Биологическое и лечебное действие ИК-излучения

Применение лазеров в медицине основано на взаимодействии света с биологическими тканями. Фотобиологические эффекты непосредственно зависят от параметров лазерного излучения: длины волны, интенсивности потока световой энергии и времени воздействия на биологические ткани (доза). ИК НИЛИ в диапазоне длин волн 0,85 – 1,3 мкм (тепловое излучение) проникает в биологические ткани на глубину до 6–7 см. Глубина проникновения в ткани этого излучения определяется как расстояние, на котором амплитуда электрического поля убывает в е раз, а плотность потока мощности — в е² раз (е = 2,71 — основание натуральных логарифмов). Сравнительно мощные (1–10 Вт) и короткие (70–150 нс) импульсы ИК НИЛИ делают ткани биологического объекта более прозрачными для низкоинтенсивного (10–100 мВт) непрерывного ИК-излучения светодиодов за счет эффекта насыщения населенностей электронных состояний в оболочках атомов биологических структур.

ИК-излучение поглощается кислородом, водой, некоторыми ферментами и биологическими структурами (в первую очередь, мембранами клеток); тепло увеличивает колебательную энергию биомолекул, утилизируется жидкими средами организма. Поглощение световой энергии тканями является ключевым моментом, от которого зависит выраженность последующих процессов. Согласно основному закону фотобиологии, биологический эффект может вызвать лишь свет такой длины волны, который поглощается отдельными молекулами-акцепторами или мембранами клеток. Неравномерность поглощения НИЛИ и света различными структурами обусловливает тепловую неравновесность в биологических тканях. Это может приводить к деформациям клеточных мембран (из-за изменения осмотического давления) и изменению на них электрического потенциала, что влияет на метаболизм в биологических тканях и является одним из механизмов биофизического, триггерного по сути действия НИЛИ.

НИЛИ с длиной волны от 0,9 до 1,3 мкм непосредственно без участия фотосенсибилизаторов генерирует высокоэнергетический синглетный (возбужденный) кислород. Последний, воздействуя на клеточные мембраны, изменяет антигенные свойства тканей, ведет к изменению структуры ряда соединений, содержащих двойные химические связи — его акцепторы (пуриновых и пиримидиновых оснований, холестерина, стероидных и половых гормонов, желчных пигментов, порфиринов и др.) и алифатических соединений (жирные ненасыщенные кислоты, фосфолипиды, сфингомиелин, цереброзиды). Понятно, что характер окислительно-восстановительных реакций будет строго зависеть от концентрации синглетного кислорода, следовательно, от дозы лазерного воздействия. Лазерные импульсы периодически с определенной частотой запускают (триггерный принцип) вышеописанные процессы, а также "подпитывают" энергией каталитические биохимические реакции в случае локального энергетического дисбаланса при определенных заболеваниях.

Образование и превращение лабильных продуктов развивающегося в тканях фотобиологического процесса, таких как свободные радикалы, ионрадикалы окисленных и восстановленных форм, перекисей и других веществ, составляет сравнительно короткий этап, но чрезвычайно существенный для последующего развертывания биохимических и физиологических реакций. В результате меняется интенсивность окислительно-восстановительных и биосинтетических процессов, нормализуется метаболизм биологических тканей, восстанавливается микроциркуляция крови и лимфы за счет расширения действующих капилляров и раскрытия резервных. При повторных сеансах магнито-лазерной терапии наблюдается увеличение капиллярной сети за счет роста новых капилляров (неоваскулогенез).

Этот многоступенчатый процесс можно представить следующим образом: поглощение квантов света Þ первичный фотофизический акт Þ промежуточные стадии, включающие образование в тканях фотосенсибилизированных продуктов или перенос энергии на мембранных компонентах клеток Þ образование в тканях физиологически активных соединений Þ включение нейрогуморальных реакций Þ конечный фотобиологический эффект.

Ответ биологического объекта на воздействие НИЛИ на уровне клеточных и тканевых реакций и адекватных изменений в нейрогуморальном звене регуляции составляет итоговый результат фотобиологического процесса, развивающийся по механизмам срочной адаптации в организме. Определяющие его звенья нередко срабатывают в зависимости от локальной сиюминутной ситуации, складывающейся при развитии патологического процесса, а не от самого фотобиологического воздействия. Отсюда следуют относительная простота и немногочисленность первичных фотобиофизических актов в организме и многообразные по своим вторичным проявлениям, финальным результатам ответные реакции организма.

Свет — главный физический фактор, поддерживающий жизнь на Земле. Воздействие НИЛИ в терапевтических дозировках, не вызывающих каких-либо патологических изменений клеток, можно рассматривать как адекватный физиологический раздражитель — сигналы, вызывающие изменения естественно протекающих в клетке физико-химических, биофизических, биохимических и физиологических процессов. Это дает возможность вмешиваться в ход патологического процесса на любом этапе и добиться постадийного и последовательного восстановления гомеостаза.