Применение низкоинтенсивного лазерного излучения в комплексном лечении мужчин с секреторным бесплодием. Низкоинтенсивное лазерное излучение (нили)

Лазерное излучение в медицине представляет собой вынужденную или стимулированную волну оптического диапазона длиной от 10 нм до 1000 мкм (1 мкм=1000 нм).

Лазерное излучение имеет :
- когерентность - согласованное протекание во времени нескольких волновых процессов одной частоты;
- монохроматичность - одна длина волны;
- поляризованность - упорядоченность ориентации вектора напряженности электромагнитного поля волны в плоскости, перпендикулярной ее распространению.

Физическое и физиологическое действие лазерного излучения

Лазерное излучение (ЛИ) обладает фотобиологической активностью. Биофизические и биохимические реакции тканей на ЛИ различны и зависят от диапазона, длины волны и энергии фотона излучения:

ИК-излучение (1000 мкм - 760 нм, энергия фотонов 1-1,5 ЭВ) проникает на глубину 40-70 мм, вызывает колебательные процессы - тепловое действие;
- видимое излучение (760-400 нм, энергия фотонов 2,0-3,1 ЭВ) проникает на глубину 0,5-25 мм, вызывает диссоциацию молекул и активацию фотохимических реакций;
- УФ-излучение (300-100 нм, энергия фотонов 3,2-12.4 ЭВ) проникает на глубину 0,1-0,2 мм, вызывает диссоциацию и ионизацию молекул -фотохимическое действие.

Физиологическое действие низкоинтенсивного лазерного излучения (НИЛИ) реализуется нервным и гуморальным путем :

Изменение в тканях биофизических и химических процессов;
- изменение обменных процессов;
- изменение метаболизма (биоактивация);
- морфологические и функциональные изменения в нервной ткани;
- стимуляция сердечно-сосудистой системы;
- стимуляция микроциркуляции;
- повышение биологической активности клеточных и тканевых элементов кожи, активизирует внутриклеточные процессы в мышцах, окислительно-восстановительные процессы, образование миофибрилл;
- повышает устойчивость организма.

Высокоинтенсивное лазерное излучение (10,6 и 9,6 мкм) вызывает :

Термический ожог ткани;
- коагуляцию биологических тканей;
- обугливание, сгорание, испарение.

Лечебное действие низкоинтенсивного лазера (НИЛИ)

Противовоспалительное, снижение отечности ткани;
- аналгезирующее;
- стимуляция репаративных процессов;
- рефлексогенное воздействие - стимуляция физиологических функций;
- генерализованное воздействие - стимуляция иммунного ответа.

Лечебное действие высокоинтенсивного лазерного излучения

Антисептическое действие, образование коагуляционной пленки, защитный барьер от токсических агентов;
- резание тканей (лазерный скальпель);
- сварка металлических протезов, ортодонтических аппаратов.

Показания НИЛИ

Острые и хронические воспалительные процессы;
- травма мягких тканей;
- ожог и отморожение;
- кожные заболевания;
- заболевания периферической нервной системы;
- заболевания опорно-двигательного аппарата;
- сердечно-сосудистые заболевания;
- заболевания органов дыхания;
- заболевания желудочно-кишечного тракта;
- заболевания мочеполовой системы;
- заболевания уха, горла, носа;
- нарушения иммунного статуса.

Показания к лазерному излучению в стоматологии

Заболевания слизистой оболочки полости рта;
- заболевания пародонта;
- некариозные поражения твердых тканей зубов и кариес;
- пульпит, периодонтит;
- воспалительный процесс и травма челюстно-лицевой области;
- заболевания ВНЧС;
- лицевые боли.

Противопоказания

Опухоли доброкачественные и злокачественные;
- беременность до 3-х месяцев;
- тиреотоксикоз, диабет 1 типа, болезни крови, недостаточность функции дыхания, почек, печени, кровообращения;
- лихорадочные состояния;
- психические заболевания;
- наличие имплантированного водителя ритма;
- судорожные состояния;
- индивидуальная непереносимость фактора.

Аппаратура

Лазеры - техническое устройство, испускающее излучение в узком оптическом диапазоне. Современные лазеры классифицируются :

По активному веществу (источник индуцированного излучения) -твердотельные, жидкостные, газовые и полупроводниковые;
- по длине волны и излучения - инфракрасные, видимые и ультрафиолетовые;
- по интенсивности излучения - низкоинтенсивные и высокоинтенсивные;
- по режиму генерации излучения - импульсный и непрерывный.

Аппараты комплектуются излучающими головками и специализированными насадками - стоматологические, зеркальные, акупунктурные, магнитные и др., обеспечивающие эффективность проводимого лечения. Сочетанное использование лазерного излучения и постоянного магнитного поля усиливает лечебный эффект. Серийно производятся в основном три вида лазерной терапевтической аппаратуры:

1) на базе гелий-неоновых лазеров, работающих в непрерывном режиме генерации излучения с длиной волны 0,63 мкм и выходной мощностью 1-200 мВт:

УЛФ-01, «Ягода»
- АФЛ-1, АФЛ-2
- ШАТЛ-1
- АЛТМ-01
- ФАЛМ-1
- «Платан-М1»
- «Атолл»
- АЛОК-1 - аппарат лазерного облучения крови

2) на базе полупроводниковых лазеров, работающих в непрерывном режиме генерации излучения с длиной волны 0,67-1,3 мкм и выходной мощностью 1-50 мВт:

АЛТП-1, АЛТП-2
- «Изель»
- «Мазик»
- «Вита»
- «Колокольчик»

3) на базе полупроводниковых лазеров, работающих в импульсном режиме генерации излучения с длиной волны 0,8-0,9 мкм, мощностью импульса 2-15 Вт:

- "Узор", "Узор-2К"
- "Лазурит-ЗМ"
- "Люзар-МП"
- "Нега"
- "Азор-2К"
- "Эффект"

Аппараты для магнитолазерной терапии:

- "Млада"
- АМЛТ-01
- "Светоч-1"
- "Лазурь"
- "Эрга"
- МИЛТА - магнито-инфракрасный

Техника и методика лазерного излучения

Воздействие ЛИ проводят на очаг поражения или органа, сегментарно-метамерной зоны (накожно), биологически активной точки. При лечении глубокого кариеса и пульпита биологическим методом облучение проводят в области дна кариозной полости и шейки зуба; периодонтита - световод вводят в корневой канал, предварительно механически и медикаментозно обработанный, и продвигают до верхушки корня зуба.

Методика проведения лазерного облучения - стабильная, стабильно-сканирующая или сканирующая, контактная или дистанционная.

Дозирование

Ответные реакции на ЛИ зависят от параметров дозирования:

Длина волны;
- методика;
- режим работы - непрерывный или импульсный;
- интенсивность, плотность мощности (ПМ): низкоинтенсивное ЛИ -мягкое (1-2 мВт) применяют для воздействия на рефлексогенные зоны; среднее (2-30 мВт) и жесткое (30-500 мВт) - на область патологического очага;
- время воздействия на одно поле - 1-5 мин, суммарное время не более 15 мин. ежедневно или через день;
- курс лечения 3-10 процедур, повторный через 1-2 месяца.

Техника безопасности

Глаза врача и пациента защищают очками СЗС-22, СЗО-33;
- нельзя смотреть на источник излучения;
- стены кабинета должны быть матовыми;
- нажимать на кнопку «пуск» после установки излучателя на патологический очаг.

Развитие лазерной медицины предъявляет высокие требования к экспериментальному обоснованию использования лазеров в клинике. В настоящее время имеется большое количество работ, посвященных изучению воздействия низкоинтенсивного лазерного излучения на биологические объекты. Однако до сих пор нет единого мнения о наиболее благоприятных для живых тканей физических характеристиках лазерного излучения, таких как длина волны, частота повторения импульсов, время воздействия. Как следствие не решен вопрос об оптимальной дозе излучения . Проблема усугубляется тем, что различные ткани и органы обладают разной чувствительностью к лазерному излучению, вследствие того, что их различные биохимические компоненты - ферменты, гормоны, витамины, пигменты - имеют сугубо индивидуальные характеристики поглощения излучения. Таким образом, имеющиеся в литературе сведения о действии низкоэнергетических излучений на живые ткани и органы, в том числе и на щитовидную железу противоречивы, а механизм воздействия до сих пор не раскрыт.

