Повреждающее действие лазерного излучения
 Скачать 42.54 Kb.
|
действие лазерного излученияот CrowQuestion65349 | skachatreferat.ruГОУ ВПО «Северный государственной Медицинский университет» Стоматологический факульет Кафедра Патофизиология, патофизиология головы и шеи. Реферат На тему: Повреждающее действие лазерного излучения Выполнила: студентка 2 курса, Стоматологического факультета Малахова Кристина Олеговна Преподаватель: Лебедев Андрей Викторович. 2016 г. Архангельск. Оглавление: 1.Понятие «Лазеры» 2. Классификация повреждающих действий лазерного излучения 3. Механизм повреждающего действия лучей лазера 4. Степень повреждающего действия в зависимости от особенностей самого излучения 5. Методы лазерной терапии 6. Роль монооксида азота (NO) в лазерном излучении 7. Роль кислорода в лазерном излучении 8. Действие красного света 9. Лазерная гемотерапия 10. Модель термодинамического взаимодействия НИЛИ С.В. Москвин 11. Влияние лазерного излучения на организм человека 12. Заключение Повреждающее действие излучения лазеров 1. Лазеры— устройства для получения узких монохроматических пучков световой энергии высокой интенсивности. Выраженность повреждающего эффекта лазерного излучения зависит от типа оптического квантового генератора, плотности и мощности излучения, физико-химических и биологических особенностей облучаемых тканей (степень их пигментации, кровенаполнение, теплопроводность). 2. Классификация повреждающих действий лазерного излучения: – свободнорадикальный механизм: возбуждение атомов, приводящее к повреждению белковых молекул. – термический эффект связан с поглощением тканью энергии инфракрасной части спектра излучения и тепловой инактивацией белка. – кавитационное действие обусловлено быстрым повышением температуры до уровня, при котором происходитиспарение жидкой части клетки. Возникает «взрывной эффект» (кавитация) вследствие мгновенного образования микрополости с повышенным давлением (до десятков и сотен атмосфер) и распространяющейся от нее ударной волны, разрывающей ткани. – инактивация ферментов или изменение их специфической активности. Монохроматические пучки света необычайной интенсивности и с малым углом расхождения, испускаемые оптическим квантовым генератором (ОКГ), получили применение в медицине в качестве лечебного средства при некоторых заболеваниях (болезни глаз, опухолевые разрастания и др.). Однако при нарушениях дозировки лучи лазера могут оказать и повреждающее действие на живые ткани и структуры. Глубина проникания лучей лазера в организм может достигать 20-25 мм, но время их действия измеряется стотысячными долями секунды. Поэтому ощущения боли не возникает. Проникающие в тело лучи поглощаются тканями, в наибольшей степени - пигментированными. При этом они способны разрушать, расплавлять живые ткани. 3.Механизм повреждающего действия лучей лазера складывается из ряда факторов: 1. термическое действие самого луча и вторичное повышение температуры подлежащих тканей в результате поглощения тепловой энергии; 2. механическое действие в результате возникновения упругих колебаний типа ультразвука или даже ударной волны. Возникает "взрывной эффект" (кавитация) вследствие мгновенного пэрехода твердых и жидких веществ организма в газообразное состояние и резкого повышения внутритканевого давления (до нескольких десятков и сотен атмосфер); 3. биологическое действие - в тканях и клетках после действия на них лучей лазера образуются токсические вещества. Возможно от них зависит прогрессирующий некроз клеток после облучения; 4. инактивация или изменение специфического действия тканевых энзимов. 4.Механизм повреждающего действия лучей лазера зависит от особенностей самого излучения : типа ОКГ, плотности, мощности излучения), физико-химических, биологических особенностей облучаемых тканей (степени пигментации, кровенаполнения, теплопроводности тканей). Вследствие своих биологических и физико-химических особенностей опухолевые клетки более чувствительны к лучу лазера, чем здоровые. Поэтому вонкологии этот вид излучения и находит пока наибольшее применение. Кроме того, ОКГ используется для бескровных операций в хирургии, офтальмологии и др. 5.