Выживаемость зародышей амфибий после воздействия модулированного ультразвука терапевтического диапазона интенсивностей

Раздел III.

РАЗРАБОТКА ЛЕЧЕБНО-ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ И ИНСТРУМЕНТАРИЯ. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ НОВЫХ МЕДИЦИНСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ

УДК 534.321.9+53.047

ВЫЖИВАЕМОСТЬ ЗАРОДЫШЕЙ АМФИБИЙ ПОСЛЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ МОДУЛИРОВАННОГО УЛЬТРАЗВУКА ТЕРАПЕВТИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНА ИНТЕНСИВНОСТЕЙ

В. К. УТЕШЕВ, Т.Н. ПАШОВКИН, Э.Н. ГАХОВА*

Изучалось влияние амплитудно-модулированного терапевтического ультразвука на эмбриональное развитие травяной лягушки Капа (втрогапа. Воздействие в целом на эмбрионы на этапе бластулы модулированным ультразвуком с частотой 0,88 Мгц с интенсивностью в 0,4 Вт/см2 и модулированной частотой 40 и 90 Гц в течение 5 минут увеличило долю нормально развивающихся и выживающий эмбрионов. Также были выявлены частоты модуляции ультразвука, вызывающих сокращение выживаемости эмбрионов амфибий. Ключевые слова: амплитудно-модулированный ультразвук, эмбрионы амфибий, эмбриональное развитие.

Известно, что биологические эффекты непрерывных и модулированных волн различной физической природы могут значительно различаться. Как правило, выраженность эффектов при воздействии модулированных волн выше, чем при воздействии непрерывных волн [3]. Эффекты модулированных волн на биологических объектах в большой степени зависят от частоты модуляций. Так, в работах W.R. Adey, выполненных на мозге цыплят, выявлены наиболее эффективные частоты модуляции электромагнитных полей, влияющих на выход ионов Са2+ из ткани мозга [8]. Другие авторы при исследовании воздействия ЭМИ на функциональное состояние и электрическую активность мозга кроликов показали, что наиболее выраженным физиологическим эффектом обладают низкоинтенсивные импульсно-модулированные ЭМИ [2]. При специальной организации параметров модуляции и режимов воздействий проявляется десинхронизация электрокардиограммы, изменение частоты сердечных сокращений и сильное апноэ в дыхании [1].

При изучении действия физических факторов особое внимание уделяют изучению биохимических и физиологических изменений на клеточном уровне. Показано, что модулированные СВЧ ЭМИ или ультразвуковое воздействие на некоторых частотах модуляции могут вызывать изменение ферментативной активности как в сторону активирования, так и ингибирования [5,6]. Для более сложных биологических структур (мозг золотых рыбок) при воздействии амплитудно-модулированных ультразвуковых волн терапевтического диапазона интенсивностей выявлены эффективные частоты модуляции, как активирующие, так и подавляющие активность нейронов [12]. Показана возможность повреждения эмбрионов двух видов амфибий 1ешрогапа и

Хепорш 1аеу1в) на частотах повторения импульсов ультразвука 10-20 и 110-130 Гц, соответственно [13]. Совокупность данных по биологическим эффектам модулированных волн разной физической природы (акустических волн, электромагнитных излучений) дает основание для исследований возможных улучшений функционального состояния зародышей амфибий при воздействии на них волн с биологически активными частотами модуляции.

Материалы и методы исследований. Объектом исследования служили зародыши травяной лягушки ^апа 1ешрогапа) на стадии бластулы. Воздействию ультразвука зародышей подвергали в термостатируемой камере, в которой охлаждающая вода являлась также и контактной средой между излучателем и внутренней камерой со звукопрозрачными стенками, в которой находились экспериментальные зародыши. Источником модулированного ультразвука служил аппарат для ультразвуковой терапии УЗТ-1.02С (частота генерации - 0.88 МГц). В качестве модулирующего генератора был использован аппарат Г3-112. Интенсив-

ность ультразвука варьировали от 0,05 Вт/см2 до 1,0 Вт/см2. Воздействие амплитудно-модулированными волнами проводили при скважности, равной 2, независимо от частоты модуляции, обеспечивая тем самым равноэнергетическое воздействие на биологические объекты за равные промежутки времени. Частоту модулированного ультразвука варьировали от 10 до 130 Гц. Длительность воздействия изменяли в разных сериях от 1 до 15 мин. О действии ультразвука на развитие судили по количеству зародышей, выживших до стадии выклева.

