Применение лазеров в медицине

нанотехнологий и телекоммуникаций Санкт-Петербургский Политехнический университет Петра Великого

(излучатель располагают на некотором расстоянии от тела),
контактный (излучатель соприкасается

с кожным покровом),
внутрисосудистый (световод излучателя находится в просвете сосуда),
надсосудистый (излучатель с помощью специального приспособления крепится над кровеносным сосудом),
внутриорганный (световод находится внутри полого органа, например, мочевого пузыря),
внутриполостной (световод находится внутри естественной полости).

сегмент, например, участок спинного мозга. При воздействии лазерным излучением на

область сегмента улучшается кровообращение спинного мозга, корешков и радикуломедуллярных артерий.
3. Воздействие на сосудисто-нервный пучок. Такое воздействие проводится при полиневритах, облитерирующих заболеваниях сосудов и параличах конечностей, а также для воздействия на магистральные сосуды головы.
4. Воздействие на акупунктурные точки.
5. Сканирование лазерным лучом Терапия лазерным сканирующим лучом - метод лазерной терапии, при котором лазерный луч последовательно проходит по заданному закону необходимую область воздействия.

лазерного излучения получило название магнитолазерная терапия (МЛТ). А.К. Полонский и

соавт. (1984) экспериментально показали, что сочетание ПМП (25-30 мТ) и ЛТ (4,5 -5,0 мВт/см2) более эффективно, чем лазеротерапия и магнитотерапия применяемые раздельно, кроме того, увеличивается глубина проникновения луча.
7. Гидролазерная терапия.
8. Воздействие на кровь. Лазерное облучение крови производят двумя способами: инвазивным и неинвазивным. При инвазивном (внутрисосудистым) способе производится пункция сосуда иглой со световодом. При неинвазивном способе (транскутантное облучение крови) лазерный излучатель устанавливают над кровеносным сосудом (в проекции крупных магистральных сосудов: локтевая ямка, паховый треугольник, надключичная ямка и в проекции кровеносных сосудов на шее: внутренняя сонная артерия.

терапии можно использовать оригинальный способ (автор д.ф.-м.н. В.А. Овсянников)- матричную

компоновку лазерных излучателей таким образом, чтобы их лучи перекрывались в глубине тканей.

в клинической практике, используется в медицине в двух основных направлениях:
1) при

фотодинамической терапии (ФДТ) опухолей, где проявляется поражающий эффект НИЛИ ,
2) при лечении широкого круга различных воспалительных заболеваний лазеротерапией (ЛТ), где проявляется стимулирующий эффект НИЛИ .
В основе механизма поражающего действия НИЛИ при ФДТ опухолей лежит инициация фотосенсибилизированных свободнорадикальных реакций (СРР), возникающих в результате взаимодействия квантов лазерного излучения с молекулами фотосенсибилизатора в присутствии кислорода.
Механизм или механизмы стимулирующего действия НИЛИ далеки от своего понимания.

установлены экспериментально в клинике. Клиническое использование этих способностей осуществлялось в

форме лазерных воздействий на участки кожи или путем внутривенного, световодного облучения крови. Развитие лазерной терапии, как нового направления медицины, сдерживалось из-за отсутствия теоретического обоснования ряда проблемных вопросов взаимодействия лазерного излучения с живыми тканями.
В начальных исследованиях лазерные воздействия проводились или на участки патологически измененных тканей, или на биологически активные точки. Не было научного обоснования выбора схем лазерных воздействий для лечения различных заболеваний.
Лазерные излучения долгое время запрещалось использовать для лечения онкологических больных или тяжелых инфекционных заболеваний.

на вязкость плазмы и СОЭ
+ 13%
- 50%
* p ≤0.05
*
*
*

на агрегацию эритроцитов
контроль
облучение λ= 808 нм
10 нм
+ 30%
* p ≤0.05
*

из самых коварных свойств НИЛИ – резкая зависимость величины и

даже знака эффекта от дозы облучения и функционального состояния биологического объекта. Позитивное, стимулирующее действие проявляется, как правило, в узком интервале доз облучения, а затем исчезает или даже сменяется угнетающим действием. Так как до настоящего времени не объяснены механизмы терапевтического действия НИЛИ на организм человека и не определена природа эндогенного хромофора лазерного излучения, до сих пор нет научно обоснованного метода выбора доз облучения при НИЛИ.