Методы лазерной терапии отличаются большим разнообразием. Применяются: чрескожная пунктурная лазеротерапия, лазерная гемотерапия, сочетанные методы воздействия НИЛИ с другими лечебными средствами. До настоящего времени нет единого мнения о механизмах действия НИЛИ на организм, его отдельные системы и патологический очаг. Представляется, что многообразие и системный характер вторичных биохимических и физиологических эффектов лазерного облучения крови объясняется многообразием фотоакцепторов и запускаемых первичных фотобиологических реакций на молекулярном, субклеточном и клеточном уровнях. В процессе взаимодействия лазерного излучения с биологическим субстратом возникают фотобиологические реакции, которые протекают стадийно: поглощение кванта света и внутримолекулярное перераспределение энергии (фотофизические процессы), межмолекулярный перенос энергии и первичные фотохимические реакции, биохимические процессы с участием фотопродуктов, вторичные фотобиологические реакции и общефизиологический ответ организма на действие света. Существует несколько гипотез о механизме терапевтического действия НИЛИ. Система клеточного взаимодействия, а также тканевого и органного функционирования основана на ковалентной трансформации мембранных белков. Например, мембраносвязанная аденилатциклаза, превращающая АТФ в циклический аденозинмонофосфат (цАМФ), содержит домены, формирующие каталитическое ядро [3]. Любой фактор, изменяющий пространственную структуру этих доменов, в том числе НИЛИ, может изменить каталитическую активность фермента и увеличить количество цАМФ [20]. Последний в свою очередь приводит к снижению внутриклеточной концентрации мессенджера многих метаболических процессов – ионов кальция. При ишемии головного мозга высокая концентрациях Са2+ в нейронах является триггером нарушения ионного транспорта и активации цитоплазматических ферментов (протеинкиназ, липаз, эндонуклеаз), кальций-опосредованной эксайтотоксичности и глутамат-кальциевого каскада, а также способствует агрегации тромбоцитов, активации реакций перекисного окисления липидов(ПОЛ) и свободнорадикального окисления . Эти сведения согласуются с одной из гипотез, которая заключается в том, что механизм биологического действия НИЛИ реализуется через конформационную перестройку белков биомембран, ведущую к изменению их функциональной активности, в том числе цАМФ . Известно, что in vitro и in vivo НИЛИ вызывает активацию таких ферментов, как Са2+- и Mg2+-АТФаза, никотинамидадениндинуклеотид (НАД)- и никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ)-дегидрогеназа, лактат- и малатдегидрогеназа, трансаминаз, повышает содержание адениннуклеотидов в головном мозге, которые обеспечивают непрерывность реокисления НАДН и играют важную роль в аэробном и анаэробном энергообразовании . Имеются данные о том, что НИЛИ изменяет скорость метаболических процессов в тканях, причем эффект проявляется через 5 мин после его воздействия. В ряде экспериментальных исследований показано, что взаимодействие НИЛИ с компонентами дыхательной цепи приводит к их реактивации и стимуляции синтеза макроэргов, так как хромофорами лазерного света в организме человека являются цитохромы α– α3 и цитохромоксидаза. При исследовании адаптации к гипоксии у крыс доказано, что повышение активности ферментов и содержания адениннуклеотидного пула в тканях мозга является биохимическим адаптационным механизмом, позволяющим снизить энергетический дефицит в клетках. Следовательно, модулируя активность важнейших ферментативных систем, НИЛИ оказывает компенсаторное и саногенетическое воздействие при гипоксии головного мозга. В ряде работ развивается концепция, согласно которой механизм действия НИЛИ основан на фотосенсибилизации эндогенных фотоакцепторов – порфиринов, входящих в состав гемопротеидов (гемоглобина, миоглобина, церулоплазмина, цитохромов) и металлосодержащих ферментов – супероксиддисмутазы (СОД), пероксидазы, каталазы . В условиях гипоксии в органах и тканях резко возрастает количество эндогенных порфиринов, поглощающих излучение в видимой области спектра. Они являются высокоактивными веществами, влияющими на все метаболические процессы, внутриклеточные сигнальные механизмы, активность синтеза оксида азота (NOS) и гуанилатциклазы. Нейропротективное действие в диапазоне длин волн красного и инфракрасного НИЛИ основывается, кроме того, на его способности угнетать ПОЛклеточных мембран, активизировать ферменты антиоксидантной системы – СОД и каталазу . В этом же ряду стоят исследования по идентификации первичных фотоакцепторов лазерного излучения и механизмов первичных фотореакций, развивающихся in vivo под действием внутривенного лазерного облучения крови (ВЛОК) ГНЛ на основании изучения спектров поглощения в ультрафиолетовой и инфракрасной областях. Было показано, что излучение ГНЛ поглощается гемоглобином крови, который является первичным фотоакцептором лазерного излучения с длиной волны 632,8 нм. НИЛИ одновременно влияет на структуру гема и полипептидных цепочек гемоглобина, что ведет к конформационным перестройкам молекулы гемоглобина и изменению кислородтранспортной функции крови. 