 |
Механизм терапевтического действия низкоэнергетического лазерного излучения
|
|
|
|
Недипломированный, нетитулованный, но всемирно известный и признананный русский ученый Н.В.Тимофеев-Ресовский считал глупыми претензии исследователей на то, что они изучают какие-то механизмы. Он говорил: «Вы получаете факты, вы получаете феноменологию. Механизм - продукт ваших мыслей. Вы факты связываете. Вот и все». Однако, в современной научной литературе, особенно медицинской, термин «механизм действия» настолько прочно вошел в обиход, что, даже отдавая себе отчет в его неполной правомерности, мы не сочли необходимым отказаться от него. Основной закон фотобиологии гласит, что биологический эффект вызывает лишь излучение такой длины волны, при которой оно поглощается молекулами или фоторецепторами тех или иных структурных компонентов клеток. Однако, спектры поглощения различных макромолекул весьма разбросаны: так пептидные группы поглощают излучение электромагнитных волн с длиной волны =190 нм, карбонильные группы - 225 нм, триптофан - 220 и 280 нм, тирозин - 275 и 222 нм, фенилаланил - 258 нм, каталаза -628 нм, максимальная спектральная чувствительность молекул ДНК соответствует длинам волн 620 нм и 820 нм и т.д. В то же время биологические эффекты воздействия разного по длине волны низкоэнергетического лазерного излучения очень сходны и, как правило, объединяются термином «биостимуляция».
Поиски фоторецепторов и фотоакцепторов ведутся давно. Данные современной физиологии отрицают наличие на коже человека и животных специфических фоторецепторов.
В отношении акцепторов электромагнитного излучения оптического диапазона мнения ученых разделились: одни доказывают наличие специфических акцепторов строго
|
|
|
164
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).
Экспериментальные и клинические исследования по определению специфических фотоакцепторов дают основания считать таковыми в красной области спектра каталазу, супероксиддисмутазу, цитохромоксидный комплекс ааз, молекулярный кислород с образованием синглетного кислорода. Максимум фотоиндуцированной биостимуляции электромагнитными волнами в красной (633 нм), зеленой (500 нм) и фиолетовой (415 нм) области спектра дает основание думать о порфириновой природе первичного фотоакцептора в клетках. Однако, такое количество и разнообразие специфических акцепторов светового излучения вызывает сомнение в их строгой специфичности и первостепенной роли каждого в механизме терапевтического действия низкоэнергетического лазерного излучения.
Второй подход к этому вопросу, на наш взгляд, более объективен, поскольку он объединяет наиболее восприимчивые к электромагнитному излучению биоструктуры и отводит им роль неспецифических фотоакцепторов. Спектр поглощения биополимеров электромагнитных волн оптического диапазона весьма широк. Так белки, в зависимости от сложности их структуры, поглощают свет от ультрафиолетового до инфракрасного спектра: элементарные белковые структуры (аминокислоты, различные остатки белковых молекул и др.) реагируют на излучение ультрафиолетового диапазона; чем длиннее система сопряженных двойных связей в молекуле. Тем при большей длине волны располагается длинноволновый максиму поглощения. Ферменты тоже являются веществами белковой природы, несущими на себе определенные компоненты - активационные центры. Ферменты служат катализаторами без биохимических реакций, а для ферментативного катализа важнейшее значение имеет электронно-конформационные взаимодействия. Учитывая, что энергия конформационных переходов биополимеров невелика (энергия, необходимая для образования спирального участка биополимера из 4-х звеньев, равна около 10 кДж/моль, энергия внутреннего вращения пептидной связи примерно равна 84 кДж/моль), можно объяснить отклик различных ферментативных систем даже на слабые энергетические воздействия, а именно, низкоэнергетическое лазерное излучение красного и ближнего инфракрасного диапазона. Фосфолипиды и клеточные мембраны - жидкокристаллические структуры, обладающие неустойчивым состоянием при температуре тела около 37 градусов по Цельсию, весьма чувствительны к воздействию излучения электромагнитных волн всего оптического диапазона. Пигментные комплексы биоструктур также восприимчивы к световому излучению весьма широкого диапазона длин волн.
