Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1.Обзор литературы 13
1.1. Лазерная терапия 13
1.2. Теории терапевтического действия НИЛИ 15
1.3. Терапевтические лазерные аппараты 18
1.4. Расчеты прохождения лазерного излучения через живые ткани 20
1.5. Клиническое использование лазерной терапии 22
Онкология 23
Инфекционные заболевания 26
ВИЧ-СПИД 28
Менингиты 29
Неврологические заболевания 30
Глазные заболевания 31
Проверка эффективности методов лазерной терапии 32
1.6. Теории канцерогенеза 33
1.7. Канцерогенные факторы 40
1.7.1. Химические канцерогены 40
1.7.2. Излучения 41
1.7.3. Раны, травмы и воспаления 42
1.7.4. Имплантации в ткани инородных тел 43
1.7.5. Эндогенные канцерогены и выделения организма 43
1.8. Митогенетические исследования 44
1.9. Роль УФ излучения в канцерогенезе 48
ГЛАВА 2. Энергетический механизм лазерного стимулирования клеточного метаболизма. Схемы лазерных терапевтических Воздействий 55
Глава 3.Разработка лазеров медицинского назначения 60
Глава 4.Расчеты параметров лазерных терапевтических Воздействий 80
Выбор параметров лазерного излучения для проведения сеансов лазерной терапии 95
ГЛАВА 5. Лазерные воздействия на клетки in vitro 108
Глава 6.Лазерные воздействия на вирусы in vitro 113
Глава 7. Энергетическая модель канцерогенеза и обоснование безопасности низкоинтенсивной лазерной терапии 117
7.1. Энергетическая модель канцерогенеза 117
7.2. Действие канцерогенных факторов на живые клетки 130
7.2.1. УФ излучения 130
7.2.2. Радиоактивные и ионизирующие излучения 131
7.2.3. Химические канцерогенные вещества 132
7.2.4. Перенос и инкорпорация в геном генетического материала 134
7.2.5. Имплантационный канцерогенез 136
7.2.6. Травмы, длительно незаживающие раны, воспалительные процессы 136
7.2.7. Эндогенные канцерогенные вещества и выделения организма 137
7.2.8. Вирусные заболевания 138
7.3. Возникновение и развитие онкологических заболеваний 144
7.3.1. Схема развития заболевания 144
7.4. Безопасность низкоинтенсивной лазерной терапии 146
ГЛАВА 8. Схемы и методики лазерной терапии различных заболеваний. основные результаты лазерного лечения и их анализ 149
8.1. Основные принципы получения терапевтического эффекта 149
8.2. Кожные поражения и заболевания 150
8.3. Онкологические заболевания
8.4. Инфекционные заболевания 158
8.4.1. Вирусные гепатиты 158
8.4.2. ВИЧ-инфекция 166
Лазеротерапия как монотерапия 168
Сочетание лазерной и антиретровирусной терапии 173
8.4.3. Анализ результатов лазерного лечения инфекционных заболеваний 175
8.5. Серозный менингит 177
8.6. Лучевые поражения тканей 180
8.7. Неврологические заболевания 182
8.7.1. Рассеянный склероз 182
8.7.2. Лечение различных невропатий 184
8.8. Стоматологические заболевания 185
8.9. Офтальмологические заболевания 186
ГЛАВА 9. Практическое использование результатов работы 188
Выводы
- Теории терапевтического действия НИЛИ
- Канцерогенные факторы
- Действие канцерогенных факторов на живые клетки
- Кожные поражения и заболевания
Введение к работе
Общая характеристика работы
На основании представлений современной физики, фотобиологии, генетики, медицины и достижений лазерной техники были разработаны и испытаны в клиниках новые методы лечения ряда тяжелых заболеваний, основанные на терапевтическом эффекте от воздействия на организм низко интенсивного лазерного излучения (НИЛИ) видимого и инфракрасного (ИК) диапазона. Схема работы приведена на Рис. 1 .
Рис. 1. Схема работы
Терапевтический эффект НИЛИ был обоснован с энергетических позиций. Такой подход позволил предложить новые схемы черезкожного облучения организма для лечения различных внутренних заболеваний и проводить расчеты параметров, необходимых для этого лазерных излучений.
