Жорина Л.В., Змиевской Г.Н. Основы взаимодействия физических полей с биологическими объектами (2006) (1095846), страница 32
Текст из файла (страница 32)
е. длины волн, на которых интенсивность поглощения или флуоресценции молекулы при переходе из одной формы ее существования в другую не меняется. Изобестические точки в спектрах имеет также ряд флуоресцентных зондов. Например, на длинах волн 430, 586 и 850 нм поглощение света оксигемоглобином и восстановленным гемоглобином крови практически одинаково. Проводя измерения на промежуточных длинах волн в сочетании с измерениями на двух изобестических точках, можно определить процент оксигенированной крови. 4.3. СВЕТО- И ЛАЗЕРОТЕРАПИЯ. ЛАЗЕРНАЯ ХИРУРГИЯ Однофотонные фотобиохимические процессы. Многофонтонное возбуждение. В основе лазерной терапии лежит управление биохимическими процессами с помощью оптического излуче- !71 ния, которое возбуждает биомолекулы.
Возбужденная молекула либо сама принимает участие в химической реакции, либо передает свое возбуждение другой молекуле, участвующей в химических превращениях. Различают однофотонное возбуждение (малые интенсивности света — линейная фотобиология) и многофотонное (большие интенсивности — нелинейная фотобиология), когда молекула может поглощать больше одного фотона. Однофотонные и многофотонные переходы 15Ц подчиняются разным правилам отбора, поэтому они дают дополнительную по отношению друг к другу спектроскопическую информацию. При двухфотонном поглощении два фотона одновременно поглощаются„что приводит к возбуждению одной молекулы и переходу ее на верхние возбужденные уровни: Б!+ (йо2) — в 82 Бо+ (йу!) Т1+ (йм2) — в Т, Поскольку это нелинейный процесс, сечение поглощения для него на много порядков меньше сечения однофотонного поглощения. Двухфотонное поглощение может использоваться для зондирования возбужденных состояний, недостижимых при однофотонном возбуждении.
В молекулах, обладающих центром симметрии, электронные состояния можно разделить на четные д и нечетные и. Однофотонные переходы из я в д или из и в и запрещены, однако двухфотонные переходы между этими состояниями разрешены. При наличии мощных лазерных источников индуцируются многофотонные переходы, вероятность которых возрастает с ростом интенсивности. Таким образом, спектроскопия многофотонного поглощения позволяет изучать набор новых электронных колебательных и вращательных состояний и переходы между ними, которые нельзя наблюдать при однофотонном поглощении. Однофотонные фотобиохимические процессы лежат в основе фототерапии и фотохимиотерапии желтухи новорожденных (избыточная билирубинемия), различных заболеваний кожи и рака.
Билирубин (БР) не является фотосенсибилизатором. Он очень фотолабилен, но продукты его фотолиза не вызывают заметных негативных эффектов, Содержание билирубина в крови новорожденных намного выше, чем в крови взрослых (20 мг % по сравне- ' 1 мг % — в 1 мг раствора (в данном случае крови) содержится 1 % сухого вещества (в данном случае билирубн на) 172 нию с ! мг%), так как печень младенцев не обеспечивает устранения билирубина из крови.
При желтухе гемоглобин деградирует в билирубин, что приводит к поражению нервной системы. Билирубин разрушается при облучении синим светом 400...500 нм, что является основой фототерапии желтухи в роддомах. Основными равновероятными механизмами разрушения били- рубина являются: 1) фотодинамическое окисление с образованием синглетного кислорода 02 . 'БР + 02 — + БРо+ 02, и далее — окисле- 1 3 а 3 ьо 1 ние и вывод из организма; 2) фотоизомеризация БР под действием света, далее — вывод из организма. Однофотонные процессы возможны при сравнительно низкой 2 интенсивности света (- ! Вт/см ), которую можно получить от не- лазерных источников. Однако использование лазеров дает ряд преимуществ: высокая монохроматичность, пространственная когерентность, малая расходимосп (узконаправленный пучок) обеспечивают возможность селективного воздействия и эффективной доставки излучения к труднодоступным тканям с помощью световодов.