Целью данного исследования является изучение морфологических изменений фолликулярного аппарата щитовидной железы при воздействии излучения инфракрасного лазера.

Для решения поставленных задач белых беспородных крыс-самцов массой 150-200 граммов ежедневно облучали при помощи инфракрасного лазера МИЛА-1 в течение пяти дней, время каждой экспозиции составляло 5 минут. Длина волны лазера - 0,89 мкм. Доза облучения за одну процедуру составила 59 Дж/см2 облучаемой поверхности, за весь курс - 295 Дж/см2. Эвтаназию животных осуществляли путем передозировки нембуталового наркоза. Материал забирали на первые (1 группа), десятые (2 группа) и тридцатые (3 группа) сутки после окончания курса воздействий. Морфометрию гистологических срезов щитовидной железы, окрашенных гематоксилином и эозином, производили с помощью анализатора изображений "Иста-Видео Тест". Определяли площадь сечения фолликула, площадь и оптическую плотность коллоида, площадь сечения тироцитов, а также подсчитывали количество их на поперечном сечении фолликула. Достоверность наблюдаемых изменений определяли по t-критерию Стьюдента, взаимосвязь признаков устанавливали с помощью корреляционного анализа.

Щитовидная железа крыс группы сравнения имеет типичную морфологическую структуру. У контрольных животных отмечается четкая фолликулярная организация данного органа. Коллоид однородной консистенции полностью заполняет большинство овальных фолликулов. Тироциты имеют кубическую форму. Соединительнотканные прослойки между дольками умеренно развиты. Просветы кровеносных сосудов всех групп, за редким исключением, содержат форменные элементы крови.

Фолликулы щитовидной железы у крыс первой опытной группы выглядят более мелкими, чаще округлой формы. Тироциты сохраняют кубическую форму. При этом заметна тенденция к увеличению размеров долек и уменьшению соединительнотканных прослоек между ними. Четко выражено венозное полнокровие на фоне отсутствия форменных элементов крови в артериальном русле и гемокапиллярах. У животных второй группы наблюдаются сходные изменения, лишь отмечается некоторое уплощение тироцитов и увеличение количества соединительной ткани. У крыс третьей группы вновь отмечается уменьшение количества соединительной ткани. Изменения со стороны фолликулярного эпителия и кровеносных сосудов сохраняются на всех сроках.

Анализ результатов морфометрии позволил установить, что площадь фолликулов осталась неизменной у крыс 1 и 2 групп, в то время как, у животных третьей группы произошло существенное снижение данного показателя. Площадь коллоида у животных всех экспериментальных групп достоверно не изменяется, а площадь тироцитов к первым суткам резко увеличивается, после чего происходит снижение значения данного показателя. Так на 10-е сутки площадь тироцита достигает контрольного уровня, а на 30-е становится значительно ниже. Количество тироцитов в фолликуле при этом не изменяется. Оптическая плотность коллоида увеличивается к десятым суткам, после чего, на 30-е сутки, существенно снижается, но уровня группы сравнения не достигает. Корреляционный анализ выявил у крыс группы сравнения положительные взаимосвязи площади фолликула с площадью коллоида и количеством тироцитов и отрицательную с площадью тироцита. Площадь коллоида также положительно связана с количеством тироцитов, отрицательно с их площадью и оптической плотностью коллоида. Площадь тироцитов отрицательно связана с их количеством. На основании полученных данных можно заключить, что у интактных крыс площадь фолликула увеличивается вследствие увеличения количества тироцитов, либо за счет накопления коллоида. При усилении функциональной активности органа, что проявляется в увеличении площади секреторных клеток, площадь фолликулов уменьшается вследствие увеличения их общего количества. При этом происходит усиленная реабсорбция коллоида, влекущая за собой уменьшение его площади и оптической плотности.

У животных 1 и 2 экспериментальных групп количество корреляций остается неизменным, но в некоторых случаях меняется их знак. Так у крыс 1 группы изменение площади фолликула происходит за счет изменений всех ее составляющих: площади коллоида, площади и количества тироцитов. Это может свидетельствовать о некотором усилении функции щитовидной железы во время ее облучения лазером, что выразилось в увеличении площади тироцитов. У животных 2 группы появляются отрицательные зависимости между площадью фолликула, площадью коллоида, площадью тироцита и количеством тироцитов в фолликуле. При этом значительно увеличивается оптическая плотность коллоида, следовательно, происходит снижение функции органа.

На тридцатые сутки после окончания воздействия появляются корреляционные связи между всеми исследованными признаками. При этом ранее имевшиеся связи по знаку не отличаются от контрольных. Вновь образовались отрицательные корреляции между площадью фолликула, количеством тироцитов и оптической плотностью коллоида и положительная связь между оптической плотностью коллоида и площадью тироцитов. Поскольку данные изменения происходят на фоне уменьшения площади фолликулов и площади тироцитов при одновременном увеличении оптической плотности коллоида, можно предположить, что после отмены стимулирующего воздействия щитовидная железа испытывает функциональное напряжение, приводящее к снижению функции данного органа.

На основании распространенной в настоящее время гипотезы о возможном механизме лазерного воздействия на биологические объекты можно предположить, что в клетках щитовидной железы произошли изменения энергетической активности клеточных мембран, активности ядерного аппарата клеток, окислительно-восстановительных процессов, основных ферментных систем . За период воздействия орган, вероятно, адаптировался к жизнедеятельности в условиях поступления энергии извне, что и вызвало некоторое усиление функции, проявившееся в увеличении площади фолликулярных клеток у крыс 1 группы. После резкой отмены энергетического источника извне наблюдается снижение секреторной активности. Изменения, наблюдаемые на ЗО-е сутки после воздействия, могут свидетельствовать о наличии адаптационных процессов в органе к более низкому энергетическому уровню. На основании полученных данных можно сделать следующие выводы:

За время воздействия инфракрасного лазерного излучения формируются структурные изменения в фолликулярном аппарате щитовидной железы, которые свидетельствуют о некотором усилении ее функции.

После отмены экспериментального воздействия морфологические изменения соответствуют гипофункциональному состоянию щитовидной железы.

3. Использованное в работе лазерное излучение оказало негативное воздействие на щитовидную железу, поскольку стимулирующий эффект носил кратковременный характер, а период восстановления занял достаточно большой промежуток времени.

фолликулярный щитовидный железа излучение

Литература

• 1. Амиров Н. Б. Применение лазерного воздействия для лечения внутренних болезней. // Казанский медицинский журнал. 2001. Т 31, №5, с. 369-372.
• 2. Мостовников А. В., Мостовникова Г. Р., Плавский В. Ю., Плавская Л. Г., МорозоваР. П., Третьяков С. А. О механизме терапевтического действия низкоинтенсивного лазерного излучения и постоянного магнитного поля. // Низкоинтенсивные лазеры в медицине (механизм действия, клиническое применение): Материалы всесоюзного симпозиума, в двух частях. Обнинск, НИИМР АМН СССР, 1991, с. 67 - 70.

Кафедра урологии РГМУ, Москва

Мужская секреторная инфертильность в 30-50% случаев является причиной бесплодия в браке. Социально-экономическая значимость деторождаемости обуславливает высокий интерес современной андрологии к проблеме снижения фертильности мужчин и к поиску новых методов лечения нарушений сперматогенеза.