Так как в ультразвуковом поле распределение интенсивностей достаточно неоднородно и локальные интенсивности ультразвука в зоне воздействия на зародыши могут в два и более раз превышать средние интенсивности, особое внимание было уделено метрологическому обеспечению исследований. Это связано с возможностью различной степени влияния ультразвука на зародыши в случаях, когда они могут попадать в различные локальные зоны, отличающиеся по интенсивности ультразвука. Поэтому, воздействие ультразвуком на зародыши проводили в начале дальней зоны ультразвукового излучателя с наиболее равномерным распределением интенсивностей ультразвука. Определение средних интенсивностей было проведено с использованием весов ИМУ-3, а также с использованием метода окраски бумаги, помещенной в ультразвуковой пучок, позволяющего определять средние и локальные интенсивности ультразвука в различных сечениях пучка [4]. Ранее нами было показано, что все зародыши, находящиеся в различных точках ультразвукового поля данной камеры, получают одинаковое ультразвуковое воздействие [14].

Результаты и их обсуждение. Результаты экспериментов показали, что не все интактные (контрольные) зародыши травяной лягушки, взятые в опыт на стадии бластулы, успешно развиваются до стадии выклева. Количество контрольных зародышей, достигавших стадии выклева, варьировало от 30 до 100%, и в среднем составляло 62,4% от числа взятых в эксперименты.

В первой серии опытов изучали зависимость выживаемости зародышей амфибий от времени воздействия при различных интенсивностях ультразвука (рис. 1). Как можно видеть наибольшее число выживших после воздействия ультразвука зародышей наблюдалось при интенсивности 0,4 Вт/см2. При этом число выживших зародышей после 5 минут воздействия было выше, чем после 1 минуты или 15 минут применения ультразвука. Результаты этих экспериментов позволили в следующих сериях использовать ультразвук с интенсивностью 0.4 Вт/см2, а длительность воздействия 5 минут.

Во второй серии экспериментов изучали действие модулированного ультразвука в широком диапазоне частот модуляции (10100 Гц) на выживаемость зародышей амфибий. В зависимости от исходного функционального состояния зародышей их можно разделить на три группы: зародыши с низкой выживаемостью в контроле (до 30% развившихся до выклева), со средней выживаемостью (30-70%) и с высокой выживаемостью (70-100%). Наиболее яркие результаты воздействия модулированным ультразвуком наблюдались на зародышах со средней выживаемостью в контроле.

Результаты этих исследований представлены на рис. 2 и 3. Из приведенных на рисунках гистограмм видно, что наиболее высокий процент выживаемости зародышей травяной лягушки при модулированном ультразвуковом воздействии с интенсивностью 0,4 Вт/см2 наблюдается вблизи частот модуляции 40 Гц и 100 Гц. При воздействии ультразвуком на зародыши с высокой выживаемостью характер частотно-зависимых изменений такой же, как и при воздействии на зародыши со средней выживаемостью, но с меньшей выраженностью пиков на активных частотах воздействия. Это свидетельствует о большей устойчивости зародышей с высокой выживаемостью в контроле.

* Институт биофизики клетки РАН, Пущино. e-mail: uteshev-cryobank@mail.ru

Рис.1. Зависимость выживаемости зародышей амфибий от времени ультразвукового воздействия с интенсивностями 0.05-1.0 Вт/см2.

80

60

40

20

20 40 60 80

Частота модуляции, Гц

100

Рис.2. Зависимость выживаемости зародышей амфибий от частоты модуляции под действием ультразвука с интенсивностью 0.4 Вт/см2. Время воздействия - 5 мин. (зародыши со средней выживаемостью в контроле, 30-50%).

