Механизмы воздействия лазерного облучения на ткани и органы
Биофизическое действие
Красный из всего спектра видимого света характеризуется наиболее высокой эффективностью, в частности индуцирует фотосинтез и окислительное фосфорилирование, ускоряя рост и регенерацию тканей.
Он проникает в биологические ткани лучше, чем излучение других участков видимого и ультрафиолетового диапазона.
Чтобы вызвать энергетическую перестройку внутри молекулярных комплексов, органоидов клетки, органов и тканей, требуется очень небольшая энергия, порядка 125,4-167,2 Дж. Такой энергией обладают фотоны красного света.
При взаимодействии лазерного луча с живым субстратом в нем может происходить ионизация биологической молекулы, образование в тканях свободных радикалов, которыми являются молекулы, находящиеся в электронновозбужденном состоянии. Обладая значительной химической активностью, они индуцируют различные биохимические изменения в клетках и тканях.
Свет гелий-неоновых лазеров (ГНЛ) характеризуется достаточно сильной поглощающей способностью. Например, при облучении вся толща передней брюшной стенки поглощает 98,4% падающего света.
А. М. Уразаев и другие (1978) установили, что наиболее интенсивно способность поглощать энергию излучения лазера выражена в крови и хорошо васкулязированных органах.
Одна из попыток объяснения механизма биостимулирующего действия излучения ГНЛ основана на предположении о наличии в клетках и тканях собственных электромагнитных полей и свободных зарядов – биоплазмы, которая перераспределяется под влиянием фотонов излучения ГНЛ, приводя к прямой «энергетической подкачке» организма.
Существует мнение, что кровь является жидкостно-кристаллической средой, в которой свет индуцирует многообразные энергетические процессы. Монохроматический красный свет действует на кровь и органы кроветворения как прямым, так и косвенным путем. В первом случае красный свет, поглощаясь порфиринами, может вызвать снижение резистентности старых эритроцитов и их распад. В то же время косвенное действие на кроветворение происходит за счет активации деятельности эндокринных желез, прежде всего – гипофиза и щитовидной, которые имеют непосредственное отношение к регуляции функции кроветворения.
Заслуживает внимания механизм стимулирующего влияния ГНЛ в изложении Н. В. Михайлова (1985). По мнению автора, характер лазерного действия следующий. Свет изменяет в тканях тип метаболизма, что сопровождается распадом тканевых структур соединительной ткани, выделением свободной энергии и поглощением ее мышечной и нервной тканью. Световая энергия воспринимается и преобразуется таким образом: воздействие света на молекулярные процессы в мембранах трофических и сосудистых нервных клеток, структуры которых способны более энергично улавливать и преобразовывать свет в электрические и фотохимические процессы; восприятие света возможно непосредственно соединительнотканными структурами, в которых возникают полупроводниковые свойства, в результате чего они приобретают способность к восприятию и генерации различных видов энергии; восприятие световой энергии за счет фотоэффекта, возникающего в клетках тканей и других образований. Доказано, что не только кожа, но и другие ткани насыщены пигментами, обладающими способностью в статическом электрическом поле преобразовывать свет в фотохимические и фотобиологические процессы.
Несмотря на множество гипотез, до этого времени полный механизм действия лазерного излучения не выяснен. Тем более трудно представит его, если рассматривать вопрос лишь с биофизической точки зрения. Для этого необходимо изучить его влияние на все органы и системы организма, их физиологическую функцию, на весь организм в целом.
Физиологическое действие
При выяснении механизма физиологического действия лазерного излучения малой мощности главное внимание ученых было сосредоточено на изучении метаболизма тканей, системы микроциркуляции и регенераторных процессов, играющих ведущую роль в обеспечении и поддержании гомеостаза.
Вся сложность состоит в том, что остается неизученным нейрорефлекторный путь передачи лазерной энергии и фотобиологические каналы, по которым энергия излучения передается к тому или иному участку организма животных, где превращается в энергию биохимических реакций.
Изменения в соединительной ткани
Взаимодействуя с фагоцитарной системой биологически активных веществ, соединительная ткань обеспечивает иммунный и структурный гомеостаз организма.
Одним из соединительнотканных образований является кожа. В литературе уже имеются данные о влиянии ГНЛ на кожу при ее непосредственном облучении. При воздействии красного света на кожные аутотрансплантанты наблюдается эффект стимуляции регенерации соединительной ткани за счет усиления пролиферативных процессов.
В облученной коже процессы репарации эндотелиальных клеток капилляров (при ее воспалении) протекают более интенсивно.
По данным Г. А. Карась (1976), гелий-неоновый лазер ЛГ-36 активирует защитные свойства клеток и тканей кожи, значительно повышает активность окислительно-восстановительных ферментов подкожной клетчатки, в результате чего активизируются обменные и регенеративные процессы.
