Лазер и его взаимодействие с биологическими тканями

Содержание

 

Введение

       В настоящее время в большинстве  стран мира наблюдается интенсивное  внедрение лазерного излучения  в биологических исследованиях  и в практической медицине. Уникальные свойства лазерного луча открыли  широкие возможности его применения в различных областях: хирургии, терапии и диагностике. Клинические наблюдения показали эффективность лазера ультрафиолетового, видимого и инфракрасного спектров для местного применения на патологический очаг и для воздействия на весь организм.

       В России лазеры применяются в биологии и медицине уже более 30 лет. Исторически  сложилось так, что приоритет  в раскрытии механизмов и в  биологическом применении находится  в странах бывшего СССР.

       За  последние 15 лет механизмы действия во многом раскрыты и уточнены. Воздействие низкоинтенсивных лазеров приводит к быстрому стиханию острых воспалительных явлений, стимулирует репаративные (восстановительные) процессы, улучшает микроциркуляцию тканей, нормализует общий иммунитет, повышает резистентность (устойчивость) организма.

       В настоящее время доказано, что  низкоинтенсивное лазерное излучение  обладает выраженным терапевтическим  действием. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Лазер и его взаимодействие с биологическими тканями 

       Лазер или оптический квантовый генератор  — это техническое устройство, испускающее свет в узком спектральном диапазоне в виде направленного сфокусированного, высококогерентного монохроматического, поляризованного пучка электромагнитных волн.

       В зависимости от характера взаимодействия лазерного света с биологическими тканями различают три вида фотобиологических эффектов:

       1. Фотодеструктивное воздействие,  при котором тепловой, гидродинамический,  фотохимический эффекты света  вызывают деструкцию тканей. Этот  вид лазерного взаимодействия  использует в лазерной хирургии.

       2. Фотофизическое и фотохимическое  воздействие, при котором, поглощенный  биотканями свет, возбуждает в  них атомы и молекулы, вызывает  фотохимические и фотофизические  реакции. На этом виде взаимодействия  основывается применение лазерного  излучения как терапевтического.

       3. Невозмущающее воздействие, когда  биосубстанция не меняет своих  свойств, в процессе взаимодействия  со светом. Это такие эффекты,  как рассеивание, отражение и  проникновение. Этот вид используют  для диагностики (например —  лазерная спектроскопия).

       Фотобиологические эффекты зависят от параметров лазерного  излучения: длинны волны, интенсивности  потока световой энергии, времени воздействия  на биоткани.

       В лазеротерапии применяются световые потоки низкой интенсивности, не более 100 мВт/см кв., что сопоставимо с интенсивностью излучения Солнца на поверхности Земли в ясный день. Поэтому такой вид лазерного воздействия называют низкоинтенсивным лазерным излучением (НИЛИ), в англоязычной литературе Low Level Laser Therapy (LLLT).

       Одной из важных характеристик лазерного излучения является его спектральная характеристика или длинна волны. Как уже говорилось, фотобиологической активностью обладает свет в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях спектра. Фотобиологические процессы достаточно разнообразны и специфичны. Их насчитывается в настоящее время несколько десятков.

       В основе их лежат фотофизические и  фотохимические реакции, возникающие  в организме при воздействии  света. Фотофизические реакции обусловлены  преимущественно нагреванием объекта  до различной степени (в пределах 0,1 – 0,30С) и распространением тепла в биотканях. Разница температуры более выражена на биологических мембранах, что ведет к оттоку ионов Na+ и K+, раскрытию белковых каналов и увеличению транспорта молекул и ионов. Фотохимические реакции обусловлены возбуждением электронов в атомах, поглощающего свет вещества. На молекулярном уровне это выражается в виде фотоионизации вещества, его восстановления или фотоокисления, фотодиссоциации молекул, в их перестройке — фотоизомеризации.

