Глава 3. Физиологические свойства лазерного излучения.

В настоящее время оптические квантовые генераторы находят все более широкое применение в различных областях клинической медицины. В настоя-щее время выпускается широкий спектр лазерных аппаратов, имеющих различ-ную комплектацию, всевозможные наборы лазерных излучателей и насадок.

Это такие приборы, как “Узор”, “Мустанг”, “Улей” и другие. Но только аппара-ты серии “РИКТА” (рис. 1) обладают уникальным сочетанием 4 терапевтиче-ских факторов, обеспечивая воздействие на пациента, помимо лазерного излу-чения, красного видимого спектра, магнитного поля и широкополосного излу-чения инфракрасного диапазона. Именно благодаря одновременному лечебно-му действию указанных 4 факторов значительно повышается эффективность лечения. Так как обеспечивается эффект синергизма, т.е. эффект взаимоусиле-ния каждого из действующих начал.

Среди низкоэнергетических лазеров наибольшее распространение получи-ли установки на основе полупроводниковых лазеров, одним из представителей которых является полифакторный аппарат РИКТА, который обеспечивает од-новременное воздействие импульсным лазерным излучением (длина волны 0,89 мкм, импульсная мощность - 4 Вт), импульсным инфракрасным излучением (длина волны 0,8-0,9 мкм, мощность до 100 мВт), светодиодным красным излу-чением (длина волны 0,6-0,7 мкм, мощность 5 мбт) и постоянным магнитным полем (магнитная индукция 35 мТл). В данном аппарате режим генерации - им-пульсный (частота - 5, 50, 1000 Гц); мощность в импульсе - не менее 4 Вт. Оп-тические излучения в заднюю полусферу терминала практически отсутствуют, что обеспечивает полную безопасность медперсонала.

Основным лечебным фактором квантовой терапии является импульсное инфракрасное лазерное излучение полупроводникового арсенид-галлиевого ла-зерного диода.

Рис. 1 Внешний вид терапевтического низкоинтенсивного лазерного аппарата «РИКТА»

Пульсирующее широкополосное инфракрасное излучение полупроводни-ковых светодиодов обладает меньшей, чем лазерное, биологической эффектив-ностью вследствие большей спектральной широты, некогерентности и неполя-ризованности. Оно проникает на большую глубину и оказывает гармонизи-рующее воздействие на состояние центральной и вегетативной нервной систем, мощное стимулирующее воздействие на кровообращение, мембранный и внут-риклеточный обмен веществ, активизирует нейрогуморальные факторы, имму-нокомпетентные системы.

Постоянное магнитное поле (ПМП) способствует электролитической дис-социации ионов в тканях, вызванной облучением электромагнитными волнами инфракрасного диапазона, и одновременно препятствует рекомбинации этих ионов в процессе сочетанного воздействия. Магнитное поле позволяет удержи-вать ионизированные молекулы тканей в диссоциированном состоянии, что обеспечивает повышение энергетики на молекулярном и клеточном уровнях. ПМП также способствует усилению процесса метаболизма в подлежащих тка-нях, увеличивает диэлектрическую проницаемость биополимеров, выступает в роли своеобразного поляризатора биоструктур в электромагнитных полях ин-фракрасного излучения и, что особенно важно для практической медицины, - способствует увеличению глубины проникновения излучения в биоткани.

Применение ПМП дополняет лечебные эффекты низкоэнергетической те-рапии, оказывая воздействие на различные нарушенные патогенетические зве-нья, способствует суммации или потенцированию их положительных действий, что обеспечивает более активную ответную реакцию организма. В результате этого воздействия происходит увеличение проницаемости клеточных мембран, ускорение кровотока, активизация антикоагуляционной системы крови, улуч-шение микроциркуляции. В патологически измененных тканях ПМП вызывает увеличение проницаемости клеточных мембран, катализируя включение в клетки ионов калия, способствует инактивации ионов кальция, увеличению просвета мелких сосудов и ускорению в них кровотока. Под действием ПМП улучшается лимфоотток и уменьшается отек тканей за счет раскрытия лимфа-