В 1986 г Рубленко М. В. было изучено изменение поглотительной активности соединительной ткани у с/х животных (лошади, КРС, свиньи), при местном облучении, а также опосредованном через субатлантную рефлексогенную зону. При этом использовали внутрикожную пробу Лещинского-Кавецкого (1944) с трипановым синим, отражающую функциональное состояние не только системы соединительной ткани, но и общую реактивность организма. Уже через сутки после лазерного воздействия на месте введения краски поглотительная активность клеточных элементов соединительной ткани облученного участка лошади была выше в 2 раза по сравнению с контрольной (трипановый индекс 7,4±0,6 против 3,5±0,26 в контроле). На третьи сутки (через 48 ч) трипановый индекс в контроле, продолжая нарастать, составил 5,1± 0,3, а у облученных лошадей снизился до 3,5±0,26.
Подобные результаты были получены и у КРС при опосредованном воздействии через субатлантную рефлексогенную зону. При этом использовали гелий-неоновый лазер ЛГ-78 с выходной мощностью 2 мВт. Для сравнения эффективности воздействия лучей лазера малой мощности применяли новокаиновую блокаду этой же зоны по А. Н. Голикову и С. Т. Щитову. На 2-е и 3-е сутки в опытных группах трипановый индекс почти в 2 раза превышал таковой у интантных животных. Через 72 часа индекс у опытных животных значительно снизился, тогда как в контроле оставался почти на том же уровне. Это свидетельствует о повышении активности клеточных элементов соединительной ткани животных под воздействием как лазерного излучения, так и новокаиновой блокады.
Аналогичные результаты были получены у свиней. Причем уже на 4-е сутки на месте введения краски более активно обесцвечивались у облученных животных, а в дальнейшем окраска у них исчезала на 1-3 дня раньше, чем при блокаде рефлексогенной зоны новокаином. Такая тенденция более выражена у животных, подвергнутых двустороннему облучению, что подтверждает мнение многих авторов о перекрестном влиянии нервов данной рефлексогенной зоны.
Результаты опыта позволяют сделать выводы, имеющие и теоретическое и практическое значение. Лазерное излучение с длиной волны 632 нм значительно повышает физиологическую активность соединительной ткани, а следовательно, и общебиологическую реактивность организма. Как и новокаин, низкоинтенсивное лазерное излучение обладает выраженным нейротропным действием.
По-видимому, следует согласиться с Н. В. Михайловым (1985) в том, что при непосредственном восприятии лазерного излучения соединительнотканными структурами в них происходит электронное возбуждение. Восприятие энергии лазерного света осуществляется скорее всего за счет фотоэффекта, возникающего в фазу поглощения оптически активными веществами квантов лазерного излучения. Такими фотоактивными веществами могут быть ферменты дыхательной цепи митохондрий, ферменты микробиоцидной системы фагоцита, элементы гранулярного аппарата тучных клеток, ферменты окислительно-восстановительного ряда. Возникающие свободнорадикальные процессы изменяют тип метаболизма на клеточном уровне, что приводит к усилению обменных процессов, функциональной, пролиферативной и митотической активности клеток.
Важным в данном случае является то, что гелий-неоновый лазер, благоприятно влияя на метаболические процессы в клетках, не затрагивает ядра и его мембранного аппарата.
В результате сложнорефлекторной реакции организма на облучение рефлексогенной зоны происходит также активация макрофагов (гистиоцитов) кожи, иммунобиологической реактивности организма. Однако механизм изменений, развивающийся под воздействием лазерного света, в данном случае намного сложнее и разнообразнее.
Также следует согласиться с мнением Н. В. Михайлова о наличии трофической иннервации в соединительной ткани и о том, что изменения в соединительнотканных структурах под опосредованным воздействием излучения гелий-неонового лазера происходят в результате индуцирования трофического компонента нервной системы энергией луча. Но в данном случае этого объяснения будет недостаточно, поскольку на воздействие луча лазера реагируют не только элементы рефлексогенной зоны. По данным А. Г. Ипатовой (1975), в таких случаях улучшается кровоток и кровоснабжение головного мозга, что приводит к усилению координирующего и интегрирующего влияния коры головного мозга на подкорку, а в конечном итоге – и на субатлантную рефлексогенную зону с ее трофическими нервными элементами.
Важная роль принадлежит тучным клеткам, участвующим в общих и местных механизмах регуляции клеточных и тканевых реакций при их тесном контакте с нервными окончаниями и эндотелием капилляров. В то же время излучение гелий-неонового лазера обладает противовоспалительным свойством и способно снижать свертываемость крови. Объяснить его свойства можно воздействием на тучные клетки и систему гепарин – гистамин, регулированием их антагонистических функций через рецепторный мембранный аппарат тучных клеток или другие механизмы, управляющие систему гепарин – гистамин. В данном случае их функции могут выполнять активные формы макрофагов и фибропластов, способные поглощать тучноклеточные гранулы.