104) от времени облучения лазером ( = 650 нм, Р

= 3 мВт) модельных водных дисперсий белка бычьего сывороточного альбумина (БСА) .

(ГНЛ), длина волны излучения которого составляет 632,8 нм.
Применительно к

этому источнику лазерной энергии в литературе высказывается предположение, что хромофорами в красной области спектра могут быть:
порфирины и его производные,
молекулы ферментов-антиоксидантов: супероксид-дисмутаза (СОД), каталаза, церулоплазмин ,
компоненты дыхательной цепи митохондрий: флавопротеины и цитохромы,
молекулярный кислород .

рассматривается несколько предположений о механизме действия лазерного излучения:
1) реактивация металлосодерждащих ферментов-антиоксидантов,
2) гипотеза

о взаимодействии НИЛИ с компонентами цепи транспорта электронов в митохондриях,
3) неспецифическое влияние на биополимеры,
4) фотовозбужденное образование синглетного кислорода ,
5) неспецифическое влияние на структуру биологических макромолекул и воды .

своим параметрам не может производить какие-либо поражающие воздействия на биомолекулы.

Энергия квантов и красного, и инфракрасного излучения недостаточна для их разрушения (ионизации); при поглощении энергии этих излучений они способны лишь переходить в возбужденное состояние.
Известно, что в возбужденном состоянии некоторые биомолекулы способны изменять свою молекулярную структуру и переходить в новое стабильное или квазистабильное состояние с новыми энергетическими связями, запасая (сохраняя) таким образом часть
поглощенной энергии.

являются эндогенные порфирины. Содержание порфиринов в организме увеличивается при многих

заболеваниях и патологических состояниях человека. Мишенями лазерной энергии являются клетки, в частности лейкоциты, и липопротеины крови, содержащие порфирины.
2. Порфирины, поглощая световую энергию НИЛИ, индуцируют фотосенсибилизированные свободнорадикальные реакции, приводящие к инициации перекисного окисления липидов (ПОЛ) в мембранах лейкоцитов и в липопротеинах с образованием первичных и вторичных продуктов ПОЛ. Накопление в мембранах продуктов ПОЛ, в частности гидроперекисей, способствует увеличению ионной проницаемости, в том числе и для ионов Са2+.

приводящие к повышению уровня функциональной активности клетки, к повышению продукции

различных биологически активных соединений (оксид азота, супероксид-анион-радикал кислорода, гипохлорит-анион и др.). Некоторые из них обладают бактерицидным эффектом, другие способны влиять на микроциркуляцию крови. Например, оксид азота является предшественником так называемого Endothelium Derived Relaxing Factor (EDRF) – фактора, расслабляющего эндотелий сосудов, который приводит к вазодилятации последних и к улучшению микроциркуляции, что является основой для большинства благотворных клинических эффектов ЛТ.

невритах, невралгиях, нервных тиках. Болезни нервной системы сопровождаются головной болью,

головокружениями, тошнотой, шумом в ушах, обмороками, ухудшением памяти. Человек чувствует слабость в руках и ногах, быстро утомляется, у него могут быть проблемы со сном.
Заболевания и воспаления суставов
Лазерная терапия назначается при инфекционном, травматическом или ревматоидном артрите, миозитах, подагре, артрозах коленного и тазобедренного суставов, мелких суставов. Болезни суставов сопровождаются болью, отёком, покраснением и повышением температуры в области сустава. Человек не может свободно двигать суставом, при движениях слышится хруст.

головных болях, дисциркуляторной энцефалопатии. Сосудистые заболевания сопровождаются шумом в ушах и головокружениями,

ухудшением памяти. Человек быстро утомляется, у него снижается работоспособность, он может быть рассеянным, раздражительным.
Последствия травм
Лазерная терапия облегчает последствия переломов, вывихов, повреждений связок, сухожилий и мягких тканей. Лазер стимулирует процессы восстановления, заживление ран, снимает боль, отёк и воспаление.

крови;
острые инфекционные заболевания, опухоли;
сахарный диабет, болезни щитовидной железы;
почечная и печёночная недостаточность;
заболевания

сердечно-сосудистой системы;
острые нарушения мозгового кровообращения;
психические заболевания.
Врачи клиник лазерной терапии не рекомендуют проводить процедуру при беременности, высокой температуре и повышенной чувствительности кожи к свету.

