Первинні механізми і біологічна дія лазерного випромінювання

Під біологічною дією розуміють сукупність структурних, функціональних, біофізичних і біохімічних змін, які виникають в організмі під дією лазерних променів.

У відповідності із законами квантової оптики на атомно-молекулярному рівні відбуваються: поглинання світла; виникнення внутрішнього фотоефекту, електрична дисоціація іонів, збудження атомів і молекул, міграція енергії збудження; поява первинних фотопродуктів.

На клітинному рівні: зміна активності клітинних мембран; активація ядерного апарату кліток і систем ДНК-РНК-белок; активація окислительно-восстановительных реакцій, процесів фотосинтезу і різних ферментативных систем, посилення утворення макроергів – АТФ, посилення митотической активності кліток і активація їх проліферації.

На тканинному (організменому) рівні: зниження рецепторної чутливості, зниження тривалості фаз запального процесу, набряку, і напруги тканин; посилення поглинання тканинами кисню, збільшення швидкості кровотоку, збільшення числа функціонуючих колатералей, активація транспорту речовин через судинну стінку.

Найбільш чутливими до дії ЛВ є мембрани клітин. Під впливом червоного кольору виявлені зміни проникності мембран для потенциалоутворюючих іонів, зміна ліпідного складу мембран, концентрації універсального регулювальника клітинного метаболізму – цАМФ, числа рецепторів лімфоцитів і т.д.

Біологічна дія залежить від поглиненої дози лазерного випромінювання, яка, у свою чергу, залежить від

1) умов отримання (інтенсивності, частоти, спектрального складу, режиму - імпульсного або безперервного – імпульсний режим частіше характеризується механічною дією, а безперервний – тепло-вою, когерентності, монохроматичності, поляризованості)

2 ) біофізичних особливостей тканини (здатності, що відображає іх поглинаючі, теплоємнісні, акустичні і механічні властивості). Найчастіше поглинається на глибині 2мм.

Дію будь-якого випромінювання на організм залежно від поглиненої дози можна представити наступним чином:

1) високі дози - руйнівна дія;

2) середні дози – пригноблююча дія;

3) малі дози – стимулююча дія;

4) дуже маленькі – відсутність дії.

Тому отримання ЛВ повинне базуватися на наступних основних принципах: 1) раціональний підбір потужності випромінювання залежно від завдань (достатність дії); 2) вибір раціонального способу дії (застосовують такі способи: контактний, дистанційний, внутрішньосудинний, внутрішньопорожнинний, внутрішньоорганний для органів з порожнинами і для патологічних порожнин); 3) індивідуалізація (враховувати особливості пацієнта, зокрема ступінь пігментації його шкіри).

Лазерная діагностика: для діагностики використовується ефекти дуже слабкого лазерного випроміню-вання. Заснована на реєстрації слабких вторинних випромінювань, які виникають в тканинах під дією ЛВ.

Наприклад, якщо у вену ввести гематопорфірин (фотосенсибілізатор), то через декілька днів здорові клі-тини від нього звільняються, а пухлинні – накопичують. Якщо на тканину подіяти синім ЛВ, то пухлина починає світитися.

Ангіоскопія для діагностики атеросклерозного ураження судин. Бляшки містять забарвлені речовини – каротиноїди, ЛВ під дією вони флюорисціюють.

У стоматології – для діагностики тріщин емалі зубів.

Отримання голографічних зображень внутрішніх органів, сформованих відбиванням лазерних променів з використанням світловодів.

Лазерна терапія: дуже важливі властивості ЛВ для терапії і хірургії – можливість дозування і локальність дії ЛВ.

Використовують низькоінтенсивне ЛВ (0,1-1 Вт/см²). Таке ЛВ має протизапальну, нормалізуюче мікроциркуляцію, протинабрякову, тромболітичну, анальгітичну, десенсибілізуючу дію. Також лазерне випромінювання сприяє збільшенню рівня кисню в тканинах, стимуляції регенерації тканин, посиленню метаболізму, імунологічних процесів.

