С развитием лазерной техники появились новые направления их использования, основанные на воздействии на биологическую ткань низкоэнергетическими излучениями [1]. Под ними понимают излучения, которые существенно не изменяют температуру объекта, являющегося целью воздействия. Под влиянием низкоэнергетического лазерного воздействия: уменьшаются страдания от хронических болей; улучшается приживаемость кожных лоскутов, снижаются боли при ревматоидном артрите и невралгии троичного нерва; стимулируется кровоснабжение костного мозга и надкостницы, что приводит к улучшению снабжения костей кальцием при остеопорозе; восстанавливаются ощущения при лечениях ранних случаев паралича; уменьшаются боли при переломах, ушибах ; уменьшаются неприятные ощущения при простатитер.
Лазерная энергия используется и при некоторых нетермических манипуляциях. Так для лечения предраковых и раковых поражений больному вводится фоточувствительный препарат (производная гематопорфирина). Через 48-72 часа она выводится естественным путем из здоровых клеток, но остается в раковых и предраковых. При облучении подозреваемых зон низкоэнергетическим красным лазерным светом, пораженная биоткань начинает светиться . Благодаря этому удается четко определить ее границы. При облучении более мощным лазером в клетках возникает специфическая реакция [2]. Полагают, что при этом продуцируется синглетный кислород, который вызывает гибель клеток. При этом погибают только патологические клетки. На окружающую здоровую ткань этот эффект не распространяется.
В зависимости от уровня световой энергии, воздействующей на биологический организм, можно условно выделить несколько реакций:
денатурация белка (самая слабая реакция при нагреве от 40 ° С и далее) ;
коагуляция (при нагреве от 68 ° С);
испарение (при нагреве от 100 ° С);
карбонизация (при значительной температуре от 120 ° С) .
Денатуризация белка - реакция обратимая. Белок восстанавливается сразу же, как только фототермический стимул прекращается. Остальные процессы необратимы и вызывают деструктивные изменения свойств биоткани.
Реакцию на низкоэнергетическое лазерное излучение, при котором происходит денатурация белка, называют фотобиоактивацией. При этом пораженная зона облучается лазерным излучением с мощностью в милливатты. Изменение температуры в зоне облучения незначительно (на уровне 1 ° С). Реакцией на такое воздействие является: уменьшение болей, улучшение приживляемости трансплантантов и лоскутов, ускорение заживления ран ) [3].
Представление о денатурации белка
Вся соединительная ткань в организме состоит из коллагена. Коллаген - это сложная белковая субстанция, состоящая, в основном, из тройной Х-спиральной пептидной цепи. Цепи переплетаются и соединяются с другими цепями с помощью гидрогенных связей, которые чувствительны к теплу . При температуре выше 40°С коллагеновые и индивидуальные фибриловые связи разрушаются. Коллаген денатурирует или плавится, превращаясь в свою первоначальную желатиновую форму. Причем на этой стадии часть связей сохраняется и присутствует наряду с частично разрушенными. При снижении температуры ниже 40°С эти связи вновь соединяются, но не обязательно с их предыдущим партнером. Поэтому может наблюдаться некоторое переустройство матрикса из коллагеновых волокон.
При температурах больше 55 ° С возникает деградация белка. Она характеризуется тем, что все оставшиеся жизнеспособными при денатурации гидрогенные связи разрушаются. При этом вся структура матрикса претерпевает коллапс. Основная жидкость разрушенных связей инфильтрируется в индивидуальные волоконные пучки. При снижении температуры матрикс полностью не восстанавливается. Происходит повреждение клетки и наблюдаются фотодеструктивные изменения.
При температуре большей 63°С наблюдается коагуляция. Нормальная неровная структура целлюлярной массы и коллагеновой матрицы исчезает. Вместо них появляется ровная плотная масса. В эпидермальных и дермальных клетках ядер обнаруживаются изменения.
При температуре большей 90 ° С меж- и внутрицеллюлярная жидкость начинает закипать. Образуются маленькие пузырьки.
При 100 ° С жидкость мгновенно испаряется. Под действием пара в ткани давление в ней резко повышается. Она буквально взрывается и расходится. При этом частицы ткани выбрасываются вместе с паром ) [4].
При испарении тепло передается в близлежащие ткани, вызывая коагуляционный некроз в ближних и денатурацию - в более отдаленных тканях.
Если температура больше 120 ° С , наблюдается процесс карбонизации - обугливания тканей.
Закон Арндта-Шульца.
В биологии считается справедливым закон Арндта-Шульца, который гласит следующее: в биологической системе слабые стимулы дают сильные ответные реакции, средние - умеренные реакции, умеренно-сильные слегка затормозят систему, а очень сильные полностью остановят ее. Ориентируясь на него, выбирают уровень воздействия на биологическую ткань.
Физические явления при облучении лазерным излучением биологического организма могут быть объяснены следующим образом. В соответствии со вторым законом фотобиологии, который носит название закона Эйнштейна-Старка, каждый поглощенный фотон образует возбужденную частицу, например, атом, молекулу или свободный радикал. Возбуждение есть первичная реакция на лазерное воздействие. Возвращение к исходному состоянию может происходить разными путями. Энергия может рассеяться в форме тепла без какой-либо фотохимической реакции. Это явление используется в лазерных устройствах, которые испаряют биоткань, или с помощью которых проводится коагуляция ) [5].
Энергия может рассеяться в форме ответного свечения с более длинной длиной волны.
Кроме этого энергия может передаваться к соседним невозбужденным частицам, вызывая их реакцию, которая по существу, является фотодинамической. Могут также возникнуть фотопродукты, возникающие как результат вторичных реакций.
Поэтому считают, что вслед за попаданием на биоткань лазерного луча и возникновением первичной реакции за ней следует вторичная системная реакция, которая может быть фототермической (используется при испарениях или коагуляции), фотоэлектрической, фотомагнитной, фотодинамической или фотохимической [6].
Поскольку организм представляет собой единое целое, результат воздействия продолжается очень долго после его окончания. После лазерной операции реакция организма продолжается в течение дней, недель и даже месяцев. Такая сложность и комплексность лазерной медицины делает ее очень интересной для исследования и разработки новых технологий.
Библиографическая ссылка
Супрунов В.В., Евсюкова А.И., Кузнецов З.Л. ВЛИЯНИЕ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА БИОЛОГИЧЕСКИЙ ОРГАНИЗМ // Международный студенческий научный вестник. – 2022. – № 1. ;URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=20887 (дата обращения: 25.04.2024).