Изменения периферической крови
Изменения в соединительной ткани не могут не сказываться на родственной ей гемопоэтической системе. Предполагают, что под воздействием облучения гелий-неонового лазера происходит функциональное созревание гранулоцитов, которые выделяют стимуляторы гранулопоэза. В конечном итоге после введения в организм облученной крови на фоне усиленной гранулопоэтической функции повышается естественная резистентность организма животного. Отсюда, представляется возможность использовать лазерную гемотерапию как иммуномодулирующее средство.
Таким образом, изменения показателей периферической крови носят реактивно-перераспределительный характер, отражающий лечебный эффект воздействия лазерного излучения.
Действие лазерного излучения на другие органы и ткани
Прежде всего следует указать на изменение работы сердца. Отмечено увеличение амплитуды сердечных сокращений осле тотального облучения сердца и ее уменьшение – при воздействии через продолговатый мозг. Что касается частоты сердечных сокращений, существенных изменений не выявлено. По-видимому, красный монохроматический свет лазера вызывает резонансную стимуляцию, как нервных элементов сердца, так и его тканей. А различную направленность амплитуды сердечных сокращений при воздействии на сердце и продолговатый мозг авторы объясняют различиями в типе обмена веществ в тканях.
Установлено влияние лазерного излучения и на периферическое кровообращение. В частности, в опытах на кроликах с перевязыванием бедренной артерии доказано стимулирующее его влияние на развитие коллатерального кровообращения.
Н. В. Михайлов и другие (1985) в опытах на овцах изучали изменения гемодинамики грудных и тазовых конечностей под воздействием лазерного излучения на диафрагмальные нервы. Авторы отмечали резкое усиление кровотока в конечностях, проходящее на фоне снижающегося тонуса сосудов грудных конечностей. Характерно, что указанные изменения, удерживающиеся в течение пяти суток, развивались без достоверных нарушений температуры тела и частоты сердечных сокращений.
Длительное расширение артериально-сосудистого русла свидетельствует о достаточно напряженной работе компенсаторно-приспособительных механизмов сердечно-сосудистой системы при облучении диафрагмального нерва.
Установлено также увеличение пульсового объёма крови и скорости кровотока в тканях, расширение кровеносных сосудов под влиянием лазера, доказано положительное влияние красного света на функциональное состояние микроциркуляторного русла при воспалении. Одновременно отмечено снижение проницаемости стенок сосудов.
Гелий-неоновый лазер стимулирует также кислородный обмен, что объясняется его нормализующим влиянием на сосуды. Отмечено увеличение напряжения кислорода в тканях, а также объемного кровотока. Это важно не только для улучшения обмена и обеспечения питания тканей, но и для повышения аэрации, снижения воспалительной реакции и повышения пролиферативных, регенеративных способностей тканей в условиях воспаления.
Все это вместе взятое обусловливает противоотечное действие лазерного излучения малой мощности.
Заслуживает внимания влияние лазерного излучения на нервные окончания, точнее не на нервы, а на органы и ткани, ими иннервируемые. Прежде всего следует отметить стимуляцию восстановительных процессов в перерезанном нерве, ускоренную регенерацию нервных волокон, нормализацию их возбудимости после облучения.
Установлены функциональные и морфологические изменения в передней доле гипофиза, приводящие к поступлению в кровь гонадотропного гормона. Последний обладает не только гонадотропным действием, но и влияет на остальные железы внутренней секреции, особенно щитовидную и надпочечник. О стимуляции надпочечника свидетельствуют также данные биохимических, гистохимических и гистологических исследований В. М. Инюшина (1970), подтверждающие, что свет лазера можно использовать как противовоспалительное средство.
Лазерное излучение в малых дозах, воздействуя на глаз, также вызывает изменения гормональной функции коры надпочечника.
Об эффективном влиянии гелий-неонового лазера на нервную систему свидетельствует кратковременное увеличение количества лейкоцитов и снижение уровня эритроцитов после воздействия на биологически активные точки.
Действие низкоэнергетического лазера не ограничивается только облучаемым участком, а включает ответную реакцию сердечно-сосудистой, нервной, гормональной и других систем организма. Это позволяет предположить, что одним из важнейших механизмов, определяющих положительный эффект лазерного излучения, является активация неспецифических защитных систем организма.
Приведенные данные свидетельствуют, что свет гелий-неонового лазера усиливает энергообразующие процессы в патологически измененных тканях, улучшает их кровоснабжение и активизирует регенерацию, повышает иммунитет организма, оказывает обезболивающее, сосудо-расширяющее и противовоспалительное действие, что является основанием для изучения возможностей внедрения лазеротерапии в клиническую практику.
В зависимости от экспозиции воздействия, частоты импульса, мощности излучения и других показателей достигается необходимый эффект успокаивающий, возбуждающий, спазмолитический и т. д.