|
|
|
Биологические жидкости, являясь сложными многокомпонентными системами и обладая свойствами жидких кристаллов, реагируют структурной альтерацией вещества даже на слабые внешние физические воздействия. Наличия их в составе, в частности, в крови, форменных элементов (эритроциты, лейкоциты, тромбоциты и др.) существенно повышают восприимчивость и чувствительность жидких сред организма к внешнему воздействию различных физических факторов, в том числе низкоэнергетического лазерного излучения. В биологических жидкостях имеются специфические фотоакцепторы, реагирующие на лазерное излучение определенной длины волны. Кроме того, энергетической мощности фотонов всех спектров оптического диапазона вполне достаточно для возникновения от их воздействия структурной альтерации в жидких комплексах биообъекта.
Таким образом, восприимчивость биоструктур к низкоэнергетическому лазерному излучению всего оптического диапазона обусловлено наличием совокупности специфических и неспецифических фотоакцепторов, которые поглощают энергию этого излучения и обеспечивают ее трансформацию в биофизических и биохимических процессах, которые были рассмотрены в предыдущей главе.
|
|
|
165
Низкоэнергетическое лазерное облучение биообъекта вызывает в тканях и органах различные эффекты, связанные с непосредственным и опосредованным действием электромагнитных волн оптического диапазона.
Непосредственное действие появляется в объеме тканей, подвергшихся облучению. При этом лазерное излучение взаимодействует с фотоакцепторами, запуская весь комплекс фотофизических и фотохимических реакций. Помимо фотоакцепторов на прямое воздействие электромагнитных волн реагирует также и различные молекулярные образования, в которых происходит нарушения слабых атомно-молекулярных связей, что в свою очередь дополняет и усиливает эффект непосредственного влияния лазерного облучения.
Опосредованное действие связано либо с трансформацией энергии излучения и ее дальнейшей миграцией, либо с передачей этой энергии или эффекта от ее воздействия различными путями и способами. Основными проявлениями этого действия могут быть переизлучение клетками электромагнитных волн, передача эффекта воздействия низкоэнергетического лазерного излучения через жидкие среды организма, либо передача энергии этого излучения по каналам и меридианам рефлексотерапии.
Экспериментально было установлено, что при лазерном облучении in vitro клеточного монослоя происходит переизлучение этими клетками электромагнитных волн длиной, равной длине волны первичного излучения, на расстоянии до 5 см.
В.М.Инюшин и соавторы на основании своих исследований считают, что при взаимодействии низкоэнергетического лазерного излучения красного и ближнего инфракрасного диапазона с биообъектом одним из главных звеньев этого процесса является передача энергии воздействия через жидкие среды организма. Это объясняется авторами наличием резонансной спектральной «памяти» в жидких средах при лазерном облучении. Очень тесно смыкается с этой гипотезой концепция С.В.Скопинова и соавторов, основанная на ведущем значении в механизме взаимодействия низкоэнергетического лазерного излучения с биообъектом структурной альтерации жидких сред организма.
|
|
|
Поскольку действующее на биообъект лазерное излучение является энергетическим фактором, то в результате непосредственного и опосредованного влияния происходит, в первую очередь изменение энергетических параметров внутренний среды организма. Это и образование электронных возбужденных состояний биомопекул, и проявление внутреннего фотоэлектрического эффекта, и изменение энергетической активности клеточных мембран, и другие процессы, связанные с миграцией энергии электронного возбуждения.
Живые организмы и биосфера в целом не изолированные, а открытые системы, обменивающиеся с окружающей средой и веществом и энергией. Все эти системы являются неравновесными, диссипативными, самоструктурирующимися и самоорганизующимися. Следовательно, в высокоорганизованной системе, в частности, в человеческом организме, все
А элементы тесно взаимосвязаны и каждый из них может изменять свое состояние, лишь отражая или вызывая изменение любого другого элемента или системы в целом.
