Сетевое издание
Международный студенческий научный вестник
ISSN 2409-529X

ВЛИЯНИЕ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА БИОЛОГИЧЕСКИЙ ОРГАНИЗМ

Супрунов В.В. 1, 1 Евсюкова А.И. 1 Кузнецов З.Л. 1
1 Кубанский государственный университет
Лечебные воздействия на биологический организм оптическим излучением используются на протяжении многих веков. Гелиотерапия, или лечение солнечным светом, широко применяется для лечения различных нарушений на коже, для лечения и профилактики рахита, для паллиативного лечения туберкулеза легких. За метод лечения туберкулеза кожи с помощью ультрафиолетового света в 1903 году присуждена Нобелевская премия. Хотя солнечный свет всегда считался полезным, до изобретения лазера в фотомедицине использовалась, в основном, его ультрафиолетовая компонента. С появлением лазера применение света в медицине существенно расширилось. На основе его были созданы хирургические инструменты, которые широко применяются для удаления ткани испарением, для бескровного разреза в зонах с обильным кровоснабжением, в качестве коагуляторов при массивных поражениях ткани, а также при сосудистых и пигментных поражениях, в офтальмологии, для рассечения помутневших мембран, при операциях по поводу отслоения сетчатки .
лазерное излучение
медицина
биологический организм
денатурация белка
закон арндта-шульца
1. Филипов А.С. Лазеры в медицине: типы и применение // Tiara medical . Медицинское оборудование. 2021, июль. [ Электронный ресурс ].URL : https: www.tiaramed.ru/advice/lazery -v-meditsine-tipy--primenenie/
2. Новые технологии в хирургии и терапии роговицы на основе применения рибофлавина и субабляционных режимов излучения эксимерного лазера «Микроскан Визум». Современные технологии в офтальмологии. 2019; 5: 287–291.
3. Минаев В.П. Развитие лазерных медицинских технологий // Фотоника, №2, 2010, с. 50-53
4. Гейниц А. В. Елисова Т. Г. Лазеры в хирургическом лечении геморроя. Лазерная медицина. 2009; 1: 31–35
5. Крушевский Ю. А. Практические рекомендации по защите от электромагнитного излучения. — М., 2004.
6. Савицкая Я. А. Сборник материалов региональной научно-практической конференции Геотехнологии и охрана труда в горной промышленности / Я. А. Савицкая, В. В. Паслен. — Красноармейск, 2008.

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: 27.05.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674