тических капилляров и стимуляции развития лимфатических коллатералей. В процессе магнитолазерной терапии меняются конформационные свойства ге-моглобина, что резко увеличивает насыщение тканей кислородом и приводит к активации всех ферментных систем биологических тканей. Очень важно, что ПМП не вызывает образования в подлежащих тканях эндогенного тепла и ока-зывает тормозящее влияние на прогрессирование патологического процесса в тканях. Данный широкий спектр биологического действия ПМП отвечает всем требованиям терапии хронических воспалительных процессов. Это обеспечива-ет рассасывание соединительнотканных пролифератов в патологически изме-ненных тканях. Более глубоко проникающее ИК-излучение, за счет одновре-менного усиления его действия со стороны ПМП, вызывает раздражение инте-рорецепторов матки, способствуя улучшению взаимоотношений между пери-ферическими и центральными уровнями регуляции.

Доказано, что квантовая терапия воздействует на основные факторы вос-палительного процесса: клеточную пролиферацию, микроциркуляцию крови и лимфы, регенерацию тканей, на местные и общие факторы иммунитета, что оп-ределяет клиническую целесообразность ее использования при лечении воспа-лительных заболеваний.

Внутривенное лазерное облучение крови (ВЛОК) используют в качестве анальгезирующего, антиоксидантного, десенсибилизирующего, иммунокорри-гирующего, сосудорасширяющего, антигипоксического и противовоспалитель-ного средства.

Вследствие поглощения энергии света возникают электронно-возбужденные состояния атомов этих молекул и, как следствие, нарушаются межмолекулярные взаимодействия, появляются свободные ионы. На клеточном уровне это проявля-ется изменением активности ключевых ферментов клеточного метаболизма, про-ницаемости клеточных мембран. Наиболее чувствительными являются окисли-тельно-восстановительные ферменты, затем миелопероксидаза, кислая и щелоч-ная фосфатаза. В митохондриях ускоряется перенос электронов по цепи электрон-ного транспорта, увеличивается фотопотребление кислорода, блокируются “пара-

зитарные” дыхательные цепи (не обеспечивающие синтеза АТФ). Эти механизмы позволяют клетке синтезировать большее количество АТФ, и процессы жизнедея-тельности получают лучшее энергетическое обеспечение.

Качественная зависимость биологических эффектов, происходящих в ор-ганизме под воздействием низкоэнергетического лазерного излучения, объяс-няется так называемым законом Арндта-Шульца (рис. 2). Суть его заключается

в том, что при слабых воздействиях (малой плотности по тока мощности) в тка-нях возникает выраженное положительное воздействие, при средних - умерен-ное воздействие, при сильных - торможение, тогда как при чрезмерно сильных - угнетение биоткани. Светодиодное инфракрасное излучение вызывает в орга-низме преимущественно тепловой эффект в виде локального повышения тем-пературы в клеточных мембранах биоткани. На рис. 2 условно представлено состояние малого объёма клеток биоткани (1), части органа или целого органа

(2) и всего организма в целом (3), отмечающееся при воздействии на них лазер-ного излучения и проходящее несколько последовательных стадий. Слева идет зона нечувствительности (уровни излучения много меньше уровня внешнего фона), когда ни субъективными, ни объективными методами не удается уло-вить первичную реакцию биообъекта. В дальнейшем, при увеличении дозы на-чинает отмечаться повышение температуры тканей, что до уровня в 45°С рас-сматривается как зона биостимуляции подлежащих тканей. Именно это проис-ходит при применении квантовой терапии.

Рис. 2 . Схематическая интерпретация закона Арндта-Шульца,

взаимодействие лазерного луча и биоткани

При воздействии низкоэнергетического лазерного излучения в подлежащих тканях происходят оптические эффекты, возникающие при прохождении света через неоднородную среду. При этом в среднем около 35% падающего ИК-излучения диффузно отражается от поверхности биологической ткани. Прони-кающее в ткань лазерное излучение подвергается многократному рассеиванию, поглощению различными биологическими структурами и частичному преобра-зованию во вторичное излучение. Часть поглощенной световой энергии преобра-зуется в молекулах биологического вещества в энергию колебательных процес-сов, электронного возбуждения или диссоциации молекул, приводя либо к их ак-тивации, либо к угнетенному состоянию. Свет в ближней инфракрасной области спектра поглощается в биологической ткани преимущественно молекулами воды и кислорода, вызывая их физико-химическую активацию молекулами белков и жировой тканью. Поскольку «окно прозрачности» воды и биологической ткани в оптическом диапазоне находится в пределах 10-1,3 мкм, постольку такое излу-чение максимально глубоко проникает в подлежащие ткани, относительно слабо поглощаясь и мало рассеиваясь. Как известно, длина волны инфракрасного ла-зерного излучения арсенид-галлиевого диода составляет 890 нм. Глубина про-никновения низкоэнергетического лазерного излучения в биообъект зависит от свойств биоткани и от длины волны. Установлен график зависимости глубины проникновения света в биоткань от длины волны излучения (рис. 3)

Рис. 3. Глубина относительного проникновения в биоткани

в зависимости от длины световой волны

Из графика от видно, что биологические ткани обладают наибольшей оп-тической прозрачностью в области ближнего инфракрасного диапазона спек-тра. Таким образом, именно длина волны лазерного излучения в первую оче-редь определяет глубину проникновения энергии в биоткани.

Очень незначительная часть падающей энергии (менее 1%) теряется за счёт преломления с выходом обратно из биоткани и сквозного прохождения сквозь биоткань (рис. 4)

Рис.4. Прохождение инфракрасного излучения через биоткань

Поглощение энергии определяется взаимодействием фотонов приходящего от излучателя аппарата первичного монохроматического, когерентного и поля-ризованного лазерного излучения с электронами биомолекул. При попадании фотона на электрон энергия фотона поглощается электроном, который увели-чивает свою энергию путём перескока на более высокую орбиту. Затем элек-трон через промежуточные орбиты возвращается на исходную орбиту с излуче-нием фотонов с различными энергиями, равными разностям энергий электрона на промежуточных орбитах. Поглощение первичного лазерного излучения в биоткани весьма велико, и величина ослабления плотности потока мощности даже в наиболее прозрачном инфракрасном диапазоне составляет несколько де-сятков (до 100) раз на каждый сантиметр глубины проникновения.

При этом ослабление на глубине всего З см доходит до 106 раз. Интенсивность поглощения энергии существенно зависит также и от

структуры биоткани. Степень ослабления вторичного излучения значительно меньше, чем первичного лазерного, и составляет менее 10 раз на каждый сан-тиметр глубины биоткани. (рис. 5)

Рис. 5. Зависимость ослабления лазерного излучения в однородной биоткани

Экспериментальные исследования свидетельствуют о том, что лазерное излучение в подлежащих биотканях рассеивается в несколько десятков раз на каждый 1 см. глубины. Кроме того, при установке выходного отверстия терми-нала на расстоянии 1 см от кожи, плотность потока мощности уменьшается в 4 раза. В случае облучения подлежащих тканей в послеоперационном периоде через повязку, каждый слой бинта дополнительно уменьшает плотность мощ-ности. Так, 5 слоев бинтовой повязки уменьшают плотность мощности в 2 раза,

а 10 слоев - в 4 раза; слой ваты толщи ной в 0,5 см - ослабляет его в 2 раза, то-гда как в 1 см - уже в 4 раза.

Рассеянные фотоны, излучаемые электронами возбужденных биомолекул, образуют вторичный поток излучения, распространяющийся во все стороны сферы, и возбуждают другие молекулы биоткани, соединяющие биологически

активные точки и зоны кожи с внутренними связанными с ними органами. В связи с этим на глубинах, превышающих З см, основное биологическое воздей-ствие оказывает не первичное (в частности, лазерное) излучение, а именно вто-ричное - рассеянное широкополосное некогерентное и неполяризованное излу-чение, аналогичное широкополосным излучениям ИК и красного диапазонов.

Плотность потока полезной мощности и энергии на определенной глубине проникновения зависит от расстояния, пройденного излучением от излучателя до поверхности биоткани и от глубины расположения этого слоя, В биоткани уменьшение плотности потока мощности происходит значительно более резко и существенно зависит от вида биоткани.

Глубина проникновения лазерного излучения тем больше, чем меньше по-глощение излучения в данном диапазоне. Установлено, что глубина проникно-вения в красном диапазоне оптического излучения составляет менее 1 мм, тогда как в инфракрасном диапазоне - до нескольких см (рис. 6 ). Это связано с тем, что диапазон длин волн инфракрасного излучения лежит вблизи максимума глубины проникновения, т. е. максимальной прозрачности биоткани (0,8-1,2 мкм), что и обеспечивает большую глубину воздействия при проведении кван-товой терапии.

Рис. 6. Глубина проникновения лазерного излучения через кожные покровы

Благодаря рассеиванию монохроматическое поляризованное и когерентное лазерное излучение при проникновении вглубь биоткани уже на глубинах более 1 см становится немонохроматическим неполяризованным и некогерентным. В результате этого лазерное излучение превращается в широкополосное тепловое излучение, аналогичное светодиодному. Это излучение биологически гораздо менее активно по сравнения с лазерным и вызывает местный нагрев тканей. При этом тепловая энергия концентрируется в основном на клеточных мембра-нах, что усиливает межклеточный обмен веществ, определяющий терапевтиче-ский эффект воздействия.

Установлено, что коэффициент отражения от поверхности кожи уменьша-ется с увеличением длины волны оптического излучения и в диапазоне инфра-красных излучений он настолько мал, что большая часть энергии попадает внутрь биоткани, вызывая в ней определенный терапевтический эффект. Эти спектральные свойства биотканей обеспечивают неинвазивное воздействие на глубоко расположенные ткани и органы, что существенно расширяет лечебные возможности квантовой терапии.

Следует помнить, что в процессе квантовой терапии идет накопление дозы энергии в организме и через 4-5 процедур одна и та же вводимая извне энергия может быть избыточной для данной биоткани. При работе с лазерами врачу не-обходимо постоянно осмысливать происходящие в организме изменения и це-лесообразно менять методику (менять экспозицию, точки воздействия, продол-жительность между сеансами квантовой терапии). При нормальных реакциях на лазерные процедуры у больных отсутствуют дискомфортные ощущения, возникающие преимущественно со стороны сердечно-сосудистой системы в виде колебаний артериального давления, приступов стенокардии, болей, не свя-занных с основным заболеванием. Квантовую терапию целесообразно прово-дить с учетом хронобиологических ритмов организма (желательно в одно и то же время суток). Рационально сочетать или последовательно применять лазеры различного спектра (полупроводниковые, гелий-неоновые), что позволяет ока-зывать воздействие на поверхностные и глубоко расположенные структуры,

оборвать развивающийся патологический процесс, стабилизировать его, сокра-тить сроки лечения.

Противопоказания к применению низкознергетической лазерной терапии. Общие противопоказания к применению низкознергетической лазерной терапии такие же как и для всех других физиотерапевтических процедур. Ими являются: декомпенсированые состояния сердечно-сосудистой системы, неко-торые заболевания крови. Кроме того, низкоэнергетическое лазерное воздейст-вие не рекомендуют применять у больных со злокачественными и доброкачест-венными опухолями половых органов или других органов и систем; септиче-скими, острыми инфекционными заболеваниями и лихорадочными состояния-ми невыясненной этиологии; заболеваниями центральной нервной системы

(шизофрения, эпилепсия).

Расширению сферы использования низкоэнергетических лазеров в профи-лактической и клинической медицине способствует и информация об отсутст-вии мутагенного эффекта после их применения в тех диапазонах доз и режимах воздействия, которые обычно применяются в лечении больных. Специфических противопоказаний к проведению низкоэнергетической лазеротерапии в на-стоящее время не выявлено.

Таким образом, низкоэнергетическая лазерная терапия до настоящего вре-мени остается малоизученным, но многообещающим методом воздействия в клинической медицине.