6.Роль монооксида азота (NO), довольно значима в реализации терапевтического действия НИЛИ, учитывая факт снижения его синтеза при постишемической реперфузии не только в области ишемии, но и дистантно. Синтез NO в организме осуществляется несколькими изоформами NOS, в состав которых входит протопорфирин IX. Этот фермент является фотоакцептором лазерного излучения, а eNOS может рассматриваться как мишень НИЛИ при облучении крови . Стимуляция синтеза NO ведет к снижению реперфузионного повреждения эндотелия радикалами кислорода, которые образуются при ишемии-реперфузии, так как NO нейтрализует их, выступая в роли антиоксиданта. Нарушение сбалансированной продукции вазоконстрикторов и NO при ишемии-реперфузии приводит к нарушению возобновления кровотока на уровне микроциркуляторного русла после ишемии (феномен no-reflow), что усугубляет гипоксию тканей. В последние годы появились данные об NO-зависимом эндотелий-протективном эффекте при ишемической адаптации, связанном с предупреждением развития постишемической дисфункции эндотелия. Этот эффект сопровождается уменьшением адгезии лейкоцитов и тромбоцитов к эндотелию ишемизированной ткани, сохранением способности сосудов к дилатации, что предупреждает развитие «no-reflow». Интересны сведения о влиянии гемоглобина на концентрацию NO в плазме, в связи с тем, что нитрозольные комплексы гемоглобина служат депо NO . Сосудистое русло является своеобразным «сливом» для избытка NO, продуцируемого мозговой тканью. Оксид азота взаимодействует и с другими гемопротеидами, а ВЛОК способствуетвысвобождению NO из этих соединений. 7.По мнению ряда исследователей, кислород, благодаря наличию у него полосы поглощения в области 630 нм, активно поглощает красный свет и переходит в возбужденное состояние, индуцирующее в тканях окислительные процессы. Согласно представлениям некоторых авторов, молекулы кислорода, находящегося в межлипидном пространстве мембран клеток, являются основным акцептором лазерного излучения. Возникающие при этом гидроперекиси липидов в присутствии восстановленных форм железа инициируют цепную реакцию окисления полиненасыщенных жирных кислот клеточных мембран и плазмы крови. Возбужденный кислород, образующийся в результате фотохимических реакций, обладает разнообразными свойствами, в частности, он может повреждать цитоплазматические мембраны, что сопровождается соответствующими физиологическими реакциями на уровне целостного организма. Существует мнение, что при отсутствии специальных рецепторов имеется неспецифическое полевое воздействие НИЛИ, акцепторами которого являются важнейшие биополимеры: белки, ферменты, липиды. При этом терапевтический эффект лазерного воздействия объясняют обратимой модификацией структуры компонентов клетки, конформационным изменением мембраны и ее регуляторной функции . Если все существующие концепции первичного механизма действия НИЛИ на биологические объекты основаны на предположении о фотохимической природе этого явления, то в настоящее время развивается и другое предположение, в основе которого лежит представление о действии на клетки и органеллы градиентных сил, возникающих при наличии пространственных градиентов интенсивности излучения. Причем, по мнению авторов, явление возникает лишь при освещении объектов когерентным светом, когда появляются определенные спекл-структуры, образующиеся на поверхности и в глубине объекта. В свою очередь градиентные силы могут: вызывать различные селективные изменения локальной концентрации и состава среды, повышать парциальную температуру микрочастиц, приводить к конформационным изменениям мембран и ферментов. Развивается также концепция, согласно которой фотофизическим процессом, определяющим перестройку пространственного строения различных ферментов и мембранных структур под действием НИЛИ, является нерезонансное взаимодействие, а не поглощение егоквантов. 8.