловливают колебательный характер изменений многих параметров организма, напр, температуры, состава форменных элементов и концентрации различных веществ в крови и т. п. В частности, известно, что биологические эффекты непрерывного внешнего воздействия (ультразвукового, радиационного и т. п.) могут отличаться от эффектов импульсного, периодического воздействия той же дозы.

С этих позиций возможна постановка вопроса о роли периодичности терапевтического вмешательства и той частоты, с к-рой в организм вводятся лекарственные препараты, кроме того, можно предположить, что выбор нужной периодичности в применении фармакологических средств и проведения физиотерапевтических процедур способен обеспечить получение новых лечебных эффектов. Представляется также вероятным специфическое ингибирование или активирование заданных ферментных систем в организме с помощью подбора частоты импульсной модуляции ультразвука, УВЧ (см. УВЧ-терапия) и других терапевтических факторов для получения резонансных эффектов. Получение Р. я. при терапевтическом воздействии может обеспечить одновременно снижение дозы воздействия внешнего фактора.

Изучение Р. я. может оказаться полезным и в целях медицинской диагностики, т. к. изменения резонансных частот, наблюдаемые в тех или иных тканях и органах, могут отражать функциональные сдвиги, сопровождающие патол. процессы.



Библиография: Аккерман Ю. Биофизика, пер. с англ., с. 17, М.,1964; Александер Р. Биомеханика, пер. с англ., М.. 1970; Биологические часы, под ред. С. Э. Шноль, пер. с англ., с. 307 и др., М., 1964; Влияние вибраций на организм человека и проблемы виброзащиты, под ред. К. В. Фролова, М., 1974; К у т ы ш е н-ко В. П., Бушуев В. Н. и Окон М. С. ЯМР-интроскопия — новый метод биофизического исследования, Биофизика, т. 27, в. 1, с. 170, 1982; Процессы регулирования в биологии, пер. с нем., под ред. П. К. Анохина, М., 1960; С а р в а з я н А. П. Специфические механизмы биологического действия импульсного ультразвука, связанные с динамикой биологических систем, в кн.: Молек. и клеточная биофизика, под ред. Г. М. Франка, с. i 07, М., 1977; Сельков E. Е. и Назаренко В. Г. Колебания и резонансные явления в простой открытой ферментативной реакции S —> Р , взаимодействующей с ферментообразующей системой, Биофизика, т. 24, в. 1, с. 17, 1981; Andrew E. R. а. о. NMR imaging in medicine and biology, в кн.: Magnetic resonance and related phenomena, ed. by E. Kundla a. o., p. 53, В. a. o., 1979.



Популярные статьи

Источник: Большая Медицинская Энциклопедия (БМЭ), под редакцией Петровского Б.В., 3-е издание

Поделиться: