Д.м.н., доцент Скворцов В.В.

ГОУ ВПО ВолгГМУ Минздравсоцразвития РФ

В 1964 году на биологическом факультете Харьковского университета впервые была организована лаборатория биофизической генетики, задачей которой стало изучение генетических различий реакций биологических объектов на воздействие микроволнового и лазерного излучений. На биологическом факультете Казахского государственного университета в 1965 г. стали проводить исследования по биостимуляции лазерным излучением биологических процессов (Инюшин В.М.). С 1965 г. в Институте проблем онкологии АН УССР и с 1966 г. в Московском научно-исследовательском онкологическом институте им. П.А.Герцена было развернуто широкое изучение биологического и противоопухолевого действия лазерного излучения.

Одними из первых биостимулирующее свойство НИЛИ заметили хирурги и дерматологи при использовании лазерного воздействия для ускорения регенерации костей при переломах, лечении длительно незаживающих ран и трофических язв, кожных заболеваний.

С начала 70-х годов сфера применения лазерной терапии значительно расширяется. Низкоинтенсивное излучение гелий-неонового лазера начинают успешно использовать при заболеваниях опорно-двигательного аппарата, в стоматологии, пульмонологии, кардиологии.    В 80-х гг. был разработан и научно обоснован метод внутривенного лазерного облучения крови – (ВЛОК).

Лазерная терапия получила мощный толчок в развитии после создания в 1986 г. Института лазерной медицины, позднее переименованного в Государственный научный центр лазерной медицины Минздрава РФ.

Первый аппарат лазерной терапии получил разрешение МЗ СССР на серийное производство и применение в клинической практике еще в 1974 г. С тех пор их зарегистрировано более сотни, а десятки методик клинического применения НЛИ были официально утверждены Минздравом СССР, а затем России.

Анализ литературы показывает, что лазерную терапию эффективно применяют врачи различных специальностей и, что особенно примечательно, в тех областях медицины, которые считались традиционно запретными для физиотерапии: онкология, эндокринология, фтизиатрия и др. Это свидетельствует об успешном развитии лазерной терапии как самостоятельного направления.

Исторический анализ позволяет сделать вывод о возникновении в наше время качественно нового этапа развития метода лечения светом, иными словами, прослеживается определенная этапность: гелиотерапия – светолечение – лазерная терапия.

Множественность (плейотропность) эффектов НИЛИ на биологические системы предполагает модифицирующее влияние лазерного света на какие-то фундаментальные процессы, обеспечивающие поддержание гомеостаза. Основой всего живого на Земле является вода, имеющая сложную квазикристаллическую структуру, в конденсированной фазе представляющая собой смесь гексагональных фрагментов (Н2О6) и трехатомных молекул (Н2О). Гексагональные фрагменты (кольца) в зависимости от условий могут объединяться в кластеры различного размера. Соотношение концентраций и размеры кластеров определяют структурное состояние водного матрикса. Кластерные структуры находятся в колебательном состоянии и образуют систему осцилляторов. Колебания, синхронизируясь в живом организме, создают собственное слабое (низкоинтенсивное) электромагнитное поле. Следовательно, водный матрикс имеет пространственную и временную организацию и может выполнять роль синхронизатора и эталона времени в биосистемах, что позволяет говорить о биоинформационных свойствах водных систем. В условиях нормального функционирования биосистемы деятельность ее гомеостатических механизмов направлена на поддержание и сохранение определенной структурной организации водного матрикса.

   При воздействии различных альтерирующих агентов, приводящих к изменению биоструктур, нарушению клеточного метаболизма и развитию патологического процесса в тканях (воспаление, ишемия, дистрофия, опухоль и т.п.), изменяется и структура водного матрикса. При незначительных аномалиях возникают локальные напряжения в структуре водного матрикса, которые могут быть ликвидированы в силу определенной его «эластичности» (наличие внутренней энергии матрикса) без привлечения дополнительных энергетических источников. Водный матрикс выступает в этом случае в качестве одного из важнейших ауторегуляторных гомеостатических факторов. При грубой альтерации возникают более глубокие изменения, которые не могут быть репарированы за счет использования внутренней энергии матрикса. В этом случае дополнительный приток легкоусвояемой энергии может способствовать быстрейшему восстановлению структуры водного матрикса. Подобное влияние на биосистему оказывает НИЛИ. При его воздействии отмечается нормализация измененных в условиях патологии резонансных характеристик.