При оптимальных дозах воздействия на организм низкоэнергетическим лазерным излучением мы осуществляем соответствующую энергетическую подкачку. В ответ на это в системах и органах происходят процессы активизации саморегуляции, мобилизируются собственные резервы саногенеза.
Конечный фотобиологический эффект лазерного облучения проявляется ответной реакцией организма в целом, комплексным реагированием органов и систем. Это находит отражение в клинических эффектах лазерной терапии. В результате понижения рецепторной чувствительности, уменьшения интерстициального отека и напряжения тканей проявляются обезболивающие действия. Уменьшенные длительности фаз воспаления и отека тканей дает противовоспалительный и противоотечный эффект. Повышение скорости кровотока, увеличение количества новых сосудистых коллатералей улучшает региональное кровообращение, что вместе с ускорением метаболических реакций и увеличением метатической активности клеток способствует процессу физической и репаративной регенерации. При лазерной терапии многими авторами отмечаются десенсибилизирующий,
166
гипохолестеринемический эффекты, повышение активности общих и местных факторов имунной защиты. В зависимости от длины волны лазерного облучения появляются бактерицидный или бактериостатический эффекты.
Если суммировать изложенное в предыдущих главах, то в кратком обобщенном виде этот материал можно представить следующим образом.
|
|
|
Основой механизма взаимодействия низкоэнергетического лазерного излучения с биообъектом являются фотофизические и фотохимические реакции, связанные с резонансным поглощением тканями света и нарушением слабых межмолекулярных связей, а также восприятие и перенос эффекта лазерного облучения жидкими средами организма.
При этом, в зависимости от организменного уровня, последовательно или одновременно происходят следующие процессы и реакции.
На атомно-молекулярном уровне:
\endash Поглощение света тканевым фотоакцептором.
\endash Внешний фотоэффект.
\endash Внутренний фотоэффект и его проявления
В возникновение фотопроводимости,
В возникновение фотоЭДС,
В фотодиэлектрический эффект
\endash Электролитическая диссоциация ионов (разрыв слабых связей).
\endash Образование электронного возбуждения.
\endash Миграция энергии электронного возбуждения.
\endash Первичный фотофизический акт.
\endash Появление первичных фотопродуктов.
На клеточном уровне:
В изменение энергетической активности клеточных мембран,
В активация ядерного аппарата клеток, системы ДНК-РНК-белок,
В активация оксилительно-восстановительных, биосинтетических процессов и основных ферментативных систем,
В увеличение образования макроэргов (АТФ),
В увеличение метатической активности клеток, активация процессов размножения.
На органном уровне:
и понижение рецептативной чувствительности,
и уменьшение длительности фаз воспаления,
и уменьшения интенсивного отека и напряжения тканей,
и увеличение поглощения тканями кислорода,
и повышение скорости кровотока,
и увеличение количества новых сосудистых коллатералей,
и активация транспортных веществ через сосудистую стенку.
На уровне целостного организма:
Клинические эффекты - противовоспалительный,
обезболивающий,
регенераторный,
десенсибилизирующий,
иммунокоррегирующий,
улучшение регионального кровообращения,
гипохолестеринемический,
бактерицидный и бактериостатический.
167
и заключение необходимо обсудить еще один интересный и важный вопрос. При локальном лазерном облучении тканей биообъекта организм реагирует на воздействие комплексным ответом всех систем гомеостаза. За счет чего же происходит генерализация местного эффекта облучения? На наш взгляд, суммарный конечный фотобиологический эффект формируется в результате процессов, возникающих непосредственно в объеме тканей биообъекта, подвергнувшихся облучению, и последующей трансформацией и передачей энергии излучения или эффекта от его воздействия как окружающим тканям, так и далеко за пределы облученного участка. В какой-то мере, суммарный ответ организма на местное лазерное облучение формируется и за счет рефлекторного механизма. Однако, на наш взгляд, это не является ведущим фактором в генерализации местного эффекта, т.к. воздействие низкоэнергетическим лазерным излучением не запускает адаптационный механизм организма из-за малой энергетической мощности. Генерализация осуществляется в основном, вероятно, за счет передачи эффекта воздействия излучения через жидкие среды биообъекта, а также за счет передачи энергии по системе фоторегуляции, аналогичной таковой у растений и микроорганизмов. Последний путь передачи энергии лазерного воздействия (это концепция предложена Н.Ф.Гамалея) является пока проблематичным, но имеют под собой солидную научную основу. Наконец, соседние с облученным участком ткани также получают энергию
данного воздействия за счет переизлучения фотоиндуцированным клетками электромагнитных волн той же длины на расстоянии до 5 см.