Рис.3. Зависимость выживаемости зародышей амфибий от частоты модуляции под действием ультразвука с интенсивностью 0.4 Вт/см2. Время воздействия - 5 мин. (зародыши с высокой выживаемостью в контроле, 80-100 %).

Рис.4. Выживаемость зародышей амфибий после воздействия ультразвука разной частоты модуляции и при интенсивности 0.7 Вт/см2 (черные) и 0.05 Вт/см2 (серые). Длительность воздействия - 5 мин. (зародыши с высокой выживаемостью в контроле, 80-90 %). Контроль 1 - для опыта с интенсивностью УЗ 0.7 Вт/см2, контроль 2 - для опыта с интенсивностью УЗ 0.05 Вт/см2.

В дополнительной серии опытов исследовали влияние на выживаемость ранних зародышей травяной лягушки модулиро-

ванного ультразвука с интенсивностью 0,05 и 0,7 Вт/см2. Полученные данные представлены в виде гистограммы на рис. 4. Видно, что в этой серии экспериментов максимальное количество развивающихся зародышей наблюдалось после обработки модулированным ультразвуком с частотой модуляции 90-110 Гц.

Задачей следующей серии экспериментов явилось изучение воздействия на выживаемость зародышей лягушки модулированного ультразвука с большей дробностью частот модуляции в диапазоне от 90 до 110 Гц. Проведенные опыты также выявили зависимость выживаемости от частоты модулированного ультразвука. На рисунке 5 представлена гистограмма относительной выживаемости экспериментальных зародышей. На приведенной гистограмме видны диапазоны частот модуляции ультразвука (94-100 Гц), воздействие которыми приводит к увеличению выживаемости зародышей амфибий по сравнению с контролем, и диапазоны частот модуляции, снижающие процент выживаемости.

Рис.5. Зависимость относительной выживаемости зародышей амфибий от частоты модуляции ультразвука с интенсивностью 0.4 Вт/см2. Длительность воздействия - 5 мин.

Таким образом, проведенные эксперименты выявили зависимость выживаемости ранних зародышей амфибий до стадии выклева от частоты модуляции ультразвука.

Как показали результаты работы, часть контрольных зародышей погибает в процессе развития от стадии бластулы до выклева. Возможно, эти зародыши имели какие-то существенные нарушения в развитии, которые привели к летальному исходу. Природа этих нарушений нам неизвестна. В то же время, обработка ранних зародышей модулированным ультразвуком с заданными параметрами приводила к значительному увеличению числа нормально развивающихся до выклева зародышей. Это может свидетельствовать о том, что воздействие ультразвуком устраняет некоторые нарушения в развитии, что в данном случае реализуется в увеличении числа нормально развивающихся зародышей.

В связи с широким применением ультразвука в диагностических целях, в том числе в акушерстве, естественно возникает интерес к биологическим последствиям облучения эмбрионов в матке. В работах некоторых исследователей приводятся данные о влиянии ультразвука на зародыши млекопитающих (крыс, мышей). В основном, в этих исследованиях не было выявлено заметных эффектов ультразвука на эмбрионы, находящихся на разных стадиях развития [14,11]. Тем не менее есть данные, что воздействие непрерывным ультразвуком (1 МГц, 3 мин,

1=0.5 Вт/см2) может приводить к снижению выживаемости зародышей мышей, снижению их веса и аномалиям в развитии [9,10].

Ранее нами было показано, что эффекты непрерывного ультразвука на развитие зародышей лягушки зависят от интенсивности и частоты генерации ультразвука, а также от длительности его воздействия. В зависимости от параметров ультразвукового воздействия наблюдали как снижение, так и увеличение числа развивающихся зародышей относительно контроля [7].

Сейчас мы получили результаты по увеличению выживаемости зародышей лягушки в процессе развития под воздействием терапевтического диапазона интенсивностей модулированного ультразвука. В физиотерапии в этом диапазоне интенсивностей ультразвук оказывает стимулирующее действие на различные системы организма человека. Предположительно, стимулирующие эффекты связаны, в первую очередь, с механическими факторами воздействия на зародыши за счет акустических течений, которые могут влиять на среду около мембран, изменяя градиенты концентраций, и воздействуя тем самым на

диффузию неорганических ионов и биологически активных макромолекул через мембраны.