Для эффективной реализации лазерного лечения были созданы принципиально новые терапевтические ИК лазерные аппараты с матричными излучателями.
Для внедрения методов лазерной терапии в клиническую практику было необходимо обосновать не только их эффективность, но, прежде всего, безопасность и безвредность лазерного облучения организма человека. У многих медицинских работников слово "излучение" ассоциировалось с возможностью онкологических заболеваний или с эффектами поражения живых тканей. Требовалось гарантировать, что предлагаемые методики не приведут к возникновению онкологических заболеваний ни при лечении, ни после его завершения. Все предыдущие теории канцерогенеза для этого не могли быть использованы.
Для теоретического обоснования безвредности лазерной терапии с точки зрения возможности инициирования онкологических заболеваний был использован энергетический подход к рассмотрению процессов изменения генетических свойств живой клетки. Он позволил предложить новый механизм превращения отдельных участков клеточного генома в активные онкогены, единый для всех известных канцерогенных факторов и не имеющий противоречий с накопленными данными о причинах и особенностях онкологических заболеваний.
Безвредность НИЛИ была подтверждена результатами проведенных многолетних клинических исследований и наблюдений.
В процессе клинических испытаний была показана высокая эффективность предложенных методик лазерного лечения.
Анализ результатов проведенных исследований позволил предложить современную концепцию использования НИЛИ видимого и ИК диапазона в различных направлениях медицины, основанную на нормализации работы ряда защитных систем организма.
Цель и задачи работы
Основной целью работы явилось создание, научное обоснование с биофизических позиций и клинические испытания новых методов (медицинских технологий) лечения ряда тяжелых заболеваний с помощью черезкожных воздействий на организм низкоинтенсивным лазерным излучением.
В процессе выполнения поставленной цели были решены следующие задачи: Механизм лазерного терапевтического эффекта НИЛИ был рассмотрен с энергетической точки зрения.
Предложены новые принципы выбора схем лазерных воздействий на организм при различных заболеваниях и проведены расчеты параметров лазерных излучений, обеспечивающих терапевтический эффект при лечении различных заболеваний.
Сначала теоретически, а затем клиническими результатами была обоснована безопасность и безвредность НИЛИ видимого и ИК диапазона для организма человека, в том числе, с точки зрения возможности инициирования или стимулирования онкологических заболеваний. Для этого было использовано энергетическое рассмотрение процессов трансформации протоонкогенных участков генома в активные онкогены.
Для клинического использования возможностей лазерной терапии были разработаны, изготовлены и испытаны в клинических условиях специализированные терапевтические лазеры с матричными излучателями.
Для проверки представлений о механизме взаимодействия лазерных излучений были проведены исследования по их воздействию на клетки и на вирусы in vitro.
Для утверждения черезкожной лазерной терапии внутренних заболеваний как нового направления в медицине ее эффективность была показана при лечении различных тяжёлых заболеваний.
Актуальность поставленных задач
Определялась:
ограниченностью или недостаточной эффективностью существовавших методов лечения ряда тяжелых заболеваний;
отсутствием обоснования схем и принципов расчетов параметров лазерного излучения, используемого для получения терапевтического эффекта при различных заболеваниях;
необходимостью научного обоснования безвредности воздействия на организм человека терапевтического низкоинтенсивного лазерного излучения;
отсутствием механизма возникновения онкологических заболеваний, единого для всех канцерогенных воздействий;
противоречиями существующих теорий канцерогенеза;
ограниченными возможностями выпускаемых промышленностью лазерных установок терапевтического назначения.
Научная новизна работы.