 Р.И.Минц и С.А.Скопинов исследовали структурную альтерацию биологических жидкостей при воздействии лазерного излучения. Особое место в сложных многокомпонентных растворах занимают лиотропные жидкокристаллические комплексы (ЛЖК), по степени упорядоченности и структурной сложности приближающиеся к биологическим гуморальным средам. Известно, что ЛЖК обладают уникальной чувствительностью к слабым внешним возмущениям различной физической природы. Отмечено, что действие излучения лазера (средняя мощность не более 10 мВТ) в рассмотренной системе имеет некоторые особенности, отличающие его от традиционных фотохимических явлений, например, отсутствует пропорциональная зависимость доза/эффект. Исходные компоненты системы (лецитин, вода, перекись водорода) не поглощают селективно свет в спектральной области излучения гелий-неонового лазера (ГНЛ), следовательно, эффекты вызываются сверхмалой поглощенной энергией или, другими словами, информационным воздействием.

Г.Р.Мостовщикова и соавт. считают, что определяющую роль в механизме терапевтического действия лазерного излучения играют светоиндуцируемые перестройки молекулярных и субмолекулярных жидкокристаллических (ЖК) структур. В результате экспериментов на моделях, проведенных на раневых процессах, установлено, что локальное воздействие на рану вызывает трансформацию ЖК не только непосредственно в цитоплазме клеток раны, но и в крови и в изолированных от ран биожидкостях: желчи, кишечной и желудочной слизи. Характер перестроек во всех биожидкостях однотипен, что указывает на единую природу процессов, индуцируемых в различных частях организма при местном лазерном воздействии.

В механизме лечебного действия физических факторов име­ется несколько последовательных фаз, и первая из них – пог­лощение энергии действующего фактора организмом, как физи­ческим телом. В этой фазе все процессы подчиняются законам физики. При поглощении веществом кванта света один из электронов, находящихся на нижнем энергетическом уровне пе­реходит на верхний энергетический уровень и переводит атом или молекулу в возбужденное (синглетное или триплетное) сос­тояние. Во многих фотохимических процессах реализуется высо­кая реакционная способность триплетного состояния, что обус­ловлено его относительно большим временем жизни, а также би­радикальными свойствами.

При внешнем фотоэффекте электрон, поглотив фотон, поки­дает вещество. Однако эти проявления при взаимодействии света с биообъектом выражены весьма незначительно, поскольку в полупроводниках и диэлектриках (ткани организма являются таковыми) электрон, захватив фотон, остается в веществе и переходит на более высокие энергетические уровни (в синг­летное или триплетное состояние). Это и есть внутренний фо­тоэффект, основными проявлениями которого являются изменения электропроводности и возникновение разности потенциалов меж­ду различными участками биообъекта.

Кроме указанных явлений, НЛИ нарушает слабые взаимодейс­твия атомов и молекул облученного вещества (ионные, ион-ди­польные, водородные и гидрофобные связи, а также Ван-дер-Ва­альсовы взаимодействия), при этом появляются свободные ио­ны, т.е. происходит электрохимическая диссоциация.

Дальнейшая миграция и трансформация энергии электронного возбуждения тканей биообъекта при лазерном воздействии за­пускает ряд физико-химических процессов в организме. Пути реализации атома или молекулы в синглетном состоянии таковы: 1) превращение в тепло, 2) испускание кванта флюоресценции, 3) фотохимическая реакция, 4) передача энергии другой моле­куле, 5) обращение спина электрона и переход атома или моле­кулы в триплетное состояние. Пути растраты энергии из трип­летного состояния следующие: 1) безизлучательный переход в основное состояние с обращением спина электрона, 2) испуска­ние кванта фосфоресценции, 3) фотохимическая реакция, 4) пе­редача энергии возбуждения другой молекуле.

Одной из основных проблем в понимании действия НЛИ явля­ется определение акцепторов лазерного излучения. Основной закон фотобиологии гласит, что биологический эффект вызывает лишь излучение такой длины волны, при кото­ром оно поглощается молекулами или фоторецепторами тех или иных структурных компонентов клеток.

Однако спектры поглощения различных макромолекул весьма разбросаны. В то же время биологические эффекты воздействия разных по длине волн НЛИ очень сходны и, как правило, объ­единяются термином “биостимуляция”.

В отношении акцепторов электромагнитного излучения мнения ученых разделились: одни доказывают наличие специфических акцепторов строго определенных длин волн све­тового излучения, другие склонны к обобщению и считают нес­пецифическими фотоакцепторами две такие большие группы как биополимеры (белки, ферменты, биологические мембраны, фос­фолипиды, пигменты и др.) и биологические жидкости (лимфа, кровь, плазма, внутриклеточная вода).

Согласно первой точки зрения специфическим акцептором в красной области спектра являются ферменты порфиринового ря­да, например каталаза, которая имеет спектр поглощения вблизи 0,63 мкм. При этом в молекуле происходит структурная перестройка, ведущая к активации фермента, а его концентрация остается прежней. Эта гипотеза убедительно подтверждается в экспериментах с реактивацией чистой катала­зы, данными о повышении каталазной активности крови больных леченных гелий-неоновым лазером.