При применении модулированного ультразвука в зависимости от частоты модуляции возможно как ослабление процессов жизнедеятельности зародышей, как это показано на эмбриональной ткани амфибий [13], так и усиление этих процессов, что наблюдается в наших экспериментах по развитию зародышей лягушки. Это может быть связано с параметрическими резонансными воздействиями модулирующих частот на ключевые системы, отвечающие за жизнедеятельность зародышей. Поэтому, дальнейшие исследования должны быть направлены на поиск этих ключевых систем, отвечающих на модулированное ультразвуковое воздействие частотно-зависимым образом. Так как в настоящее время нет теории формирования частотно-зависимых ответов на подобные воздействия, то набор корректных данных по биологическим эффектам модулированных волн может приблизить разработку такой теории.

Выводы. В данном исследовании было обнаружено, что наиболее высокой выживаемостью до стадии выклева обладали зародыши травяной лягушки, взятые в эксперимент на стадии бластулы и обработанные в течение 5 минут модулированным ультразвуком со следующими параметрами: частота генерации 0.88 МГц, интенсивность ультразвука 0,4 Вт/см2, частота модуляции 40 Гц и 98 Гц. Воздействие модулированного ультразвука вышеуказанных параметров с частотой модуляции в диапазоне 10-100 Гц в целом вызывает повышение выживаемости до стадии выклева у ранних зародышей амфибий. В тоже время обнаружены некоторые диапазоны частот модуляции, приводящие к снижению выживаемости таких зародышей относительно контроля.

Литература

1. Акоев И.Г., Журавлев Г.И. // Сб.: Биологические эффекты слабых электромагнитных излучений. Пущино. 2002. С. 55-64.

2. Акоев И.Г. и др. // Радиобиология. 2002. Т.41, №3. С. 322330.

3. Григорьев Ю.Г. // Радиоэкология. 1966. Т.36, вып. 5. С. 659-670.

4. Пашовкин Т.Н., Шильников Г.В. // Научное приборостроение. 2000. Т.10, №3. С.17-26.

5. Пашовкина М.С., Акоев И.Г. // Биофизика. 2000. Т.45, вып. 1. С. 130-136.

6. Пашовкина М.С., Акоев И.Г. // Радиобиология и радиоэкология. 2001. Т.41, вып. 1. С. 62-66.

7. Утешев В.К. и др. // Биофизика. Т. 51, № 3. С. 539-544.

8. Эйди У.Р. // ТИИЭР. 1980. Т.68, №1. С. 140-148.

9. CurtoK.A. // Ultrasound in medicine. 1976, № 2. Р. 535-536.

10. Hara K. Et al. // Jpn. J. Med. Ultrasonics. 1977. № 4. P. 256-258.

11. Mannor S.M. et al. // Am. J. Obstet. Ginaecol. 1972. Vol. 113. P. 653-661.

12. Pashovkin T.N. // 5th Intern.l Symp. on Therapeutic Ultrasound. October 27-29, 2005. Abstracts. Harvard Medical School. Boston. P. 77 (P025).

13. Sarvazyan A.P. et al. // Ultrasound Med. Biol. 1982. Vol.8, №6. P. 639-654.

14. Warwick R. et al. // IEEE Trans. Sonics. Ultrasonics. 1970. №17. P. 158-164.

SURVIVAL OF AMPHIBIAN EMBRYOS AFTER AMPLITUDE-

MODULATED THERAPEUTIC ULTRASOUND TREATMENT

V.K. UTESHEV, T.N. PASHOVKIN, E.N. GAKHOVA

Pushchino Institute of Cell Biophysics RAS, e-mail: uteshev-cryobank@mail.ru

The influence of amplitude-modulated therapeutic ultrasound on the embryonic development of grass frog Rana temporaria has been studied. The treatment of intact embryos at the blastula stage with modulated ultrasound of generation frequency 0.88 MHz, intensity 0.4 W/cm2, and modulated frequency 40 and 98 Hz for 5 min increased the proportion of normally developing embryos up to hatch. Also some frequencies of modulation of ultrasound causing decrease in survival rate of amphibian embryos are found out.