       Уже первые исследования показали, что  лазерная радиация избирательно поглощается  содержащимися в клетках пигментными  веществами. Пигмент меланин поглощает  свет наиболее активно в фиолетовой области, порфирин и его производные  — красный, так оксигемоглобин поглощает в диапазоне 542 и 546 nm, восстановленный гемоглобин в диапазоне 556 nm, а фермент каталаза — 628 nm. Учитывая ключевую роль каталазы во многих звеньях энергообразования, можно понять широкий лечебный диапазон гелий — неонового лазера (ГНЛ) и его универсальное нормализующее воздействие на биологические процессы в организме.

       Поглощение  лазерной энергии происходит и различными молекулярными образованиями, не имеющими специфических пигментов и фотобиологических  мишеней. Вода поглощает видимый  свет и красную часть спектра. Это меняет у мембран структурную организацию водного слоя и изменяет функцию термолабильных каналов мембран.

       В биологических структурах организма  существуют собственные электромагнитные поля и свободные заряды, которые  перераспределяются под влиянием фотонов излучения ГНЛ, что ведет к прямой "энергетической подкачке" облучаемого организма.

       Первичные химические реакции сопровождаются появлением свободных радикалов, в  небольшом количестве, которые в  свою очередь запускают процессы окисления биосубстратов, имеющих цепной характер. Этот момент позволяет понять переключающий (тригеррный) механизм многократного усиления первичного эффекта НИЛИ.

       Таким образом, в основе механизма воздействия  на ткани, маломощных лазеров в видимой  и инфракрасной областях лежат процессы, происходящие на клеточном и молекулярном уровнях.

       Низкоинтенсивное  лазерное излучение стимулирует  метаболическую активность клетки. Стимуляция биосинтетических процессов может  быть одним из важных моментов, определяющих действие низкоинтенсивного излучения лазера на важнейшие функции клеток и тканей, процессы жизнедеятельности и регенерации (восстановления).

       ГНЛ приводит к увеличению содержания в  ядрах клеток человека ДНК и РНК, что свидетельствует об интенсификации процессов транскрипции (делений). Это первый этап процесса биосинтеза белков. В связи с этим возникает вопрос о запуске мутаций. Однако доказано, что частота хромосомных мутаций в клетках человека, вызванных химическими мутагентами, при воздействии ГНЛ уменьшается. ГНЛ оказывает антимутагенный эффект, активизирует синтез ДНК и ускоряет восстановительные процессы в клетках, подвергнутых потоку нейтронов или гамма радиации. Это позволяет использовать лазерное излучение в онкологии, на вредных производствах, в военной медицине, как профилактический, так и лечебный фактор в комбинации с медикаментами.

       НИЛИ  стимулирует выработку универсального источника энергии АТФ (АТР) в  митохондриях, ускоряет скорость его  образования, повышает эффективность  работы дыхательной цепи митохондрий. В то же время количество потребляемого кислорода уменьшается. Происходят перестройки в мембранах митохондрий. НИЛИ оказывает антиоксидантный эффект. Известно, что интенсивность свободнорадикального окисления в липидной фазе мембран клеток определяется соотношением насыщенных и ненасыщенных липидов, вязкостью липидной компоненты мембран, которые меняются при лазерной терапии, что отражается на структурных перестройках в мембране, ее функциональном состоянии, активности мембраносвязанных ферментов.

       Обобщая данные современных исследований, можно сказать, что НИЛИ вызывает активацию энергосвязывающих процессов в патологически измененных тканях с нарушением метаболизма, повышение активности важнейших ферментов, снижение потребления кислорода тканями с повышением (фосфорилирующей) активности митохондрий, обогащением их энергией, усиление интенсивности гликолиза (образования гликогена) в тканях и другие. Вторичные эффекты представляют собой комплекс адаптационных и компенсаторных реакций, возникающих в результате реализации первичных эффектов в тканях, органах и целостном живом организме.