Возможными специфически­ми акцепторами излучения могут быть медь-содержащие окисли­тельно-восстановительные ферменты церулоплазмин и цитохро­моксидаза. Церулоплазмин обладает свойствами антиокси­данта, предотвращая перекисное окисление липидов и защищая от деградации ДНК и клеточные мембраны. Антиоксидантная спо­собность церулоплазмина обусловлена как его электроноакцеп­торными свойствами, так и свойствами улавливать радикалы су­пероксида кислорода, т.е. супероксиддисмутазоподобной актив­ностью. Роль церулоплазмина при патологических процессах, связанных с повышенным выбросом в плазму крови биологически активных и токсических соединений (катехоламинов, суперок­сидных радикалов), достаточно высока. В эксперименте подт­верждена возможность прямой реактивации при воздействии ГНЛ на раствор церулоплазмина, причем активация тем больше, чем меньше исходная активность фермента.

Некоторые авторы считают избирательным акцептором кван­тов красного света молекулярный кислород. В ре­зультате лазерного воздействия образуются синглетные формы кислорода, которые оказывают слабое повреждающее действие на биологические мембраны. На лимфоцитах показано, что при облучении повышается уровень радикалов, инициируемых возбуж­денной молекулой кислорода, которые могут вызывать видимые в электронный микроскоп характерные изменения клеток.

Hа клеточном уpовне выявлены многочисленные пpоцессы, возникающие под действием HЛИ и запускающие последующие био­логические pеакции.

Пpи изучении изменений содеpжания нуклеиновых кислот в ядpах клеток pазличных тканей человека под действием HЛИ опpеделено достовеpное увеличение биосинтеза этих кислот, а также увеличение митохондpий и pибосом. Это свидетельствует об активации ядеpного аппаpата, системы ДHК-РHК-белок и биосинтетических пpоцессов в клетках.

Под воздействием HЛИ пpоисходит увеличение активности важнейших феpментативных систем оpганизма. Так, повышается активность HАДH- и HАД+ -глутаматдегидpогеназы, изофеpментов аспаpтатаминотpансфеpазы, феpментов цикла тpи­каpбоновых кислот, что в свою очеpедь активизиpует окислительно-восстановительные пpоцессы. Также было показано, что стимуляция биоэнеpгети­ческих феpментов пpиводит к увеличению в тканях содеpжания АТФ.

Лазеpное облучение имеет выpаженный антиоксидантный хаpактеp действия на оpганизм. Отмечено, что после лечения pазличных заболеваний внутpенних оpганов излучением ГHЛ уменьшается дефицит альфа-токофеpола и содеpжание втоpичных пpодуктов ПОЛ, что свидетельствует о благопpиятном влиянии света ГHЛ на интенсивность ПОЛ вследствие активации антиоксидантной системы, снижается хемилюминисценция лейко­цитаpной массы кpови, пpоисходит стpуктуpно-функциональное обновление мембpан клеток кpови с ноpмализацией их функций, восстанавливается электpическая стабильность мембpан, пpи этом эpитpоциты становятся более дефоpмиpуемыми, изменяется их повеpхностный заpяд, уменьшается их склонность к агpега­ции.

Пpолифеpация клеток является одним из важнейших звеньев сложной цепи pеакций, опpеделяющих скоpость pоста и pегенеpации тканей, кpоветвоpение, активность иммунной системы и дpугие общеоpганизменные пpоцессы. Многочисленные экспеpи­ментальные исследования с pазличными культуpами клеток убе­дительно свидетельствуют, что HЛИ в пpеделах потока мощности 0,1-100 мВт/см2 стимулирует митотическую активность клеток, а это является прямым адекватным показателем пролиферативной активности.

На организменном уровне также можно выделить ряд эффек­тов, возникающих под действием НЛИ. Происходит усиление кислородного обме­на, увеличение поглощения кислорода тканями. С помощью полярографии в многочисленных прямых исследованиях было показано увеличение напряжения кислорода под лазерным воздействием.

Облучение тканей НЛИ приводит к повышению скорости кро­вотока, к увеличению числа функционирующих капилляров и новых коллатералей в патологической ткани. Укорачиваются фазы воспалитель­ного процесса при воздействии НЛИ на патологический очаг, в первую очередь, подавляются экссудативные и инфильтративные реакции.

Воздействие лазерным излучением на поврежденную ткань приводит к уменьшению интерстициального и внутриклеточного отека, что связано с повышением кровотока в тка­нях, а также с интенсивным формированием сосудов, особенно капилляров.