Известно, что этиопатогенетические методы лечения различных форм секреторного бесплодия в некоторых случаях не оказывают желаемого эффекта. Многие авторы объясняют этот факт тем, что некоторые процессы, вовлеченные в патогенез бесплодия, еще до конца не изучены. Ярким примером этого являются множественные дискуссии о патогенезе бесплодия при варикоцеле: вовлечение венозной системы левой почки и левого надпочечника с характерными гормональными изменениями, гемодинамические типы сброса венозной крови в гроздьевидное сплетение, методы диагностики венозного сброса и особенно взаимосвязь между инструментальными методами исследования и лабораторными данными. Известно, что до сих пор ведутся споры об эффективности оперативного вмешательства при варикоцеле в плане восстановления фертильности у бесплодных мужчин. Важным является вопрос и о тактике лечения больных с идиопатическим бесплодием и с тяжелой степенью олигоастенотератозооспермии, наблюдающейся у мужчин с крипторхизмом. Экстракорпоральные методы оплодотворения не всегда эффективны у таких больных ввиду низкого качества спермы, и в некоторых случаях приходится использовать донорскую сперму. Таким образом, существует необходимость в поиске новых методов и форм воздействия на мужские репродуктивные органы при лечении различных форм секреторного бесплодия.

В последнее время благодаря развитию и доступности аппаратов низкоинтенсивного лазерного излучения (НИЛИ) в медицинской практике стали широко применяться квантовые методы лечения. В медицинской литературе стали появляться сведения о положительном влиянии лазерного излучения на сперматогенез и непосредственно на сперму in vitro. Известно, что поглощение световой энергии сперматозоидами приводит к вовлечению энергии кванта в биохимические реакции преобразования. В экспериментах in vitro воздействие НИЛИ на сперму привело к увеличению сроков сохранения подвижности за счет увеличения фруктолизной, окислительной активности и других ферментных систем.

Эти данные позволяют предположить, что НИЛИ улучшает функциональное состояние сперматозоидов за счет непосредственного локального воздействия.

В течение последних лет лазерное воздействие на яички стали применять при воспалительных заболеваниях органов мошонки, и в литературе не были описаны случаи патологического воздействия на процесс деления клеток сперматогенеза. Тем не менее, процесс облучения быстроделящегося герминативного эпителия диктует необходимость контроля показателей онкомаркеров яичек альфафетопротеина, хорионического гонадотропина (АФП, р-ХГЧ) при воздействии НИЛИ, особенно у мужчин с крипторхизмом.

Материалы и методы исследований. В работу были включены 97 инфертильных мужчин от 18 до 53 лет (средний возраст 30,5 лет) и 11 фертильных мужчин (средний возраст 29,9 лет), составивших контрольную группу.

Из 97 мужчин варикоцеле было выявлено у 53 человек (средний возраст 30,5 лет), у 27 мужчин (средний возраст 31,3 года) диагностирован гипогонадизм, первичный у 12 мужчин, вторичный у 15 мужчин, диагноз «идиопатическое бесплодие» поставлен 17 мужчинам (средний возраст 32,1 год). У 4 мужчин (средний возраст 30,5 лет) с первичным гипогонадизмом выявлен истинный крипторхизм паховой формы.

Лабораторное исследование включало в себя исследование эякулята, гормонального статуса периферической крови, анализ спермы и соскоб из уретры на наличие заболеваний передающихся половым путем методом полимеразной цепной реакции и посев спермы. Больных с инфекционно-воспалительными заболеваниями мочеполовой системы в исследование не включали.

Для оценки структурного состояния органов мошонки, сосудов яичек, а также для исследования гемодинамики в гроздьевидном сплетении использовался ультразвуковой аппарат с цветным допплеровским картированием фирмы ESAOTE S.p.A. «Megas» и линейный датчик LA 5 2 3 с частотой сканирования в режиме изображения 7.5-10 MHz и частотой допплероэхографии 5.0 MHz.

Ультразвуковую допплероэхографическую диагностику проводили по методике, разработанной Е.Б. Мазо и К.А. Тирси (1999).

В работе использовался лазерный терапевтический аппарат «Матрикс-Уролог» с двумя лазерными излучателями инфракрасного диапазона (длина волны 0,89 мкм, импульсная мощность до 10 Вт, частота повторения импульсов от 80 до 3000 Гц). По методике, основанной на опыте применения лазеротерапии других исследователей, всем больным проводилось биполярное лазерное облучение яичек в боковой и продольной проекциях ежедневно по 10 мин. на каждое яичко в течение 10 дней.

Для оценки эффективности НИЛИ, последнее применялось как монотерапия, так и в сочетании с оперативным лечением при варикоцеле и в сочетании с гормональной стимуляцией при наличии изменений гормонального статуса при первичном и вторичном гипогонадизме. Контрольное исследование спермы и гормонального профиля поводилось через 1 и 2 месяца после лазеротерапии.

Результаты проведенного обследования и лечения. Результаты обследования, включенных в работу бесплодных больных, позволили выявить, что основными нарушениями параметров спермы явились подвижность (а + b) и количество морфологически нормальных форм, в меньшей степени снижалась жизнеспособность сперматозоидов. Снижение концентрации сперматозоидов выявлено только у больных с гипергонадотропным или первичным гипогонадизмом. Следует отметить, что у больных этой группы обнаружены наиболее выраженные изменения сперматогенеза. У больных с левосторонним варикоцеле статистически достоверно обнаружено снижение подвижности и количества морфологически нормальных сперматозоидов, а также повышение уровня прогестерона, что коррелирует с данными литературы.

Таким образом, после проведенной локальной низкоинтенсивной лазерной терапии и анализа полученных данных можно заключить, что у всех больных, включенных в данную работу, достоверно увеличивалась жизнеспособность сперматозоидов (р

В контрольной группе, состоящей из фертильных мужчин, также выявлено достоверное увеличение жизнеспособности сперматозоидов (р

Таблица 1. Показатели параметров спермограмм и гормонального профиля до и после НИЛИ для фертильных мужчин контрольной группы

В группе больных с левосторонним варикоцеле после локального воздействия НИЛИ на семенники, по сравнению с исходными данными, концентрация сперматозоидов незначительно увеличивалась, достоверно возрастала подвижность (а + b) (р

Таблица 2. Результаты лечения с применением лазерного излучения у мужчин с левосторонним варикоцеле в сравнении с результатами комбинированного лечения операции по Иваниссевичу и воздействием НИЛИ

Проанализировав результаты локального воздействия НИЛИ на яички больных с варикоцеле, было выявлено, что у 53% мужчин из этой группы наступило улучшение параметров спермограмм, т.е. исследуемые показатели возросли по сравнению с исходными. У 37% мужчин с левосторонним варикоцеле отмечалось незначительное улучшение или улучшение не по всем параметрам спермограмм, что было расценено как результат без изменений. А у 10% пациентов показатели спермограмм ухудшились. По данным отечественной и зарубежной литературы, после оперативного лечения варикоцеле улучшение показателей спермограмм наступает у 51 -79% пациентов. Таким образом, полученные данные говорят о том, что НИЛИ достаточно эффективно воздействует на репродуктивные органы мужчин с варикоцеле. Уровень ЛГ в периферической крови у мужчин с варикоцеле достоверно увеличивался.

Анализируя данные лечения группы мужчин с гипергонадотропным гипогонадизмом, можно сделать вывод об увеличении количества морфологически нормальных сперматозоидов (р

Таблица 3. Результаты лечения с применением лазерного излучения у мужчин с гипергонадотропным или первичным гипогонадизмом

В группе больных с вторичным гипогонадизмом значимо увеличивалась подвижность сперматозоидов (р

Таблица 4. Результаты лечения с применением лазерного излучения и гормональной стимуляции у мужчин с гипогонадотропным или вторичным гипогонадизмом

Следует отметить, что лазеротерапия пациентам с гипогонадотропным гипогонадизмом проводилась в комплексе с гормональной стимуляцией препаратом Прегнил 5000 (хорионический гонадотропин) внутримышечно, один раз в 5 дней в течение месяца.

В группе больных с идиопатическим бесплодием НИЛИ применялось как монотерапия, отмечалось достоверное повышение подвижности p

Таблица 5. Данные статистической обработки результатов лечения с применением лазерного излучения у мужчин с идиопатическим бесплодием

Заключение. Таким образом, лазерное воздействие на яички при нормоспермии приводит к увеличению количества жизнеспособных форм с 83% до 88%, подвижности с 54% до 62% и количества морфологически нормальных форм сперматозоидов с 56% до 64%. Уровень B-ХГЧ и АФП в крови у фертильных мужчин свидетельствует о безопасности воздействия НИЛИ на семенники. Воздействие НИЛИ на семенники происходит как на экзокринном, так и на эндокринном уровне, о чем свидетельствует улучшение параметров спермы и снижение уровня ФСГ у всех обследованных больных.