Лазерная терапия применяется в дерматологии, гинекологии, стоматологии, ортопедии (в том числе при несрастающихся переломах костей и др.). В невропатологии при лечении периферической и центральной нервной системы используют лазерную рефлексотерапию (лазеропунктуру), облучая биологически активные точки, рекомендуемые при соответствующем заболевании в классической рефлексотерапии. Рассмотрим в качестве примера лечение псориаза. При лечении используют экзогенный фотосенсибилизатор псорален дозой 0,6 мг!кг массы больного и спектром биодействия 320...390 нм. Псорален назначается в виде мази, таблеток, инъекций, ванн.
Источниками излучения служат ртутные ксеноновые лампы, Уг(э-эксимерные лазеры при локальном применении.Механизм действия псоралена сводится к трем пунктам: 1) димеризация ДНК и РНК; 2) фотодиссоциация; 3) образование свободных радикалов. Для лечения трофических и долго не заживающих ран и язв применяют красное излучение (3.
= 632,8 нм) Не-Хе лазера. Часто терапевтический эффект красного лазерного излучения связывают с его когерентностью или высокой поляризованностью. Однако 173 скорость релаксации возбужденных молекул (скорость потери когерентности) в конденсированной среде при комнатной темпера- 10 туре в 1О раз выше, чем их скорость возбуждения при используемых интенсивностях лазерного излучения. Терапевтический эффект наблюдается и при использовании нелазерных источников. Поэтому местный лечебный эффект низкоинтенсивного излучения на длинах волн Не-Не (д = 632,8 нм), Не-Сб ()ь = 441,6 нм), ба-Аз (2. = 830 нм) лазеров, по-видимому, связан с регуляторным действием света этих длин волн на пролиферативную активность клетки (скорость прохождения клеточного цикла), когда свет выступает в роли триггерного регулятора клеточного метаболизма.
Фотоакцепторами низкоинтенсивного монохроматичного лазерного излучения в клетке являются эндогенные (внутренние) сенсибилизаторы. Для терапии наиболее эффективными параметрами лазерного излучения считаются плотность мощности излучения 0,5 мВт/см 2 2 и плотность энергии поглощенного излучения 0,1 Дж/см («терапевтический коридор» 0,1...1,0 Дж/см ).
2 Многофотонное возбуждение биомолекулы можно обеспечить с помощью короткого лазерного импульса сравнительно небольшой 9 2 энергии, но большой плотности мощности (до 10 Вт/см ). Фотохимические превращения, как правило, представляют собой одноквантовые фотохимические процессы, В условиях мощного светового лазерного возбуждения за время жизни возбужденного состояния молекула успевает поглотить второй квант. За счет исключения синглет-триплетной конверсии (см. 3.2 и рис. 3.5) двухквантовое возбуждение по сравнению с одноквантовым позволяет повысить эффективность фотохимической реакции. Высокоинтенсивное возбуждение дает более сильный цитотоксический эффект, чем низко- интенсивное.
С помощью нелинейной фототерапии достигаются значительные фотохимические эффекты при таких низких интенсивностях облучения, при которых тепловые эффекты отсутствуют. Медицинское применение ФДТ. При проведении фотодинамической терапии опухолевых заболеваний обычно применяется концентрация производных гематопорфирина ПГП 2,5...5 мг на 1 кг массы тела, плотность энергии облучения примерно 2 20...120 Дж/см (Х = 630 нм), время между инъекцисй ПГП и облучением 1 — 5 суток (табл.