Не все изложенные положения по биомеханизму действия низкоэнергетического лазерного излучения являются до конца бесспорными, некоторые из них - лишь теоретические посылки и не подтвержденные окончательно концепции. Но они служат путеводителем по извилистому лабиринту преобразования энергии лазерного воздействия в конечный клинический результат, основой для понимания патогенетической направленности лазерной терапии.
В мы теперь приступим к краткому обзору показаний применения лазерного излучения в медицинской практике и косметологии.
Лазерная шлифовка кожи.
Как уже отмечалось, лазеры применяются для рассечения тканей и активизации биологических процессов. Лазерное излучение с энергией малой мощности поглощается тканями организма и проникает на определенную глубину (не более 2-3 мм), а процент отражения от поверхности кожи в зависимости от длины волны колеблется от 5 до 40. Светопоглощение – это молекулярный процесс, и в роли воспринимающего агента выступают метаболиты клеток.
Взаимодействие лазерного луча и кожи – сложный биоэнергетический процесс, который проявляется в дегрануляции тучных клеток, пролиферации фибропластов, накоплении ДНК, гликогена, кислых мукополисахаридов, активации ферментов, пигментообразовании.
Лазерное излучение стимулирует репаративные процессы (30 сек –3 мин.).
Ускоряется заживление ран, изменяется в цитоплазме уровень РНК, гликогена, повышается активность ферментов, растет уровень АТФ, повышается функциональная деятельность митохондрий клеток.
Под влиянием лазерного луча накапливаются адаптивные гормоны в крови,
улучшаются процессы заживления. Лазерное излучение улучшает работу микроциркуляторного русла, снижает отечность тканей, стимулирует формирование нейтрофильного и моноцитарного барьера с выработкой бактерицидных субстанций, предотвращающих ацидоз, гипоксию, ускоряет митозы за счет активации системы ДНК-РНК
– белок, т.е. оказывает противовоспалительное и репаративное воздействие.
168
Красный спектр лазерного излучения повышает способность воспалительной ткани метаболизировать кислород. С улучшением усвоения тканью кислорода сокращаются сроки течения воспалительного процесса.
Под действием лазерного излучения происходит распад эритроцитов. Продукты распада активизируют процесс кроветворения в костном мозге. С другой стороны, костномозговое кроветворение стимулируется гипофизом и щитовидной железой. Воздействие лазерного луча на надпочечники приводит к повышенной выработке
кортикостероидов со стороны гипоталамо-гипофизарной системы, экскреции фолликулостимулирующих гормонов, а значит, и росту уровня эстрогенов.
Итак, наиболее характерными изменениями обмена веществ в клетке являются повышение энергетики митохондрий: активный синтез АТФ, увеличение активности дыхательных ферментов, усиление гликолиза, снижение процесса образования свободных радикалов в клетке. В целом, повышается резистентность организма к внешним неблагоприятным воздействиям.
Лазерное излучение стимулирует свертывающую и подавляет противосвертывающую системы организма, активизирует факторы неспецифической гуморальной и клеточной защиты. При низкочастотной лазеротерапии облучается весь очаг поражения, рефлексогенная зона или точка акупунктуры.
Хорошо поддаются лечению трофические язвы, нейродермит, экзема, красный плоский лишай, рецидивирующий герпес, келоидные рубцы, локальный зуд кожи и т.д.