Локальное лазерное облучение яичек в виде монотерапии при варикоцеле повышает концентрацию активно-подвижных форм с 25% до 37%, количество морфологически нормальных форм с 27% до 39%. Эффективность лечения бесплодия повышается при комбинации операции по Иваниссевичу и НИЛИ.

Локальное лазерное облучение яичек у мужчин с первичным гипогонадизмом увеличивает количество морфологически нормальных форм с 7% до 10%, с вторичным гипогонадизмом улучшается подвижность с 19% до 23%. Больным с тяжелой степенью олигоастенотератозоспермии, как правило, встречающейся у мужчин с первичным и вторичным гипогонадизмом, включенным в программу ЭКО, возможно проведение курса НИЛИ для улучшения качества параметров спермы.

При идиопатическом бесплодии применение локальной лазеротерапии вызывает повышение подвижности сперматозоидов (а + b) с 19% до 34% и увеличение количества морфологически нормальных форм сперматозоидов с 13% до 23%.

ЛАЗЕРНАЯ НИЗКОИНТЕНСИВНАЯ ТЕРАПИЯ

На сегодня ситуацию в лазерной медицине можно охарактеризовать как обогатившуюся новыми тенденциями. Если залезть в ИНТЕРНЕТ, то по лазерной медицине выскочит более 27 000 ссылок, а если сюда присовокупить работы, выполненные ранее в СССР и России-СНГ в течение 30 лет, то число публикаций уверенно превзойдет 30 000. Еще сравнительно недавно подавляющее большинство работ было посвящено лазерной хирургии. Сегодня уже более половины всех публикаций связано с проблемами лазерной терапии. Что же изменилось? Прежде всего - повысился уровень понимания механизмов воздействия низкоинтенсивного оптического излучения (НОИ) на живые организмы.

Напомним: мы подразделяем лечебное воздействие лазерного излучения на хирургическое и терапевтическое. Терапевтическое, в отличие от хирургического, представляет собой управляющее , а не деструктивное , воздействие. Это значит, что после воздействия биообъект остается живым. Более того, если задача управления объектами в живом организме, поставленная как основная при лазерной терапии, решается правильно, то биообъект становится после воздействия как бы «лучше, чем был» - в нем подавляются патологические процессы и стимулируются естественные, поддерживающие гомеостаз. Заметим, что для НОИ имеется естественная «точка отсчета» - спектр солнечного света (см. рис 21.1).

Рис. 21.1.

Зависимости спектральной плотности солнечного света от длины волны:

1 - за пределами атмосферы; 2 - излучение абсолютно черного тела с температурой 5900 0 К; 3 - на поверхности Земли на средних широтах (высота 30 0 над горизонтом).

Этот «репер» уже рассматривался выше (Л1). Интегральная по спектру интенсивность солнечного излучения в свободном пространстве на расстоянии, равном среднему расстоянию между Землей и солнцем, составляет 1353 Вт/м 2 . На пути к поверхности Земли излучение активно фильтруется земной атмосферой. Поглощение в атмосфере в основном обусловлено молекулами паров воды (Н 2 О), углекислого газа (СО 2), озона (О 3), окиси азота (N 2 O), окиси углерода (СО), метана (СН 4) и кислорода (О 2).

Живые организмы в процессе эволюции многократно адаптировались к изменяющейся «электромагнитной обстановке». На поверхности Земли обитает около полутора миллионов видов живых организмов, и все они существуют благодаря солнечному свету.

В ХХ веке ситуация с «электромагнитной средой» на Земле оказалась весьма отличной от той, с которой организмы сталкивались в течение многих миллионов лет эволюции. Появилось множество антропогенных излучений. В оптическом (УФИКОП) диапазоне выше всех по спектральной плотности излучения располагаются лазерные аппараты. Зависимость спектральной плотности излучения медицинских лазеров от длины волны в сравнении с аналогичной зависимостью для излучения Солнца и некоторых других источников света представлена на рис 21.2.

Рис. 21.2.

Спектр излучения различных источников света:

1 – солнечный свет на поверхности Земли в средних широтах; 2 – максимальный оценочный уровень естественного фона; 3 – неон-гелиевый лазер непрерывного режима, мощность 15 мВт, длина волны 633 нм, площадь пятна 1 см 2 ; 4 – суперлюминесцентный светодиод, интегральная мощность 5 мВт, максимум интенсивности 660 нм; 5 – полупроводниковый лазер квазинепрерывного режима, 5 мВт, 780 нм; 6 – полупроводниковый лазер импульсно-периодического режима, мощность в импульсе 4 Вт, 890 нм; 7 – бытовая лампа накаливания 60 Вт, расстояние 60 см.

Сплошная линия, перекрывающая весь спектральный диапазон от УФ до ИК- областей, демонстрирует «сглаженный» уровень солнечного света на средних широтах в ясный летний день. По отношению к естественному уровню солнечного света спектральные плотности применяемых в медицине лазерных и светодиодных аппаратов сильно различаются. Например, спектральный максимум светодиодного облучателя (кривая 4, см. ниже) в соответствующем спектральном интервале находится на уровне излучения Солнца, а аналогичная кривая ИК лазерного аппарата на базе полупроводникового лазера квазинепрерывного режима (кривая 5) достигает максимального оценочного уровня естественного фона (кривая 2). В то же время максимумы кривых для импульсного полупроводникового лазера (кривая 6) и особенно для неон-гелиевого (кривая 3) перекрывают эти значения на несколько порядков. При этом максимумы спектральной плотности источников отражают не столько энергетические характеристики света, сколько степень его монохроматичности. Так, выходная мощность неон-гелиевого лазера превышает мощность красного светодиода всего в 3 раза, а по максимуму спектральной плотности это превышение составляет более 10 5 (!).

Повышенный в сравнении с естественным фоном уровень «искусственного» ЭМИ соответствует появлению на поверхности Земли дополнительной электромагнитной энергии, величина которой непрерывно возрастает. Эта энергия в принципе может (да, пожалуй, и должна) «заинтересовать» биологические системы либо в плане выработки общего адаптационного синдрома (типа стрессовой реакции), либо адаптироваться к воздействию подобно фотосинтезу. Прошедший век, очевидно, представляет собой слишком маленький срок для реализации столь масштабной программы, но задумываться над проблемой необходимо уже сейчас.

Низкоинтенсивное оптическое излучение, в первую очередь лазерное, нашло широчайшее применение в медицине. «Трудно назвать заболевание, в лечении которого не было бы апробировано лазерное воздействие. Простое перечисление форм и вариантов патологии, в лечении которых показана эффективность лазерного луча, займет много места, а перечень заболеваний, при которых лечебный эффект НОИ не вызывает сомнений, будет достаточно представительным» .

Имеется много работ по изучению механизмов действия НОИ на биологические объекты разного уровня организации - от молекулярного до организменного и надорганизменного. Однако нет до сих пор общепринятой концепции механизма действия НОИ на живые организмы. Есть несколько альтернативных точек зрения, объясняющих частные явления или эксперименты.

Почему мы говорим не НИЛИ (низкоинтенсивное лазерное излучение) а НОИ (низкоинтенсивное оптическое излучение)? Потому что из основных характеристик лазерного излучения основное значение имеют длина волны и спектральная плотность. Когерентность и поляризация лазерного излучения не влияют в столь сильной степени на биостимуляционный эффект, хотя утверждать, что они вообще не имеют значения, нет достаточных оснований.

