Фотолечебные факторы

Взаимодействие электромагнитных волн оптического диапазона с биологиче­скими объектами проявляется как в волновых, так и квантовых эффектах, веро­ятность формирования которых изменяется в зависимости от длины волны. В механизме фотобиологического действия оптического излучения определяющим является поглощение энергии световых квантов атомами и молекулами биологи­ческих тканей (закон Гротгуса-Дрейпера). Характер первичных фотобиологиче — ских реакций определяется энергией квантов оптического излучения. В инфра­красной области энергии фотонов ((1,6-2,4)-10-19 Дж) достаточно только для уве­личения энергии колебательных процессов биологических молекул. Видимое излучение, энергия фотонов которого составляет (3,2-6,4)-10-19 Дж, способно вы­звать их электронное возбуждение и фотолитическую диссоциацию. Наконец, кванты ультрафиолетового излучения с энергией (6,4-9,6)-10-19 Дж вызывают ио­низацию молекул и разрушение ковалентных связей. На следующем этапе энер­гия оптического излучения трансформируется в тепло (инфракрасное излучение) или образуются первичные фотопродукты, выступающие пусковым механизмом фотобиологических процессов (ультрафиолетовое излучение). Так как степень проявления фотобиологических эффектов в организме зависит от интенсивности оптического излучения, которая обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника до облучаемой поверхности, определяют не интенсивность, а дозу облучения на определенном расстоянии от источника путем измерения времени облучения.

Энергия оптического излучения при взаимодействии с биологическими тканя­ми трансформируется в другие виды (механическую, химическую, тепловую и др.) Вызванные возбуждением или нагреванием тканей организма процессы служат пусковым звеном физико-химических и биологических реакций, формирующих конечный лечебный эффект. При этом каждый из типов рассмотренных электро­магнитных полей и излучений вызывает присущие только ему физико-химические процессы, которые определяют специфичность их лечебных эффектов.

Эта закономерность особенно проявляется у лазерного излучения (LASER — Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation — усиление света с помо­щью вынужденного излучения), которое имеет фиксированную длину волны (монохроматичность), одинаковую фазу излучения фотонов (когерентность), малую расходимость пучка (высокую направленность) и фиксированную ориен­тацию векторов электромагнитного поля в пространстве (поляризацию).

При поглощении тканями организма лазерного излучения уже на глубине 250­300 мкм его когерентность и поляризация исчезают и в глубь тканей распростра­няется поток монохроматического излучения, который вызывает избирательную активацию молекулярных комплексов биологических тканей (фотобиоактива­ция). При уменьшении длительности импульсов лазерного излучения менее 10 с (сверхнизкоинтенсивная лазеротерапия), электроны нижних орбиталей могут пе­реходить на более высокие энергетические уровни, в результате чего наступает электронное возбуждение биомолекул. Совпадение длительности импульсов с временами активного (переходного) состояния биомолекулярных комплексов и

протекания химических реакций в клетке позволяет нм активно участвовать в разнообразных процессах клеточного метаболизма. Реакции организма проявля­ются в этом случае при интенсивности лазерного излучения, не превышающей спектральной плотности оптического излучения (10 мВт), а зачастую и сущест­венно меньшей, что обусловлено высокой направленностью излучения, обуслов­ливающей его локальное воздействие, а также низкочастотной модуляцией им­пульсов лазерного излучения.

При увеличении интенсивности лазерного излучения происходит значитель­ное выделение тепла и повышение температуры тканей (до 800° С). В результате выделяется значительное количество тепловой энергии, что приводит к вскипа­нию воды и ее быстрому испарению. В замкнутом пространстве клеток возникает пробой плазмолеммы («взрыв») и испарение облученных тканей (абляция). Глу­бина тепловой диффузии и площадь зоны теплового некроза существенно зави­сят от выбранных параметров лазерного излучения. Они тем меньше, чем короче время тепловой диффузии и минимальны при использовании импульсного излу­чения (табл. 2.1).

Таблица 2.1 Биологические эффекты лазерного излучения

Реакции тканей

Механизм фотовоздействия

Основные параметры излучения

Фотоэлектрон­ная индукция

Возбуждение электронов биологических молекул

X 0,63 и 0,89 мкм, плотность энергии менее 0,01-1 Дж-см’2, импульс — 10’7- 10’8 с

Фотоактивация

Избирательное поглощение белками и энзимами

X 0,63 мкм, плотность энергии < 1 Дж-см-2

Фоторазрыв

оптический прибор (нетер­мический)

X 2,6 мкм импульсная плотность энергии >10 Дж-см-2 импульс менее 10‘6

Фотоабляция

быстрый взрыв (нетермический)

X 10,6 мкм плотность энергии >10 Дж-см-2, импульс менее 10‘6

Испарение

Фототермический

X 10,6 мкм, плотность мощности 10 Вт-см-2

Коагуляция

Фототермический

X 0,595 мкм плотность мощности 102-103 Вт-см-2

Эпиляция

Фототермический

X 0,75 мкм

Некроз

Фотохимический,

тепловой

X 2,6-10,6 мкм, плотность энергии >10 Дж-см-2

Повышение мощности лазерного излучения и концентрация энергии излуче­ния в короткие импульсы позволяет снизить тепловое воздействие на ткани и по­лучить нетермические эффекты быстрого удаления облучаемых тканей (фотоаб­ляция) или активации биологических молекул (ионизация, фотоактивация). Для усиления фототермического воздействия на ткани необходимо наращивать плот­ность потока энергии на малой площади.

Комментарии запрещены.

Свежие комментарии