практике направлений применения лазеров – низкоинтенсивного стимулирующего лазерного излучения и

высокоэнергетического повреждающего излучения, быстрыми темпами развивается третье направление – фотодинамическая терапия опухолей (ФДТ). Интерес к ней обусловлен тем, что разрушение опухоли достигается при облучении её низкоинтенсивным лазерным излучением, исключающим опасность неконтролируемого термического повреждения стенки органа.

в Копенгагене датским физиком Н.-Р.Финсеном
Самым важным его открытием стала

возможность применения солнечного света или света, получаемого от угольной дуги, для лечения туберкулезного поражения кожи. Это открытие получило
широкое признание. В Копенгагене был основан назван-
ный в честь Финсена Институт Медицинского Света, а в
1903 году автору изобретения была вручена Нобелевская
премия за его работы по фототерапии. С тех пор он заслу-
женно считается основателем этой дисциплины.

лазерная установка на красителе Родамин В с длиной волны 630

нм, с накачкой от лазера на парах меди, работающая в импульсно-периодическом режиме.
При ФДТ с фотогемом (фотосенсибилизатор) применяют лазеры на красителях с выходной мощностью 2-4 Вт при длине волны 628-630 нм, накачиваемые аргоновым (12-20 Вт) лазером непрерывного действия, или лазеры на парах меди (12-20 Вт), работающие в импульсно-периодическом режиме. Кроме того, для этой цели используют лазеры на парах золота с выходной мощностью 2-5 Вт.
Для подведения световой энергии используют световоды : для наружного облучения с микролинзой на конце или шлифованным торцом, для интерстициального облучения с цилиндрическим диффузором длиной 0,5-3,0 см. 

сенсибилизатора.
Второй этап продолжительностью от нескольких часов до трех суток

необходим для накопления сенсибилизатора в опухоли. При этом в зависимости от химической природы вещества и типа опухоли устанавливается определенное соотношение концентрации сенсибилизатора в опухоли и окружающей нормальной ткани. Для используемых сегодня препаратов это отношение колеблется от 3 до 10. На втором этапе проводят флуоресцентную диагностику. По интенсивности флуоресценции фотосенсибилизатора судят о размерах опухоли и ее расположении.
На третьем этапе пораженный участок облучают светом определенной длины волны. В качестве источника света обычно используется лазер и система световодов, которая позволяет доставлять свет во внутренние органы. В участках опухоли, содержащих сенсибилизатор, развиваются высокотоксичные фотохимические превращения, которые приводят к гибели раковых клеток. . При этом соседние нормальные клетки сохраняются.
Четвертый этап продолжительностью от 2 до 4 недель приводит к разрушению злокачественной опухоли и к частичному или полному восстановлению пораженных участков.

или молекулам-мишеням приписывается антителам, липосомам и лектинам . Липопротеиды плазмы

крови, особенно их низко-молекулярная фракция, способны доставлять любые фотосенсибилизаторы к клеткам-мишеням, прикрепляясь к их специфическим рецепторам. Наибольшим числом рецепторов к липопротеидам обладают активно пролифилирующие клетки, включая опухолевые и эндотелии сосудов.

б – накопление фотосенсибилизатора в опухоли, диагностика опухоли; в -

облучение пораженного участка красным светом; г- некроз опухоли

которых лежат два механизма. Реакции первого типа включают процессы, в

которых образующаяся активная форма сенсибилизатора непосредственно взаимодействует с молекулой субстрата. Общий механизм по типу I представлен уравнениями (а) — (г):

переходит в возбужденную форму *С. Возбужденная форма реагирует с субстратом

клетки, давая два радикала (б). Гидрированная форма сенсибилизатора (стадия в) окисляется кислородом воздуха в исходную структуру. Радикал субстрата R● может окислять либо другие субстраты, либо присоединять кислород, образуя перекисные радикалы RO2● (г).
При втором механизме (тип II) возбужденная молекула сенсибилизатора взаимодействует с кислородом, давая активную синглетную форму кислорода ¹О2. Эта форма обладает значительно большей подвижностью по сравнению с формой *С (тип I) и более активно окисляет внутренние элементы клетки. Механизм по типу II обычно преобладает при ФДТ.