       Лазерное  излучение устраняет дисбаланс  в центральной нервной системе.

       Однако  на что хочется обратить внимание, что в зависимости от дозы лазерного  излучения можно получить как  стимулирующий, так и угнетающий эффекты. Это очень важно. Эти  факты необходимо использовать при  применении лазера у ослабленных больных, в педиатрии, при хронических заболеваниях.

       Лазерная  терапия может проводиться, как  самостоятельный метод, так и  в комплексе с медикаментозным  лечением, в том числе гормональном, и с методами физиотерапии. При  этом необходимо иметь в виду, что  в процессе лечения чувствительность организма к лекарственным средствам изменяется и появляется необходимость в уменьшении обычных дозировок иногда до 50%, а в ряде случаев и отказаться от них.

Показания и противопоказания к лазеротерапии

       С учетом патогенетического механизма действия лазерного излучения на организм разработаны показания к лазеротерапии.

       1. Внутренние болезни:

       Ишемическая болезнь сердца, гипертоническая  болезнь, хронические неспецифические  заболевания легких, язвенная болезнь  желудка и двенадцатиперстной кишки, дискинезия желчных путей, колиты, хронический панкреатит, острый и хронический (безкаменные) холециститы, спаечная болезнь.

       2. Заболевания опорно-двигательного  аппарата:

       Остеохондроз  позвоночника с корешковым синдромом, воспалительные заболевания костей и суставов обменной этиологии в стадии обострения, артриты и артрозы, заболевания и травматические повреждения мышечно-связочного аппарата (миозиты, тендовагиниты, бурситы).

       3. Заболевания нервной системы:

       Невриты и невралгии периферических нервов, невралгия тройничного нерва, неврит лицевого нерва, сосудисто-мозговая недостаточность.

       4. Заболевания мочеполовой системы:

       Хронический сальпингоофорит, трубное бесплодие, хронический неспецифический простатит, уретрит, цистит, ослабление половой  функции.

       5. Заболевания ЛОР-органов:

       Хроническое воспаление придаточных пазух носа, фаринголарингиты, тонзиллиты, отиты, субатрофический и вазомоторный риниты.

       6. Хирургические заболевания:

       Послеоперационные и длительно незаживающие раны, трофические  язвы, келоидные рубцы (в подострой стадии), травмы (механические, термические, химические), остеомиелиты, трещины заднего прохода, гнойные абсцессы, маститы, сосудистые заболевания нижних конечностей.

       7. Заболевания кожных покровов:

       Зудящие дерматозы, трофические язвы различного генеза, воспалительные инфильтраты, фурункулы, экзема, нейродермиты, псориаз, атопический дерматит.

       8. Стоматологические заболевания:

       Стоматиты, гингивиты, альвеолиты, пульпиты, периодонтиты, пародонтоз, одонтогенные воспалительные процессы челюстно-лицевой области.

       Лазерной  терапии присущи черты патогенетически  обоснованного метода. При ее применении важен учет не только общего состояния  организма, специфики патологического  процесса, его клинических проявлений, стадий и формы заболеваний, но и сопутствующие заболевания, возрастные и профессиональные особенности пациента. Наиболее результативно применение лазеротерапии в функционально обратимых фазах болезни, хотя новые методики находят свое применение и при более тяжелых проявлениях патологического процесса, при выраженных морфологических изменениях.

       Допускается применение совместно с лазерной терапией и других физиотерапевтических факторов, лечебной физкультуры, массажа, не более 2-х факторов в один день. И как было сказано ранее комплексное применение лазерной терапии с медикаментозными препаратами значительно эффективнее, особенно в острых стадиях.

       Суммарная эффективность лазерной терапии  колеблется от 50 до 85 %, в отдельных  случаях до 95 %.

       Противопоказаниями  к НИЛИ являются:

       * Абсолютные противопоказания:

       - заболевания крови, снижающие  свертываемость крови;