Первичные механизмы и биологическое действие лазерного излучения

Под биологическим действием понимают совокупность структурных, функциональных, биофизических и биохимических изменений, которые возникают в организме под действием лазерных лучей.

В соответствие с законами квантовой оптики на атомно-молекулярном уровне происходят: поглощение света; возникновение внутреннего фотоэффекта, электрическая диссоциация ионов, возбуждение атомов и молекул, миграция энергии возбуждения; появление первичных фотопродуктов.

На клеточном уровне: изменение активности клеточных мембран; активация ядерного аппарата клеток и систем ДНК-РНК-белок; активация окислительно-восстановительных реакций, процессов фотосинтеза и различных ферментативных систем, усиление образования макроэргов – АТФ, усиление митотической активности клеток и активация их пролиферации.

На тканевом (организменном) уровне: снижение рецепторной чувствительности, снижение длительности фаз воспалительного процесса, отека, и напряжения тканей; усиление поглощения тканями кислорода, увеличение скорости кровотока, увеличение числа функционирующих коллатералей, активация транспорта веществ через сосудистую стенку.

Наиболее чувствительными к действию ЛИ являются мембраны клеток. Под влиянием красного цвета выявлены изменения проницаемости мембран для потенциалобразующих ионов, изменение липидного состава мембран, концентрации универсального регулятора клеточного метаболизма – цАМФ, числа рецепторов лимфоцитов и т.д.

Биологическое действие зависит от поглощенной дозы лазерного излучения, которая, в свою очередь, зависит от 1). условий применения (интенсивности, частоты, спектрального состава, режима - импульсного или непрерывного – импульсный режим чаще характеризуется механическим действием, а непрерывный - тепловым, когерентности, монохроматичности, поляризованности) и 2). биофизических особенностей ткани (отражающей и поглощающей способности, теплоемкости, акустических и механических свойств). Чаще всего поглощается на глубине 2 мм.

Действие любого излучения на организм в зависимости от поглощенной дозы можно представить следующим образом:

1. высокие дозы - разрушающее действие; 2. средние дозы – угнетающее действие; 3. малые дозы – стимулирующее действие, 4. Очень маленькие – отсутствие действия.

Поэтому применение должно базироваться на следующих основных принципах: 1. рациональный подбор мощности излучения в зависимости от задач (достаточность действия). 2. выбор рационального способа воздействия (применяют такие способы: контактный, дистанционный, внутрисосудистый, внутриполостной, внутриорганный для органов с полостями и для патологических полостей). 3. индивидуализация (учитывать особенности пациента, в частности степень пигментации его кожи).

Лазерная диагностика: для диагностики используется эффекты очень слабого лазерного излучения. Основана на регистрации слабых вторичных излучений, которые возникают в тканях под действием ЛИ. Например, если в вену ввести гематопорфирин (фотосенсибилизатор), то через несколько дней здоровые клетки от него освобождаются, а опухолевые – накапливают. Если на ткань подействовать синим ЛИ, то опухоль начинает светиться.

Ангиоскопия для диагностики атеросклеротического поражения сосудов. Бляшки содержат окрашенные вещества – каротиноиды, под действием ЛИ они флюорисцируют. В стоматологии – для диагностики трещин эмали зубов.

Получение голографических изображений внутренних органов, сформированных отражением лазерных лучей с использованием световодов.

Терапия: Очень ценные свойства ЛИ для терапии и хирургии – дозируемость и локальность действия ЛИ.

Используют низкоинтенсивное ЛИ (0,1-1 ).

Такое ЛИ имеет противовоспалительное, нормализующее микроциркуляцию, противоотековое, тромболитическое, аналгитическое, десенсибилизирующее действие. Также лазерное излучение способствует увеличению уровня кислорода в тканях, стимуляции регенерации тканей, усилению метаболизма, иммунологических процессов.

Чаще всего применяют в комплексе с другими методами терапии. Например, в сочетании с лекарственными препаратами ЛИ позволяет снизить дозы лекарств, т.к. само действует стимуляции клеточных процессов + концентрируют лекарства в больной зоне (предположительно за счет улучшения микроциркуляции в органе). Считают наиболее эффективным действие на БАТ (с учетом собственной частоты колебаний биологических структур. Например, для терапии органов кровообращения необходимо использовать импульсный режим с частотой сердечных сокращений, а для купирования боли – 20000 Гц и т.д.)

Магнитолазеротерапия применяется для лечения ожогов, стенокардии.

Лазерная хирургия. При интенсивности ЛИ равной 5-10 большая часть энергии ЛИ превращается в тепловую. Нагревание ткани от 37 до 60⁰ не вызывает структурных изменений в ткани, от 60 до 100 - приводит к фотокоагуляции, закипанию воды, переход ее в пар и разрыву клетки. После превышения температуры 300-400⁰ ткань чернеет, обугливается и начинает дымить. Свыше 500 – ткань горит и испаряется (фотоабляция, фоторазрушение).

Нагревание материала происходит быстро, тепло не передается на соседние области и концентрируется в зоне облучения. Это позволяет использовать взрывную волну для разрушения опухолей. Больше всего разрушаются пигментированные клетки, поскольку характеризуются максимальным коэффициентом поглощения. Поэтому часто в патологические ткани перед их разрушением вводят красители, увеличивающие поглощающую способность этих тканей.

Часто используют световоды, которые позволяют делать операции с помощью лазеров без разреза.

Лазерный скальпель: 1. бескровный разрез из-за фотокоагуляции; 2. надежность в работе (не сломается об косточку). 3. прозрачный, что расширяет поле зрения хирурга, 4. абсолютная стерильность (луч +убивает микробы вследствие высокой температуры). 5. локальность. 6. аналгетический эффект. Рана быстро заживает. Особенно применяют в офтальмологии – лазерная микрохирургия глаза (приваривают отслоившуюся сетчатку, разрушают внутриглазные опухоли, глаукому, обеспечивая отток внутриглазной жидкости через микроотверстие).