Возможно также, что действие красного света реализуется через изменения свойств свободной и связанной воды в клетке. Сделана попытка объяснить физиологическую активность красного лазерного излучения спектрально-неспецифичным полевым действием на жидкие среды организма . В последние годы рассматривается гипотеза о фотодинамическом механизме действия НИЛИ, согласно которой хромофорами лазерного излучения в красной области спектра являются эндогенные порфирины, известные как фотосенсибилизаторы, содержание которых возрастает при многих патологических процессах. Увеличение внутрилейкоцитарного содержания кальция, происходящее под влиянием поглощения порфиринами НИЛИ, запускает Са2+-зависимые реакции, приводящие к предстимуляции, так называемому праймингу, что в свою очередь вызывает возрастание продукции различных биологически активных соединений, в том числе оксида азота. Последний, как известно, улучшает микроциркуляцию, что активно используется в клинической медицине с хорошим эффектом. Фотонейродинамическая концепция объясняет универсальный нозологически неспецифический лечебный эффект воздействия ГНЛ процессами гомеостатического моторно-вегетативного регулирования. Формирование местного биостимулирующего эффекта происходит в результате структурно-функциональной перестройки биомембран и повышенной активности основных метаболических систем клетки, связанных с образованием макроэргов. Наблюдаемая в условиях лазерного излучения стабилизация клеточных мембран обусловлена метаболическими сдвигами, которые ведут к изменению вязкости и жесткости мембран, поверхностного заряда и мембранного потенциала [45, 49]. 9. Одним из методов лазерной терапии является лазерная гемотерапия, включающая ВЛОК и чрескожное лазерное облучение крови (ЧЛОК). Н.Ф. Гамалея считал, что при световом облучении крови имеются особые пути реализации этого воздействия. Учитывая, что кровь – система полифункциональная, выполняющая в организме в числе прочих функцию интегрирующей среды, ее облучение обеспечивает ответ организма в целом. Следовательно, лазерное воздействие на кровь лучше других способов облучения воплощает на практике представления, согласно которым НИЛИ является не средством лечения определенных заболеваний, а инструментом общей стимуляции организма, применяемымпри многих патологических состояниях [21]. Всю совокупность изменений в крови, наблюдаемых при ВЛОК, рассматривают как отклик системы регулирования гомеостаза на развитие патологических процессов в отдельных органах и тканях, где лазерное излучение выступает в качестве триггера, запускающего этот механизм через систему неспецифического регулирования . 10. Ранее С.В. Москвиным была предложена и обоснована модель термодинамического взаимодействия НИЛИ с внутриклеточными компонентами с последующим интрацеллюлярным высвобождением ионов кальция и развитием кальций-опосредованных процессов. Эритроциты как порфиринсодержащие клетки являются акцепторами (хромофорами) лазерного излучения в красной области спектра. Это во многом объясняет позитивное действие НИЛИ на реологические свойства крови: снижение эритроцитарной агрегации увеличение способности эритроцитов к деформируемости вследствие изменения их физико-химических свойств (повышение отрицательного электрического заряда на мембране, модификация ее структуры и микрореологии эритроцитарной цитоплазмы) Лазерное облучение вызывает структурную перестройку мембран форменных элементов крови и оказывает мембраностабилизирующее действие, ведущее к: изменению пластических характеристик клеток крови, снижению агрегации тромбоцитов и их чувствительности к тромбоксану А2, ингибированию ключевых ферментов арахидоновой кислоты – циклооксигеназы и тромбоксансинтетазы . Уменьшение агрегационного потенциала крови коррелирует с улучшением ее реологических свойств под действием лазерной гемотерапи. Это интенсифицирует кровообращение на уровне микроциркуляторного русла, увеличивает зоны доставки кислорода и активизирует аэробные метаболические процессы, реализуя антигипоксический эффект НИЛИ . Активация микроциркуляции при ЛОК обусловлена также нормализацией коллоидно-осмотического давления в микрососудах и снижением вязкости крови, вазодилатацией и стимуляцией неоваскулогенеза . В результате происходит включение резервных капилляров и коллатералей в кровоток, достигается оптимизация органной перфузии и увеличение количества доступного О2 . В процессе лазерной гемотерапии