Высокоинтенсивное лазерное излучение широко применяется в косметологии для удаления доброкачественных новообразований на коже, для коагуляции сосудов. Кроме того, высокочастотная лазеротерапия стала интересна эстетическим хирургам и применяется для эксфолиации эпидермиса.
Известно, что достаточно сложно контролировать толщину снимаемого слоя эпидермиса в области глаз, вокруг губ, при микродермообразии, ротационной дермообразии. Эти проблемы успешно решаются применением углекислотных и новых эрбиевых лазеров.
Механизм лазерной шлифовки кожи. При воздействии на эпидермис лазерногоизлучения в диапазоне инфракрасного излучения (2,5-11мкм), оно поглощается межтканевой жидкостью и жидкой частью цитоплазмы клеток на глубине 10-100мкм. Жидкая часть эпидермиса доходит до точки кипения и выбрасывается вместе с разрушенными клеточными оболочками наружу. Это и есть эффект выпаривания, вапоризации.
Предотвращение ожога кожи требует подачи лазерной энергии импульсами длительностью не выше времени термической релаксации (ВТР), т.е. времени, за которое происходит отведение тепла в глубинные слои кожи за счет процессов теплопроводности. При этом поглощающий слой эпидермиса должен успеть нагреться, что определяется пороговой величиной потока или плотностью энергии, измеряемой в Дж/см2. Величина пороговой плотности энергии, как и глубина проникновения в ткань зависят от длины волны, генерируемой лазером. Эти импульсные режимы генерации, разработанные для косметологии, называются «Суперпалс»-режимами. Длительность импульсов в системах не превышает 0,7-1 млсек, а промежуток времени между импульсами –5 млсек.
Кроме того, лазерная эксфолиация эпидермиса своей тепловой составляющей воздействует на коллагеновые волокна дермы, вызывая их сокращение, ретракцию при нагревании до 550С. Они денатурируются, но не разрушаются, сокращаясь на 1/3 своей длины, что приводит к сокращению всей шлифуемой поверхности. А это очень важно, так как процесс старения всегда сопровождается потерей тургора кожи и провисанием тканей. Тепловой процесс стимулирует синтез коллагена и образование молодых волокнистых структур. Методика углекислотой лазерной эксфолиации предусматривает применение сканерного устройства, а управление сканированием осуществляет микропроцессор. Формируется световой узор в виде линии, круга, прямоугольника, шестиугольника. Однако проведение эксфолиации кожи в периоральной и периорбитальной зонах углекислотным
169
лазером влечет за собой формирование в послеоперационный период эритематозных демаркационных линий, а также приводит к развитию рубцов.
Проблему уменьшения глубины термоповреждения периоральной и периорбитальной зон, а также кожи шеи, тыльной стороны рук решают новые лазерные технологии – эрбиевые лазеры. Длина волны, генерируемая данными приборами, составляет 2,9 мкм и поглощается из глубины нескольких мкм, что в 10 раз меньше, чем тот же эффект при применении углекислотных лазеров. В эрбиевых лазерах вапоризация осуществляется при потоке мощностью 1 дпс/см2, толщина удаляемого слоя эпидермиса 30 мкм.
Следует также подчеркнуть, что процесс послеоперационного восстановления эпидермиса с применением новых технологий ускоряется в 2-4 раза. Ретракция коллагена дермы во время процедуры и в течение 5 месяцев после нее также существенна, что позволяет обрабатывать шею, тыльную сторону рук пациентам среднего, а по необходимости и молодого возраста.
Таким образом, показания к применению лазера в косметологии:
Шрамы, келлоиды, мозоли, простые бородавки, вульгарные угри, облысение, послеоперационные швы, раны, трансплантаты, стриктуры.
Лазерная эпиляция
Спрос на услуги по удалению волос постоянно растет. Специалисты в области эстетической медицины прилагают немалые усилия для удовлетворения этого спроса. Существующая ныне возможность устранять недостатки такого рода новыми способами, которые позволяют добиться превосходных результатов, сохраняющихся на длительный срок, совершила революцию на рынке этих услуг.