4.1). 174 Таблица 4./ Фотосенсибилизаторы Основнып характеристики фотосенси- бплизаторов Фото- сенс (Россия) Фотогем, (Россия) Фото- фрин-2, (США) Квантовый выход интеркоиверсии -0,8 — 0,9 -0,8 - 0,9 Квантовый выход синглетиого кислорода — 0,3 -0,55 — 0,5 — 0,55 Период выведения из здоровых тка- ней 24 ч Зч 10-12 дней 10-12 дней Средний контраст накопления онкоткаиями 5 — 10 2 — 3 3 — 7 2 — 3 1 — 2 1 — 1,5 2,5 — 5 2,5 — 5 Рабочая длина волны максимума поглощения, нм 660+ 1О 670+ 10 625 1 5 625+ 5 — 10 5 -5 10 4 -5 1О 3 -5 1О 3 - 1О -50 30 -40 Препарат применяется в клинической пракгике. Препарат разрешен к ограниченному клиническому применению. Препарат проходит медико-биологические испьпания.
Фотодинамический эффект зависит от того, где локализуется фотосенсибилизатор (ткань органа, мембрана клетки, цитоплазма, 175 Необходимая кон- центрация для ииъекции,мг/кг массы Коэффициент малярной экстинкции на рабочей длине волны, -1 -1 моль ' см (оценка) Пороговая плот- ность потока энер- гии излучения для возникновения ФДЭ, мВт/см (оценка) Хлорин еб (Рсссия- Белоруссия) митохондрии, ядро). Именно это является предметом первоочередного изучения при разработке новых фотосенсибилизаторов. Оч евидно, что эта проблема прямо связана с проблемой выяснения основного субстрата реакции и проблемой избирательного накопления фотосенсибилизатора в патологических тканях. Даже для наиболее распространенных фотосенсибилизаторов на основе ПГП нельзя признать проблему локализации решенной, Более того, обширные исследования привели врачей и разработчиков к убеждению, что возможности этих фотосенсибилизаторов близки к исчерпанию.
Избирательность их накопления невысока (рабочая концентрация 1п зйи в опухолевых тканях не более чем в 2 — 3 раза превышает концентрацию в здоровых тканях). Спектральные характеристики ПГП, определяющие выбор лазерного источника, далеки от оптимальных: пять пиков поглощения в ближнем УФ- и видимом диапазонах. Самый интенсивный пик поглощения препарата фотосенсибилизатора фотогем находится в области 400 нм, 0 нм, т.
е. там, где мягкие биоткани ввиду их существенной кровенаполненности очень плохо пропускают свет. Характерная глубина проникновения излучения здесь не превышает 1 мм, что не позволяет проводить ФДТ для более толстых слоев биоткани. Самый же длинноволновый пик поглощения, расположенный в области достаточно высокой прозрачности биотканей (625...630 нм), является настолько слабым, что в этом случае необходимо обеспечить высокий уровень интенсивности облучения (пороговое значение составляет не менее 50 мВт!см при обеспечении выходной мощности лазера 0,5...1 Вт), а также высокую концентрацию препарата, что почти невозможно ввиду его достаточно высокой токсичности. Все это ограничивает возможности лечения достаточно широкого круга заболеваний. С перечисленными недостатками связаны чисто клинические побочные явления: повышение фоточувствительности кожи, воспаление и отек тканей, окружающих зону облучения, накопление препаратов не только в патологических тканях, но и в кроветворных и кровоочищающих органах (печень, почки, селезенка), поэтому возможности применения ФДТ существенно сужаются.
Перечисленные трудности клинического характера, с одной стороны, заставили более обьективно оценить возможности ФДТ, а с другой — дали мощный толчок поиску новых более эффективных фотосенсибилизаторов. В последние годы появилось много перспективных фотосенсибилизаторов второго поколения (если считать, что первое поколе- ние — это препараты на основе ПГП). Для них характерно наличие интенсивных пиков поглощения в красной и ближней ИК-областях спектра, причем наиболее типичные фотосенсибилизаторы имеют практически единственный пик в этом диапазоне. В ближайшие годы следует ожидать мощного потока информации, позволяющего объективно оценить их лечебные возможности. В первую очередь это относится к препаратам типа фотосенс фталоцианинового ряда и хлориновым, разработанным в России и Белоруссии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