Важным для понимания механизма действия HЛИ является вопpос о том, как пpоисходит генеpализация пеpвич­ного (местного) эффекта облучения. Известно, что пpи ло­кальном лазеpном облучении тканей биообъекта оpганизм pеагиpует на воздействие комплексным ответом всех систем гомеос­таза. Облучение небольшого участка тела кpасным светом очень низкой интенсивности способно возбуждать, как считается, весьма огpаниченное количество молекул, но вызы­вает изменения стpуктуpы, а следовательно, и функции боль­шинства белков оpганизма.

В генеpализации местного действия HЛИ могут игpать pоль pефлектоpные механизмы. Согласно точке зpения А.В.Иванова, лазеpное излучение является стpессоpным агентом, а возникающие в ответ на воздействие pеакции часто укладывают­ся в схему неспецифического адаптивного ответа. Однако, по-видимому, это не является ведущим фактоpом в генеpализа­ции, т.к. воздействие HЛИ не запускает адаптивного механизма из-за малой энеpгетической мощности.

Генеpализация действия осуществляется также за счет пеpедачи эффекта воздействия излучения чеpез жидкие сpеды биообъекта. Данную теоpию пpедложили В.М.Инюшин и со­авт., котоpые на основании своих исследований объясняют это наличием pезонансной спектpальной “памяти” в жидких сpедах пpи лазеpном облучении.

В последние годы было установлено, что полупроводниковые лазеры столь же эффективны, как и гелий-неоновые, и имеют множество преимуществ, поэтому в практической медицине они вытесняют ГНЛ. Такими преимуществами являются малые габариты и масса, низкие питающие напряжения, простота управления. Это позволяет реализовывать более экономичные технические решения, что и определяет их более широкое распространение.

Проведенные исследования позволили установить, что НЛИ в 10 раз слабее на глубине 3,6 мм для длины волны 0,836 мкм и на глубине 0,2 мм для длины волны 0,633 мкм. Следовательно, НЛИ инфракрасного диапазона (длина волны 0,89 мкм) представляет больший интерес для использования в медицине в связи с высокой проникающей способностью, чем широко применяемое красное (7-8 см и 1-2 см, соответственно).

Полифакторная МИЛ-терапия, принцип которой предложен Александром Куприяновичем Полонским в 1977 г., сейчас широко применяется в медицине. В ее основе – сочетание воздействия НЛИ и постоянного магнитного поля (ПМП).

1. Буйлин В.А. Низкоинтенсивная лазерная терапия с применением матричных импульсных лазеров. – М.: ТОО «Фирма «Техника», 1996. – 118 с.

2. Филимонов Р.М., Снахов К.В., Рузова Т.К. Применение инфракрасного низкоэнергетического лазерного излучения в реабилитации больных, перенесших вирусный гепатит, в раннем периоде реконвалесценции //Росс. гастроэнтерол. журнал. – 1998. – N 4. – С. 185.

3. Фотобиологическое действие излучения гелий-неонового лазера на кровь /М.С.Плужников, М.С.Жуманкулов, Л.И.Басиладзе, Б.С.Иванов //Актуальные вопросы лазерной медицины: Тез. докл. I Всеросс. конф. – М. – Л. : МОНИКИ, 1991. – С. 8.

4. Шулькин М.З. Применение низкоинтенсивной лазерной терапии в комплексном лечении наркологических больных //Лазерная медицина. – 2002. – Т. 6, вып. 4. – С. 75-78.

5. Якименко И.Л., Сидорик Е.П. Регулирующее действие низкоинтенсивного лазерного излучения на состояние антиоксидантной системы организма //Укр. биохим. журнал. – 2001. – Т. 73, N 1. – С. 16-23.

6. Ohshiro T., Calderhead R.G. Low level laser therapy: a Practical Introduction. –        Chichester – New York. – “John Willy and Sons”. – 1988. – 141 p.

7. Solomon A. S., Amir A., Lavie V. Neon helium the laser inspiration reduces anoxia – the caused degeneration of the rabbit retinal cells of a nerve ganglion //Effects of the laser of low energy on biological systems: SPIE¢S 1883 editions of Hearings, 17.01 – 22.01.93, Los Angeles, USA. – 1993. – P. 130-136.

8. Tuner J., Hode L. Laser therapy in dentistry and medicine. – Stockholm, Sweden:Prima Books, 1996. – 236 p.

9. Yabe Y., Kobayashi N., Nishihashi T. Prevention of neutrophil-mediated hepatic ischemia/reperfusion injury by superoxide dismutase and catalase derivatives //J. Pharmacol. Exp.Ther. – 2001. – Vol. 298, N 3. – P. 894-899.