Среди проблем фототерапии, находящихся в центре внимания как медиков и биологов, так и разработчиков аппаратуры, главная - выяснение механизмов действия НОИ на биообъекты. Эта проблема является центральной в течение вот уже почти 50 лет развития НИЛТ. Пока она далека от разрешения, хотя сам факт резкого повышения интереса к НИЛТ в последние 10 лет говорит о положительных сдвигах в ее изучении. В среде медиков и биологов сформировалось представление о специфичности и неспецифичности взаимодействия НОИ с живыми организмами. Именно, специфическим называют взаимодействие света и БО, связанное с интенсивным молекулярным поглощением света, т.е. таким, для которого установлены «специфические» фотоакцепторы, осуществляющие первичное поглощение света и запускающие затем ряд «специфических» фотохимических реакций. Типичный пример такого взаимодействия - фотосинтез. Соответственно, неспецифическим взаимодействие считается тогда, когда биологический отклик велик, а поглощение света настолько мало, что однозначно установить первичный акцептор не представляется возможным. Именно этот аспект - установление первичных акцепторов при отсутствии сильного поглощения - и вызывает наиболее ожесточенные дискуссии, поскольку превращение неспецифического взаимодействия в специфическое открывает путь к практическому применению НИЛТ не на эмпирической, а на строго научной основе.

Феномен действия НОИ исследуется на различных уровнях. Имеются в виду иерархические уровни построения живой системы: молекулярный, органоидный, клеточный, тканевый, организменный, надорганизменный. На любом из этих уровней встречаются свои проблемы, но наибольшие затруднения связаны с переходами с одного уровня на другой.

Если прежде всего следует учитывать спектральную плотность и длину волны, то это значит, что аналогичное биологическое действие может быть обеспечено как лазерными, так и некогерентными источниками (прежде всего, светодиодами) при условии совпадения указанных характеристик.

Спектральный диапазон, в котором работают лазерные терапевтические аппараты, соответствует «окну прозрачности» биотканей (600-1200 нм) и находится далеко от характерных полос электронного поглощения всех известных хромофоров организма (исключение - пигменты глаза, поглощающие на линиях 633 и 660 нм). Следовательно, ни о какой значительной поглощенной энергии не может быть и речи.

Тем не менее, под действием НОИ наблюдается целый ряд клинических эффектов, которые в течение длительного времени служат основой НИЛТ. Если попытаться обобщить все эти эффекты, то можно сформулировать неспецифическое интегральное действие на клеточном уровне: лазерное излучение воздействует на функциональную активность клеток. При этом оно не меняет самой функции, но может усиливать ее интенсивность. Т.е., эритроцит как пролезал через капилляры, отдавая через свою оболочку и стенки капилляров кислород, так и продолжает этот делать, но он после облучения может это делать лучше. Фагоцит как отлавливал и уничтожал болезнетворных гостей, так и продолжает это делать, но уже с другой скоростью . Иначе говоря, под действием НОИ изменяется скорость процессов клеточного метаболизма. На физико-химическом языке это означает, что потенциальные барьеры ключевых биологических реакций меняют свою высоту и ширину. В частности, НОИ может сильно повлиять на мембранный потенциал. С ростом напряженности поля мембраны активационные барьеры ферментативных реакций, завязанных на мембранный транспорт, снижаются, обеспечивая тем самым экспоненциальный рост скорости ферментативных реакций.

Ключевым понятием при рассмотрении действия НОИ является спектр биологического действия (СБД) . Определение СБД уже давалось в курсе ОВФПБО. Ввиду важности вспомним его еще раз.

Если в результате поглощения света возникает некоторый новый продукт, то временная зависимость концентрации этого продукта c(t) подчиняется уравнению:

(21.1)

где η - квантовая эффективность, σ - сечение поглощения света в пересчете на единичный квант, Ι(t) - интенсивность падающего света, ħω - энергияпоглощаемого фотона.

Очевидно, означает число поглощенных фотонов. Если ввести в рассмотрение функцию , имеющую смысл скорости продукции биомолекул данного вида в пересчете на один фотон с длиной волны λ, то она и является количественным выражением СБД. Качественно же СБД определяется как зависимость относительной эффективности изучаемого фотобиологического эффекта от длины волны. СБД, тем самым, есть та часть спектра поглощения, которая отвечает за определенный фотобиологический эффект. На молекулярном уровне можно рассматривать СБД в пересчете на единичный квант. Но СБД интересен тем, что его можно рассматривать на любом системном уровне. В самом деле, все излучение, поглощаемое биообъектом, формирует его спектр поглощения (СП). Но спектр биологического действия формируется только теми молекулами, которые инициируют данный эффект. Поэтому естественно называть молекулы, ответственные за СБД, дифференциальными молекулами (в отличие от фоновых молекул, ответственных за весь СП). Часто СБД рассматривается как аддитивная часть СП. Но такое рассмотрение можно признать корректным только в том случае, когда имеется рецепт выделения СБД из СП (подобно тому, как выделяется при сильном зашумлении сигнал из шума за счет различия корреляционных функций). Если же шум носит модуляционный характер, т.е. присутствует не как прибавляемая к сигналу величина, а как множитель , так что амплитуда шума растет при росте сигнала, то выделение полезной информации резко осложняется. Аддитивность СБД по отношению к СП можно рассматривать только в случае линейности взаимодействия лазерного излучения с биосредой, или при заведомо пренебрежимо малом взаимодействии дифференциальных молекул друг с другом. Это в очень многих случаях не представляется очевидным, поскольку, как правило, всякий фотобиологический эффект носит пороговый характер, т.е. проявляет нелинейность. Поэтому для регистрации СБД необходим методический копромисс, включающий переход с одного системного уровня на другой. Именно,

1) подбор стандартного и, по возможности, хорошо изученного биообъекта со стабильными и воспроизводимыми характеристиками;

2) выбор параметра Р, характеризующего биообъект на более высоком (в данном случае клеточном) уровне, с тем, чтобы Р был линейно связан с вероятностью микрособытия (первичного акта возбуждения биомолекулы), т.е. его измерение не вносило бы возмущений в клетку и позволяло бы реализовывать приемлемую точность;

3) наличие источника излучения, перестраиваемого в заданном диапазоне спектра с достаточной монохроматичностью и заданной интенсивностью, обеспечивающей достижение требуемого эффекта.

Одновременное обеспечение этих условий представляет большие практические затруднения. Поэтому приводимые в литературе сведения об измерении СБД почти все несостоятельны с методической точки зрения. Исключение составляют работы, проводимые в ФИАН (С.Д. Захаров с сотр.) совместно с Онкологическим центром РАМН им. Н.Н. Блохина (А.В. Иванов с сотр.).

Исследование спектров биологического действия - это путь от неспецифического действия света к специфическому. Основной «камень преткновения» при поиске первичного фотоакцептора («проблема первичного фотоакцептора») - это отсутствие заметного поглощения НОИ для всех используемых в фототерапии длин волн. Поэтому в рамках традиционной фотобиологии лазерные биостимуляционные эффекты не находят удовлетворительного объяснения. Что же до «нетрадиционной» фотобиологии, то здесь на первый план выдвигается вода (внутриклеточная, внутритканевая и т.д.) как универсальный неспецифический фотоакцептор, предполагающий наличие первичных фотофизических процессов. Такая концепция предполагает, что первичным фотоакцептором (на молекулярном уровне) является растворенный молекулярный кислород, который при поглощении кванта света переходит в синглетное состояние. Тем самым специфичность на молекулярном уровне сочетается с неспецифичностью на последующих уровнях системной иерархии. Переход 3 О 2 → 1 О 2 происходит на длинах волн 1270, 1060, 760, 633, 570, 480 нм, причем для изолированной молекулы О 2 этот переход запрещен. Однако в водной среде образование синглетного кислорода возможно, и это прежде всего проявляется в спектре возбуждения клеточной реакции эритроцитов (как изменение упругости мембраны). Максимум этого эффекта соответствует 1270-1260 нм (полоса поглощения молекулярного кислорода), а форма спектра детально совпадает с линией перехода из основного в первое возбужденное состояние молекулярного кислорода (3 Σ g → 1 Δ g).