в синглетное состояние S1 и затем в результате потери части

энергии - в долгоживущее триплетное состояние T1. На стадиях синглетного и частично триплетного состояний сенсибилизатор может участвовать в фото­химических реакциях типа I. При достаточном времени жизни триплетного состояния и энергии, превышающей 94 кДж, возможно образование синглетного кислорода ¹О2. В этом случае некроз клетки протекает, в основном, по типу II.

кислорода.

липидов (2), гистидина (3) и триптофана (4) [9].

массивных, или глубоколежащих опухолях поверхностное облучение светом будет недостаточным для

воздействия на всю толщу новообразования. В этом случае использование ФДТ в качестве монотерапии будет недостаточным. В качестве варианта лечения следует рассматривать комбинацию ФДТ и хирургического вмешательства. Так же существует проблема лечения микрометастазов, например в регионарных лимфатических узлах.

к раковым клеткам и слабо задерживаться в нормальных тканях;
2)

обладать низкой токсичностью и легко выводиться из организма;
3) слабо накапливаться в коже;
4) быть устойчивыми при хранении и введении в организм;
5) обладать хорошей люминесценцией для надежной диагностики опухоли;
6) иметь высокий квантовый выход триплетного состояния с энергией не меньше 94 кДж/моль;
7) иметь интенсивный максимум поглощения в области 660 - 900 нм, где биологические ткани имеют наибольшее пропускание;
8) хорошую растворимость в воде или разрешенных для внутривенного введения жидкостях и кровезаменителях.

первых сенсибилизаторов на основе порфиринов.
Порфирины и их гидрированные аналоги

- хлорины и бактериохлорины играют важную роль в природе. Они входят в состав таких известных белков, как гемоглобин, миоглобин, ферментов каталазы, пероксидазы и многочисленной группы цитохромов. Эти гемопротеиды участвуют в транспорте кислорода и обеспечении животных организмов энергией. Фотосинтез и родственные ему процессы выполняются второй обширной группой порфиринов — хлорофиллами и бактериохлорофиллами.
Первая группа порфиринов выступает в форме железных комплексов, а хлорины и бактериохлорины содержат магний.

первом этапе производится внутривенное введение приготовленного раствора Визудина .
На

втором этапе через 15 минут после начала инфузии Визудина производится его активация нетермическим красным светом, генерируемым диодным лазером (длиной волны 689 ± 3 нм, интенсивностью 600 мВт/ см2 и необходимой энергией излучения 50 Дж/см2 .
Из кровотока Визудин избирательно поглощается только вновь образованными сосудами глаза, вызывая их запустевание, и практически не оказывает влияния на пигментный эпителий сетчатки.

лечении акне с
использованием геля на основе комплексов амфифильных полимеров

с фотодитазином

современный метод лечения, в основе которого лежат процессы, позволяющие разрушать

вредоносные клетки путем накопления в них специального вещества,- фотосенсибилизатора, которое в дальнейшем взаимодействует с поглощенным светом. Данное вещество действует избирательно и накапливается лишь в клетках с патологией, уничтожая их таким образом. Метод хорошо себя зарекомендовал при лечении дисплазии шейки матки с помощью фотодитазина.
В последнее время фотодинамическая терапия стала применяться и в стоматологии для профилактики и лечения заболеваний полости рта, процедурах лазерного отбеливания и в других областях.

случаях:
Лечение и профилактика пародонтита
Лечение хронического и острого гингивита, альвеолита
Послеоперационная реабилитация
Профилактика

септицемии (заражения крови)
Лечение дисколорита (изменения цвета) зубов (лазерное отбеливание)

методов лечения эндогенных дисколоритов. Сейчас существуют специальные системы, которые обеспечивают

эффективное лечение дисколорита «тетрациклиновые зубы» с помощью фотодинамического эффекта на основе специального геля с фотосенсибилизатором на основе Радомина С и специального лазера с длиной волны, обеспечивающей разрушение «тетрациклиновой цепи». Данная технология подробно изучена, в том числе с помощью микроскопии, доказана ее низкая токсичность. Клинические исследования показали превосходный результат, что позволило применять ее в клинической практике зарубежных стран. В России идет процесс регистрации и сертификации.