Частіше за все застосовують в комплексі з іншими методами терапії. Наприклад, ЛВ у поєднанні з лікарськими препаратами дозволяє понизити дози ліків, оскільки саме стимулює клітинні процеси + концентрує ліки в хворій зоні (імовірно за рахунок поліпшення мікроциркуляції в органі). Магнітолазеротерапія застосовується для лікування опіків, стенокардії.

На сьогодні дуже перспективний такий напрям як фото динамічна терапія. Суть методу полягає в тому, що в організм пацієнта вводять спеціальну речовину – фотосенсибілізатор. Ця речовина вибірково накопичується раковою пухлиною. Після опромінення спеціальним лазером відбувається серія фотохімічних реакцій з виділенням кисню, який вбиває ракові клітини.

В онкології було помічено, що лазерний промінь створює руйнівну дію на пухлинні клітини. Механізм руйнування оснований на термічному ефекті, внаслідок якого виникає різниця температур між поверхневими і внутрішніми частинами об’єкта, що призводить до сильних динамічних ефектів і руйнування пухлинних клітин.

Одним з способів впливу лазерним випромінюванням на організм є внутрішньовенне лазерне опромінення крові (ВЛОК), яке в даний час успішно використовується в кардіології, пульмонології, ендокринології, гастроентерології, гінекології, урології, анестезіології, дерматології.

В офтальмології лазери застосовують як для лікування так фі для діагностики. За допомогою лазера проводять приварювання сітківки ока, зварювання судин очної судинної оболонки. Для мікрохірургії з лікування глаукоми служать аргонові лазери, що випромінюють в синьо-зеленій області спектра. Для корекції зору давно і успішно використовуються ексимерні лазери.

В дерматології за допомогою лазерного випромінювання лікують багато хронічних захворювань шкіри, а також виводять татуювання.

В стоматології лазерне випромінювання є найбільш ефективним фізіотерапевтичним засобом лікування пародонтозу й захворювань слизової оболонки порожнини рота.

Лазерний промінь застосовується замість голковколювання. Перевагою застосування лазерного променя є те, що відсутній контакт з біологічним об’єктом, а, отже, процес протікає стерильно і безболісно при високій продуктивності.

Лазерна хірургія. ЛВ при інтенсивності рівній 5-10 Вт/см² велика частина енергії ЛВ перетворюється на теплову. Нагрівання тканини від 37 до 600 не викликає структурних змін в тканині, від 60 до 100 - приводить до фотокоагуляції, закипання води, перехід її в пару і розриву клітини. Після перевищення температури 300-4000 тканина чорніє, обвуглюється і починає диміти. Понад 500 – тканина горить і випаровується (фотоабляція, фоторуйнування).

Нагрівання матеріалу відбувається швидко, тепло не передається на сусідні області і концентрується в зоні опромінення. Це дозволяє використовувати вибухову хвилю для руйнування пухлин. Більш всього руйнуються клітини, що пігментуються, оскільки характеризуються максимальним коефіцієнтом погли-нання. Тому часто в патологічні тканини перед їх руйнуванням вводять фарбники, що збільшують поглинаючу здатність цих тканин.

Часто використовують світловоди, які дозволяють робити операції за допомогою лазерів без розрізу.

При косметичних операціях зі зміни форми носу, вух та і інших органів, що містять хрящі: нагрівають ЛВ, змінюють форму і охолоджують).

Лазерний скальпель:

1) безкровний розріз завдяки фотокоагуляцію;

2) надійність в роботі (не зламається об кісточку);

3) прозорий, що розширює поле зору хірурга;

4) абсолютна стерильність (промінь + вбиває мікроби унаслідок високої температури).

5) локальність;

6) анальгетичний ефект. Рана швидко гоїться. Особливо застосовують в офтальмології – лазерна мікрохірургія ока (приварюють сітківку, що відшарувалася, руйнують внутрішньоочні пухлини, глаукому, забезпечуючи відтік внутрішньоочної рідини через мікроотвір).