Синглетный кислород играет ключевую роль практически во всех процессах клеточного метаболизма, причем для изменения характера ферментативных реакций требуется очень малое изменение концентрации 1 О 2 (в пределах порядка). Эксперименты последних лет (в частности, Г. Клима ) показали, что скорость клеточного роста для важнейших клеточных культур (лейкоциты, лимфоциты, фибробласты, злокачественные клетки и др.) существенно изменяется в зависимости от плотности энергии (в пределах от 10 до 500 Дж/см 2), режима и длины волны падающего излучения. Переход с молекулярного уровня на клеточный осуществляется через изменение структуры водной матрицы. Тушение синглетного кислорода может происходить, как известно, либо химическим, либо физическим путем. В отсутствие сенсибилизаторов (см. ниже, гл. 24) можно считать, что преобладает физическое тушение (в клетках хорошо развита защита от химического тушения). При физической дезактивации молекул 1 О 2 на колебательные подуровни окружающих молекул передается энергия порядка 1 эВ. Этой энергии достаточно для разрыва водородных связей, создания ионных или ориентационных эффектов. Средняя колебательная энергия на степень свободы при физиологической температуре (~ 310 К) составляет ~ 0,01 эВ, поэтому локальное высвобождение энергии 1 эВ приводит к сильному возмущению структуры ближнего окружения растворенной молекулы 1 О 2 .Если предположить, что среда в пределах молекулярных масштабов расстояний подчиняется законам теплопроводности (что, вообще говоря, неверно!), то в результате решения уравнения для сферически симметричного случая получаем:

где Q - мгновенно высвобождаемая в начальный момент энергия, D - коэффициент теплопроводности, H - теплоемкость, ρ - плотность вещества. Если подставить сюда данные для воды и принять Q = 1 эВ, то за время порядка 10 -11 с выделение такой энергии приведет к разогреву до 100 0 С области диаметром ~10Å (10 -7 см). Эта оценка, заведомо неправомерная на малых расстояниях, может рассматриваться как нижний предел пространственно-временного масштаба для своеобразного микрогидравлического удара. В термодинамически устойчивом состоянии единичное возмущение на расстояниях ~10 -7 см не может играть заметной роли и должно с гарантией разрушаться тепловыми флуктуациями. Однако биожидкости нельзя, вообще говоря, рассматривать как термодинамически равновесные структуры. Для моделирования процессов в биожидкостях следует использовать метастабильное состояние растворов биомолекул, возникающее в начальных фазах процесса растворения. Особенность таких метастабильных состояний - высокая чувствительность к локальным возмущениям.

Оценим объем сферы возмущения, не прибегая к уравнению теплопроводности. Полагая, что средняя колебательная энергия на одну молекулу водной матрицы составляет 0,01 эВ, получим, что энергия дезактивации 1 О 2 в 1 эВ равномерно распределяется между 100 молекулами воды. Внутриклеточная или внутритканевая вода представляют собой структуры, близкие к жидкому кристаллу (одномерный дальний порядок), с расстоянием между молекулами ~ 2,7 Å. При «сворачивании» таких частиц в шаровой слой 100 молекул как раз помещаются внутри сферы радиусом ~ 10 Å., что качественно совпадает с «антиоценкой» по теплопроводности.

Изменение структуры водной матрицы должно отражаться в изменении показателя преломления раствора биожидкости, что наблюдалось экспериментально при облучении растворов биожидкостей излучением Не-Nе лазера (λ = 632,8 нм).

Отметим, что динамические возбуждения жидкокристаллической воды могут при определенных условиях приводить к возникновению коллективных динамических состояний (аналогично превышению порога генерации в лазере, где обозначается лавинообразное возрастание преобладания индуцированного излучения). Иначе говоря, динамика воды становится когерентной , так что структура жидкости в объеме некоторого кластера становится доминирующей во всем объеме раствора. По проведенным оценкам, в 1 см 3 воды находится в среднем 10 16 -10 17 кластеров, из которых только в 10 10 -10 11 возникают молекулы фотовозбужденного синглетного кислорода (~ 10 -6 от общего числа). При релаксации этих кластеров формируются зародыши новой структурной фазы. Синергетика при росте зародышей дает изменение Δn 0 , в 10 6 раз большее, чем соответствовало бы переориентации отдельного кластера. Это как раз наблюдалось экспериментально (С.Д. Захаров с сотр., 1989 ): поглощение света от лазера в пределах 10 -2 -10 -9 Дж вызывало такое изменение показателя преломления плазмы крови, которое соответствовало бы «охлаждению» всего объема среды на ~ 6 Дж (!). После Захарова аналогичные по характеру зависимости наблюдались в растворах белков, липидов, гликопротеинов и др. Общим для всех этих веществ ингредиентом является вода, а это косвенно подтверждает тот вывод, что вода является универсальным неспецифическим акцептором для всех видов электромагнитных излучений, «специфическим» акцептором для которого является растворенный газ из воздуха (О 2 , N 2 , CO 2 , NO и др.). Тем самым первичные процессы с участием газов воздуха («дыхательная цепь») приводят к вторичным процессам, связанным с переориентацией водной матрицы.

Вторичные процессы иначе называют темновыми, имея в виду то, что многие реакции на клеточном уровне, вызванные облучением, происходят достаточно долго после прекращения облучения. Например, синтез ДНК и РНК после 10-секундного облучения наблюдается через 1,5 часа. Обилие возможных вторичных механизмов на сегодня не дает построить более-менее убедительный «мостик» между клеточным и тканевым уровнем, подобный «когерентности» ориентации водной матрицы. Тем не менее, накопление данных говорит в пользу преобладания окислительно-восстановительных процессов.

При анализе процессов на тканевом уровне на первый план выходят характеристики падающего излучения (не только длина волны и доза, но когерентность, поляризация, пространственное распределение мощности). Особенные споры вызывает роль когерентности.

В пользу необходимости учета когерентности говорит то, что при рассеянии лазерного излучения от биообъекта всегда наблюдается спекл-структура, несущая информацию об объекте (подробнее см. ниже, гл. 27) и позволяющая добиваться при определенных условиях терапевтического эффекта. Спекл-структура наблюдается только при достаточно высокой степени когерентности падающего излучения. Значит, пренебрегать когерентностью нельзя, тем более, что для различных типов лазерных источников степень когерентности может различаться достаточно сильно (см. рис. 21.2, где спектральная плотность для неон-гелиевого лазера многократно превосходит таковую для полупроводникового лазера из-за более высокой монохроматичности; но монохроматичность - прямое следствие временной когерентности).

Противники учета когерентности приводят в свою пользу тот факт, что когерентность практически сразу разрушается при взаимодействии лазерного излучения с оптически анизотропными биотканями. Многочисленные эксперименты на клеточном и субклеточном уровнях показывают, что аналогичные эффекты наблюдаются как при использовании лазера, так и некогерентных источников (лампы накаливания, снабженной светофильтром).

По-видимому, истина, как это обычно бывает, спрятана где-то между полярными точками зрения. В процессе переизлучения внутри ткани когерентность, действительно, разрушается. Но при этом формируются зоны с высокой степенью пространственной неоднородности излучения. Степень возникающей пространственной неоднородности прямо связана со степенью когерентности падающего излучения. Высокая плотность мощности вызывает локальные нелинейные эффекты на уровне первичных процессов. На клеточном уровне эта нелинейность неминуемо вызовет соответствующую неспецифическую реакцию. Тем самым:

1) биоткань воздействует на излучение, разрушая когерентность;

2) излучение воздействует на биоткань, меняя ее характеристики в соответствии со степенью когерентности падающего излучения.

Итак, когерентность не исчезает в тканях бесследно, но дает начало каскаду процессов, от которых зависит эффект на тканевом уровне. Детальное изучение пространственных и временных характеристик этих процессов позволит однозначно установить роль когерентности в конкретных случаях (см. литературу к Л. 27).

Дозовая зависимость эффекта на тканевом уровне также может принимать специфический характер. Выделяют три дозовых порога:

1) минимальная доза, вызывающая изменения на клеточном уровне;

2) оптимальная доза, вызывающая а) усиление морфообразовательных процессов, б) ускорение пролиферации, в) дифференциацию клеток;

3) предельная доза, при которой стимуляция сменяется угнетением пролиферационной активности.