Самым неожиданным для специалистов этой области является все возрастающий интерес к лазерным технологиям на рынке, который составляет 8-9 миллионов потенциальных клиентов.
Так кто же будет тем пациентом, который в конечном итоге воспользуется лазером? Любой, в буквальном смысле этого слова: пятнадцатилетняя девушка, страдающая от наличия усов, культурист или пловец, женщина, замученная бесконечным применением
горячего воска или волосатый мужчина, и даже монашки-католички, которые часто обращаются к врачу с проблемой избыточной растительности на лице.
Такой широкий отклик также подтверждает то, что потребитель не был удовлетворен качеством тех услуг, которые рынок предлагал ему вплоть до настоящего момента, или другими словами, результатами того лечения, которое предлагали врачи и специалисты в области эстетической медицины.
Кроме того, мы считаем, что возможность решить проблему избыточного количества волос навсегда или хотя бы на более или менее продолжительный срок, сыграла немаловажную роль в возникновении \ развитии данного способа. Всего лишь 6-8 процедур избавят вас от этой проблемы на много лет. Это как раз то, что необходимо потребителю: превосходный результат, способный сохраняться в течение долгого времени.
Ситуация в Италии очень похожа на тенденции рынка как в европейских странах (Испания, Португалия, Франция, Германия), так и за пределами Европы. Эта общая проблема объединяет совершенно разных людей по всему миру. «Чем меньше волос у меня на теле, тем лучше», - именно так думают люди, говорящие на разных языках, слушающие разную музыку, имеющие разные привычки и ведущие разный образ жизни.
4) по другую сторону океана ситуация остается неизменной. Как это ни странно, ведущее место в данной области принадлежит американцам. В США не существует ни одной клиники, которая не была бы оснащена лазерным оборудованием для эпиляции, но даже, несмотря на это, спрос на данные услуги значительно превышает предложение. На Востоке
170
положение еще хуже. Хотя по причине расового различия случаи гипертрихиаза встречаются значительно реже и носят значительно менее серьезный характер, спрос на услуги по эпиляции с использованием лазера неуклонно растет.
Как показывает клинический опыт, различные виды лазеров не одинаково эффективны, что отражено в следующей таблице:
| Александрит | 8-10 сеансов | 70-90 % эпиляция |
| Рубин | 10-12 сеансов | 70-80 % эпиляция |
| Иттрий-алюминиевый | ||
| гранат с неодимом | 12-18 сеансов | 50-70 % эпиляция |
| Диод | 12-18 сеансов | 50-70 % эпиляция |
171
Все вышеперечисленное оборудование, за исключением диодных лазеров, очень тяжелое, и, следовательно, является преимущественно стационарным. В то время как диодные лазеры имеют меньшую массу (20-25 кг), занимают меньше места и использоваться как переносные.
Александритовые и рубиновые лазеры требуют технического обслуживания – замены лампы каждые 250-300 тысяч вспышек (что приблизительно соответствует 3-4 месяцем интенсивной работы с лазером – 6-8 пациентов в день).
В деловой точки зрения одним из наиболее важных параметров оценки эффективности лазерного оборудования является скорость работы. А скорость работы зависит от величины лазерного пятна, то есть от площади участка кожи, который подвергается воздействию лазера при каждой вспышке.
Александритовые, рубиновые лазеры и лазеры на иттрий-алюминиевом гранате с неодимом имеют лазерное пятно площадью 1 кв. см, что является сравнительно большой площадью для медицинских лазеров.
Большинство диодных лазеров имеют значительно меньшую площадь воздействия (от 1 до 3 кв. мм). Поэтому применение лазеров этого типа является крайне неудобным при обработке больших участков тела, вследствие длительного времени необходимого для проведения процедуры.
Лечение лазером является практически безболезненным, так как перед процедурой поверхность кожи покрывается специальным хладагентом, который понижает не только ее температуру, но и чувствительность, таким образом, нейтрализуя воздействие на кожу высоких температур и галогенов.
|
|
|