Key words: amplitude-modulated ultrasound, amphibian embryos, embryonic development.

УДК 61:311+61:658.011.56+614:338.26

ПРОГНОЗ РАЗВИТИЯ СИТУАЦИИ ДЛЯ ОСНОВНЫХ ТИПОВ СТАТИСТИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ ОКАЗАНИЯ МЕДИЦИНСКОЙ ПОМОЩИ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

И.Е. АГУРЕЕВ*., Е.Е. АТЛАС*, В.Г. КУПЕРМАН**, С.В. ОСОКИН***

Стабилизация положения в здравоохранении страны связывается с дальнейшим развитием медицинского страхования и внедрением новых форм управления, основанных на экономических методах взаимодействия. В работе показано, что система автоматизированной оценки качества оказания медицинской помощи может стать большим подспорьем в управлении здравоохранением. Приведен пример математической модели расчета рисков врачебных ошибок. Методы математического моделирования и прогнозирования позволяют оценитьэффективность управленческих действий.

Ключевые слова: медицинское страхование, автоматизированная оценка качества медицинской помощи, риск врачебных ошибок, управленческое решение.

В настоящее время в условиях хозяйственной самостоятельности лечебно-профилактических учреждений (ЛПУ) актуальными продолжают оставаться вопросы реализации экономических методов управления, оценки результатов деятельности медицинских учреждений и труда медицинских работников, качества медицинской помощи, формирования цен и тарифов на медицинские услуги, эффективности использования материальных и финансовых ресурсов [1].

Стабилизация положения в здравоохранении страны связывается с дальнейшим развитием медицинского страхования и внедрением новых форм управления, основанных на экономических методах взаимодействия. От рационального и оптимального решения экономических проблем здравоохранения зависит дальнейшее его успешное развитие.

Назрела объективная потребность в научном анализе результатов внедрения экономических методов управления системой здравоохранения [2,3].

Цель исследования. Информационные средства и технологии являются основным «строительным материалом» для создания системы управления качеством медицинской помощи (КМП), его контроля и планирования.

Тактическое и оперативное планирование обусловлено информацией о контроле качества. Экспертиза КМП «сигнализирует» о неудовлетворительном качестве медицинской помощи; о дефектах лечебно-профилактического процесса в отдельных лечебных учреждениях; об ошибках, допускаемых врачами при сборе информации о пациенте, диагностических обследованиях и лечении конкретных пациентов; об ошибках фармакотерапии и в преемственности ведения больного; об уровне удовлетворённости пациентов доступностью, качеством и результатом оказанной медицинской помощи [4,8].

Основным преимуществом излагаемого подхода является возможность моделирования и создания информационных ресурсов, ориентированных на оценку качества и управление им. В основу информационного обеспечения системы управления качеством работы лечебно-профилактического учреждения (ЛПУ) могут быть положены основные прогностически важные показатели качества медицинской помощи в ЛПУ, характеризующие уровень оказания медицинской помощи в лечебнопрофилактических учреждениях: риск возникновения врачебных ошибок; риск ухудшения состояния пациентов; риск неоптимального использования ресурсов; риск социально-значимого ухудшения состояния пациента [5,6].

В настоящей работе предлагается динамическая модель риска в системе здравоохранения (СЗО) и проводится ее исследование. Вводятся следующие переменные (фазовые координаты): х - уровень состояния обслуживаемой сферы; у - уровень финансирования подсистем, входящих в СЗО; u - уровень совершенства принимаемых работниками решений; V - уровень совершаемых ошибок. В исследовании используется модель, которая формулируется в виде автономной диссипативной динамической системы [2]:

* Тульский государственный университет, Медицинский институт

** ТПУ им Л.Н. Толстого

ОАО Медицинская страховая компания «Вирмед»