Количественное выражение дозовых порогов зависит от многих параметров (характеристик лазера, функционального состояния ткани, общего состояния организма). В целом легко установить системную связь между сложностью выяснения механизмов и уровнем организации, на котором мы желаем устанавливать какие-либо закономерности: чем выше поднимаемся по иерархии, тем заметнее роль эмпирики. Выделение первичного фотоакцептора на молекулярном уровне позволяет построить, хоть и с немалыми трудностями, картину вторичных эффектов на субклеточном и клеточном уровнях. Переход с клеточного на тканевый уровень уже гораздо сложнее, поэтому рекомендации к выбору дозы уже звучат не на уровне записи решений тех или иных уравнений, а на уровне словесного описания возможных процессов. Переход с тканевого на организменный уровень и вообще грешит значительной долей шаманства: делай, как я говорю, иначе будет плохо. Но, чтобы, с одной стороны, не уподобляться первобытным священнослужителям, а с другой - не строить из себя глубокомысленного теоретика, всю жизнь рассчитывающего не то, что нужно для практики, а то, что ему самому нравится, попробуем обобщить задачу на надорганизменный уровень.

Все живые системы являются открытыми неравновесными системами, работающими на балансе вещества и энергии при обмене с окружающей средой. Живая система постоянно самооорганизуется, т.е. снижает свою энтропию. Интенсивность снижения энтропии прямо связана с количеством поступающей в систему информации. С этой точки зрения низкоинтенсивное оптическое излучение выступает в роли внешнего сигнала (информация), который скачком переводит триггер (энергоинформационное состояние патологического очага с преобладанием энтропии) из одного стационарного состояния в другое. Перевод организма как системы из одного состояния в другое неразрывно связан с биоритмами. Диапазон биоритмов простирается от 10 - 15 с (время одного периода световой волны, имеющее тот же порядок, что и время молекулярных электронных переходов) до ~ 7·10 10 с (средняя продолжительность жизни), составляя, тем самым, около 10 25 Гц по шкале частот. Задача оптимизации воздействия на организменном уровне - привести воздействие в соответствие с биоритмами.

Касательно низкочастотных биоритмов, измеряемых днями, неделями, месяцами, годами, оптимизация воздействия означает проведение сеансов облучения в те моменты, когда это способствует упорядочению естественных процессов и сбою патологических, являющих собой увеличение энтропии организма как системы. Например, лечение хронических заболеваний, обостряющихся в соответствии с сезонами (весна, осень) предписывает проведение курсов НИЛТ в начале соответствующего сезона, еще до того, как начинается очередное обострение болезни. Практика показывает, что эффективность лечения при этом повышается, причем это относится не только к собственно фототерапии, но и к сопутствующим медикаментозным и другим методикам лечения. Предупреждение отдаленных последствий радикального лечения также рекомендует периодическое повторение курсов НИЛТ в соответствии с временными характеристиками патологических процессов (подробнее см. Л.23). Иногда такой подход к НИЛТ на организменном и надорганизменном уровне называют хронобиологическим.

Применительно к высокочастотным биоритмам (в пределах одного сеанса облучения) можно отметить следующие особенности лазерной терапии.

Высокая собственная частота воздействующего электромагнитного излучения, соответствующая периодическим процессам в биомолекулах на уровне электронных переходов, предоставляет богатейшие возможности для модуляции воздействия. Кроме того, возможно формирование информационного блока воздействия с чрезвычайно большой емкостью. В рамках такого блока возможно создание многочастотного воздействия с заданным спектром частот модуляции. Наконец, что особенно важно с системной точки зрения, возможно введение биосинхронизации в само воздействие за счет обратной связи через биообъект.

Организм как целое имеет более низкие частоты биоритмов (доли герц), его системы и органы - более высокие (единицы и десятки герц). Спектр биоритмов носит индивидуальный характер и может рассматриваться как колебательный «портрет» конкретной личности. Многочастотное биосинхронизованное лазерное воздействие может исключительно эффективно управлять всеми реакциями организма, в том числе и защитными реакциями на внешние неблагоприятные воздействия самой различной природы.

Литература к лекции 21.

1. Действие электромагнитного излучения на биологические объекты и лазерная медицина. Сб. под ред акад. В.И. Ильичева. - Владивосток: ДВО АН СССР, 1989, 236 с.

2. В.М. Чудновский, Г.Н. Леонова, С.А. Скопинов с сотр. Биологические модели и физические механизмы лазерной терапии. - Владивосток: Дальнаука, 2002, 157 с.

1. Физические характеристики действия лазерного света

Лазерная терапия относится к одной из наиболее быстро развивающихся отраслей медицины и ветеринарии и широко применяется в лечении дистрофических и травматических повреждений опорно-двигательной системы. Для терапевтических целей в основном используют низкоинтенсивное лазерное излучение (НИЛИ) с длиной волны 0,632 мкм и 0,830-0,888 мкм (красной и инфракрасной оптической области спектра электромагнитных волн), которое дают гелий-неоновые и углекислотные лазеры.

Механизмы действия НИЛИ.

В настоящее время существует ряд гипотез относительно механизмов действия НИЛИ на биологические объекты, которые по предлагаемому уровню воздействия света можно разделить условно на три группы: биофизический, физический и биохимический, а также уровень молекулярно-структурных изменений клеточных мембран.

Гипотеза биофизического уровня воздействия связывает биологическое действие НИЛИ с взаимодействием электромагнитных волн с электрическими полями клеток. Согласно общепринятой теории, фотоэффект обусловливается первичным поглощением кванта света молекулой-акцептором и переходом её в возбужденное состояние. При этом возникает разность потенциалов между участками облучаемого объекта, а возникающая фотоэлектродвижущая сила активизирует физиологические процессы.

Гипотеза физического и биохимического уровня воздействия НИЛИ подразумевает, что механизм действия связан, в первую очередь, с фотоакцепцией ферментами, либо веществами, имеющими в составе ионы металла. В клетках животных к таким веществам относят каталазу, цитохромоксидазный комплекс, церулоплазмин, порфирины, гемоглобин и др. Возможным механизмом действия НИЛИ может явиться реактивация ферментов дыхательной цепи (цитохром-с-оксидазы, НАДН-дигидрогиназы), приводящая к восстановлению потока электронов, формированию трансмембранного потенциала, что в конечном счете отражается на клеточном метаболизме и обусловливает повышение антиоксидантной активности организма. Физико-биомеханическая теория, не исключает и конформационных преобразований макромолекул мембран. В результате их структурно-функциональных перестроек создается физико-химическая основа для формирования неспецифических адаптационных реакций клеток, что стимулирует биоэнергетические и биосинтетические процессы в организме. В связи с этим, гипотезы третьей группы, которые основаны на оценке молеку-лярно-структурных изменений клеточных мембран под действием лазерных излучений, тесно связаны с гипотезами, относящимися ко второй группе. В настоящее время дискутируется два механизма возможности лазерного воздействия на плазматическую мембрану -механизм акцепции или рецепции квантов света. Мы считаем, что в целом, воздействие НИЛИ на клеточную мембрану выступает как пусковой фактор каскада молекулярных и морфологических провесов. В клетке активизируется биосинтез нуклеиновых кислот и белков, окислительно-восстановительные реакции, ферментные системы, увеличивается энергетический потенциал, стимулируется биогенез мембранных органелл, повышается разность заряда на клеточных мембранах. Действие НИЛИ также может сопровождаться гиперплазией внутриклеточных органелл, имитирующих функции этих клеток.

Сложные внутриклеточные преобразования невозможны без участия генетического аппарата клетки. В настоящее время экспериментально доказано, что НИЛИ влияет на генетический аппарат клетки без грубых структурных нарушений хромосом (мутаций) путём модификаций отдельных генов, т.е. действие НИЛИ на клеточный геном носит модифицирующий характер, проявляющийся активацией или ингибированием отдельных генных локусов и не приводящий к появлению нарушений в молекуле ДНК.