улучшается мозговая гемодинамика, что характеризуется увеличением кровенаполнения сосудов головного мозга и линейнойскорости кровотока, стимуляцией венозного оттока . Кроме того, в основе саногенетических изменений микроциркуляции при ишемии лежит нормализирующее действие лазерного облучения на активность вегетативной нервной системы с оптимизацией вегетативного обеспечения функционирования органов и тканей, в том числе влияния на тонус сосудистой стенки и нормализации нервной возбудимости. Установлено отсутствие повреждающего действия ВЛОК на эндотелий сосудов . Сравнительный анализ эффективности ВЛОК и внутривенного применения реологически активных препаратов показал преимущества лазерного облучения . Между тем влияние НИЛИ на резистентность эритроцитов неоднозначно. Экспериментально установлено минимальное повреждающее действие лазерного излучения на эритроциты. Если лазерное воздействие не превышает определенных критических доз, эритроциты восстанавливают индуцируемые светом повреждения для перехода в новое устойчивое состояние . Свертывание крови представляет собой каскад ферментативных реакций, которые реализуются по внутреннему и(или) внешнему пути через активацию сериновых протеаз (плазменных факторов свертывания) . Одним из факторов, способным оказать модифицирующее влияние на измененную гемокоагуляцию при церебральной ишемии, является ЛОК, которое реализует свое действие посредством изменения активности различных ферментативных систем. Квант света лазерного излучения при воздействии на клетки и биоструктуры крови за счет своего избирательного поглощения модулирует действие ферментов свертывающей системы крови. НИЛИ оказывает гипокоагуляционное и фибринолитическое действие, сочетающееся с эффектом ускорения кровотока в микрососудах, что создает оптимальные условия для нормализации нарушенной гемодинамики . 11.Экспериментальные и клинические исследования показывают, что под влиянием НИЛИ происходит: - восстановление эндотелия, - реактивация ферментов, поврежденных при различных патологических состояниях, - активация биосинтетических процессов в ферментативных системах, - усиление транскапиллярного кровообращения и улучшение энергетического метаболизма,- интенсификация обмена веществ, нормализация проницаемости сосудисто-тканевых барьеров и - гемостатической, фибринолитической активности крови. Наряду с вышеперечисленными биологическими эффектами ВЛОК обладает адаптогенным влиянием на нейрогуморальную регуляцию, что выражается в модулирующем воздействии на функцию системы гипофиз–кора надпочечников , иммунокорригирующим и аналгезирующим действием . Интерес представляют также данные об ультраструктурной перестройке нейронов в ЦНС под действием НИЛИ. Нами показано, что ВЛОК излучением инфракрасного лазера с выходной мощностью 2 мВт после моделирования церебральной ишемии не только предотвращает развитие деструктивных процессов, но и активизирует репаративные резервы клеток, стимулируя процессы регенерации, что является важным механизмом действия НИЛИ, запускающим процессы внутриклеточной и клеточной регенерации в ЦНС [53]. Все вышеперечисленные эффекты лазерного излучения ведут к обеспечению наиболее благоприятного режима функционирования метаболических процессов в ишемизированных тканях, что свидетельствует о целесообразности применения НИЛИ при церебральной ишемии. 12. Заключение: Таким образом, НИЛИ оказывает выраженное многокомпонентное, патогенетически обоснованное влияние при целом ряде патологических состояний. Благодаря широте терапевтических эффектов и хорошей переносимости ВЛОК является уникальным средством направленного воздействия на организм. Этот метод лечения в комплексе с другими лечебными мероприятиями может применяться при заболеваниях, характеризующихся полиэтиологичностью, сложным многозвеньевым патогенезом, длительностью восстановления и рефрактерностью к проводимой терапии. Характер патогенеза острой и хронической ишемии головного мозга открывает возможность эффективного использования лазерной гемотерапии в острой стадии ишемического инсульта и при хронических цереброваскулярных заболеваниях в качестве средства патогенетической терапии, а также для стимуляции адаптационно-компенсаторных процессов в организме. Список литературы: 1 2.http://www.mednovosti.by/journal.aspx?article=4065 3.http://www.studfiles.ru/preview/5242376/page:4/ 4.http://pandia.ru/text/78/472/55967.php |