Основные физические процессы, происходящие в коже, слизистых и других тканях при поглощении световой энергии, сводятся к проявлению внутреннего фотоэффекта, электрической диссоциации молекул и различных комплексов.

2. Биологические аспекты действия лазерного излучения

Разнообразные биологические эффекты, проявляющиеся при действии НИЛИ на молекулярном, клеточном, тканевом, органном и организменном уровнях обуславливают также широкий диапазон медицинских эффектов: противоотечным, противовоспалительным,

аналгезирующим, денсибилизирующим, гипохолестеринонемическим, бактерицидным, бактериостатическим, иммуномоделирую-щим и др. (Петраков К.А., Тимофеев СВ. 1994 г.).

Как показывает практика, недостаточная экспериментально-теоретическая обоснованность способов лазеротерапии имеет в отдельных случаях, наряду с положительным эффектом, и отрада-тельное побочное действие. Для получения прогнозируемого клинического эффекта лазеротерапии необходимо учитывать отдельные результаты лечения. Зачастую следует остановить свой выбор на более безопасном и простом способе лазеротерапии, действие которого хорошо изучено и подтверждено экспериментальными исследованиями^ Тимофеев СВ., 2000 г.).

Противовоспалительное действие проявляется в:

— активизации микроциркуляции;

— изменении уровня простагландинов;

— выравнивании осмотического давления;

— снижении отечности тканей. Аналгезирующее действие проявляется в:

— повышении уровня эндорфинов;

— активизации метаболизма невронов;

— повышении порога болевой чувствительности.

В настоящее время существует множество способов и вариантов в проведении лазеротерапии, что создаёт определённые трудности при выборе и рациональной комбинации с другими методами лечения.

Способы проведения лазеротерапии разделяют в зависимости:

От мощности излучения: высокоинтенсивное и низкоинтенсивное (терапевтическое);

От точек приложения (непосредственное воздействие на органы и ткани, фотодинамическая терапия, применение облученных инфузионных жидкостей и медикаментов);

От способа доставки лазерного излучения к тканям и органам пациентов (дистанционный, контактный, через жидкую среду);

В комбинации с другими физиотерапевтическими факторами (магнитотерапией, ультразвуком и др.);

Прочее (лазерный пластырь, лазерные таблетки).

Нами доказано, что выраженность биоэффектов под влиянием НИЛИ гораздо больше зависит от точек приложения, чем от способа

доставки НИЛИ. Для лечения патологии опорно-двигательной системы и травматических повреждений широко используется красное и инфракрасное излучение.

3. Методика лазерной терапии у животных больных остеоартрозом

Поскольку остеоартроз — заболевание, сопровождающееся дистрофическими изменениями суставного хряща в эпифизах сочленяющихся костей, основной задачей лазерной терапии должно быть обезболивание, усиление трофики и оксигенации тканей пораженных суставов за счет активизации макроциркуляции, а также стимуляция восстановительных процессов, позволяющих нормализовать функцию сустава. При применении сканирующего инфракрасного лазерного излучения на область крупных суставов у животных, страдающих коксартрозом, гонортрозом, артрозом суставов конечностей отмечается снижение болевого синдрома и увеличение объема движения в пораженном суставе.

В настоящее время не существует единой, общепринятой, методики лечения остеоартроза лазерным излучением. До сих пор нет единого мнения в выборе оптимального режима облучения (мощности излучения, плотности потока излучения, экспозиции, количества и регулярности сеансов). Отличия в методах лечения остеоартроза при помощи лазерной терапии, описанные в доступной литературе, объясняются использованием разных типов лазерных аппаратов, наличием у больных животных сопутствующих заболеваний и, наконец, собственными клинико-теоретическими соображениями лечащих врачей. В основном лазерная терапия применяется как самостоятельный лечебный фактор, но мы получили положительные экспериментальные и клинические данные о сочетании лазеротерапии с другими физиотерапевтическими факторами, в частности с магнитотерапией и ультразвуком при лечении животных больных остеоартрозом.

При использовании лазерной терапии в лечении остеоартрозов надо учитывать тот факт, что лазерный свет воздействует на суставной хрящ и синовиальную мембрану — основной материальный субстрат, на котором манифестируют деструктивно-дистрофический и воспалительный процессы в суставе.

— Действие лазера на коленный сустав в условиях травматического повреждения стимулирует биосинтез хондроцитами макромолекул матрикса. Облучаются болевые зоны в области суставов методом медленного сканирования (мощность излучения 4 мВт, длительность сеанса 5-8 мин, количество процедур 8-12).

— Лазерная терапия животных больных остеоартрозом конечностей может проводиться методом точечной акупунктуры лазером красного спектра. Облучается 6 или 10 точек в проекции суставной щели (на каждую точку 2 мин, суммарное время — не более 20 мин). Возможно проведение комбинированного облучения лазером синей и красной области спектров, а также поочередное раздельное воздействие лазером синей области спектра (Д=441,6 нм), а затем красной (Д = 632,8 нм) по 10 мин (6 точек в области патологического очага, а 4 точки — проекция на иммунокомпетентные органы).

— При патологии тазобедренного сустава наряду с лазеротерапией (длина волны 0,6328 мкм, мощность 120 мВт/см") при воздействии на рефлексогенные параартикулярные зоны (суммарная экспозиция 25-30 мин, длительность курса 20 дней), возможно применение импульсной магнитотерапии. Сочетание данных методов может быть использовано при лечении больных остеоартрозом с сопутствующими заболеваниями: глаукомой, ишемической болезнью сердца и пневмосклерозом.

Необходимо учитывать, что действие гелий-неонового лазера «ГНЛ» (длина волны 0,63 мкм, режим 0,5 мВт/см2 с экспозицией’ 10 мин и 15 мВт/см2, с экспозицией 2 мин) на растущую костную ткань у мелких домашних животных разного возраста неоднозначно. Так, у молодых животных возможно снижение темпов аппозиционного роста, у половозрелых и старых — усиление данного процесса.

Расчет дозировок лазерного излучения

Артриты, артрозы

Облучаемая зона должна быть освобождена от каких-либо повязок, шерстный покров должен быть чистым. При лечении облучающую головку устанавливают или медленно перемещают над поверхностью тела животного. Между головкой излучателя и обрабатываемой поверхностью поддерживают зазор 0,3-1,5 см. Рекомендуется использовать магнитную насадку. Перед каждой процедурой и после нее необходимо протереть рабочую поверхность излучателя (или насадки) тампоном, смоченным 70%-ным спиртом или другим антисептическим раствором.

5. Меры безопасности при работе с лазерами Запрещается:

— допускать к работе с лазерными аппаратами неподготовленных лиц;

— разбирать блоки питания;

— оставлять аппарат включенным без присмотра;

— направлять излучатель в область глаза или на зеркальную поверхность;

— использовать аппарат с механическими повреждениями. Рекомендуется:

— при работе с аппаратом пользоваться защитными очками с сине-зелеными стеклами;

— включать излучение только после установки излучателя на пораженную область тела животного.

Противопоказания:

— заболевания крови с преимущественным поражением свертывающей системы (гемофилия),

— декомпенсированные состояния сердечно-сосудистой системы,

— несостоятельность адаптивной системы (отсутствие адекватного ответа на энергетическое воздействие), глубокий склероз, тяжелые декомпесации в сосудистой системе.

Широкий диапазон спектров излучения и вариабильность энергетического потока, как в количественном, так и резонансном отношении до минимума сводит перечень противопоказаний.

Практические навыки работы с аппаратом, точность дозирования позволяют применять лазеротерапию в самых критических состояниях, как единственный, еще возможный метод лечения — энергетической поддержки. Существование противопоказаний не всегда является подтверждением запрета использования метода вследствие отрицательного его влияния, нередко противопоказания созданы в силу отсутствия опыта применения данного фактора у аналогичной группы больных. Энергетическая поддержка жизнеобеспечения ни у одной группы больных по существу не может явиться отрицательной. Все дело в дозе подводимой энергии и способности организма ее использовать. Только знание механизма действия различных спектров излучения, постоянный опыт работы с лазерными излучателями обеспечит эффективность применения и безопасность для больного животного.