В работе впервые:
- предложен энергетический механизм терапевтического эффекта от действия низко
интенсивных лазерных излучений на живые клетки организма, позволяющий проводить
расчеты параметров таких лазерных воздействий;
- теоретически (на основе энергетической модели канцерогенеза) обоснована
безвредность применения НИЛИ для терапевтических целей, с точки зрения
невозможности инициирования или стимулирования онкологических заболеваний;
в клинических условиях были использованы лазеры с матричным (компактным) расположением лазерных излучателей;
проведены исследования по влиянию лазерных излучений на инфекционную (патогенную) активность вирусов;
- обоснованы теоретически и проверены в клинических исследованиях схемы и методики
системных лазерных терапевтических воздействий для лечения ряда тяжелых
заболеваний.
Теоретическая и практическая значимость.
Предложенный механизм терапевтического воздействия лазерного излучения красного и инфракрасного диапазонов позволил обосновать выбор схем и сделать расчеты параметров лазерного облучения организма для лечения различных заболеваний.
Энергетическое рассмотрение процессов трансформации участков клеточного генома в активные онкогены позволило предложить единый механизм действия на клеточный геном всех известных канцерогенных факторов, приводящий к созданию активных онкогенов. Этот механизм (создания активных онкогенов) позволил теоретически обосновать безопасность воздействий на организм НИЛИ видимого и ИК диапазона -невозможность инициирования онкологических заболеваний такими воздействиями.
Клинически безопасность низкоинтенсивных лазерных воздействий ИК и видимого диапазонов на организм с точки зрения возможности инициирования онкологических заболеваний показана на основании 10 - ти лет их использования в НИИ онкологии им. проф. Н.Н. Петрова, а также многолетней практики в 8-ми клиниках Санкт-Петербурга.
Предложены и испытаны в клинических условиях методы лазерной терапии для лечения больных с инфекционными, нервными и кожными заболеваниями, а также для онкологических больных некоторых категорий. В процессе клинических испытаний в 9-ти клиниках Санкт-Петербурга лазерное лечение получили:
свыше 200 онкологических больных,
свыше 300 больных вирусными гепатитами В, С и В+С,
свыше 50 больных с ВИЧ-инфекцией,
свыше 220 больных с кожными заболеваниями,
свыше 20 больных с неврологическими заболеваниями,
15 больных рассеянным склерозом,
45 больных серозным менингитом,
2 больных с поражениями тканей от ионизирующего излучения,
26 больных со стоматологическими заболеваниями.
В подавляющем большинстве случаев была показана высокая эффективность лазерного лечения.
Учет больных, получавших лазерное лечение, проводился лишь в течение клинических испытаний; после отработки методики она использовалась без специального учета, поэтому общее количество больных, прошедших лазерное лечение значительно больше.
Основные положения и результаты, выносимые на защиту:
Энергетический механизм терапевтического действия НИЛИ как биофизической основы черезкожной лазерной терапии.
Обоснование безопасности воздействия на организм человека низко интенсивного лазерного излучения видимого и ИК диапазона: теоретическое - на основе энергетической модели канцерогенеза и экспериментальное - на основе клинических исследований по лазерному лечению пациентов с различными заболеваниями.
Разработка, создание и внедрение в клиническую практику терапевтических лазеров с матричными излучателями.
Создание новых системных методов черезкожной лазерной терапии ряда тяжелых, внутренних заболеваний.
Результаты клинических испытаний предложенных автором новых методов лазерного лечения и их анализ.
Апробация диссертационного материала и личный вклад автора
Основные положения диссертации докладывались автором лично на 32-х конференциях, из них 11 зарубежных:
V Всесоюзная конференция "Оптика лазеров", Ленинград, 1987, Всесоюзное совещание
"Биофизика рака", Черноголовка, 1987, 2-ая Республиканская школа-семинар "Лазерная
биофизика и новые применения лазеров в медицине", Тарту, 1989, Республиканская
школа-семинар "Эксимерные лазеры и их применение", Тарту, 1992, Международная
конференция "Новое в лазерной медицине", Москва- Брест, 1991, Международная
конференция "Перспективные направления лазерной медицины", Одесса, 1992,
Международная конференция "Перспективные и лазерные технологии", Москва, 1992,
Международная конференция "Новые достижения лазерной медицины", С- Петербург,
1993, XVI Международный противораковый конгресс, Ныо-Дели, Индия, 1994,
Международный конгресс по лазерной хирургии и медицине, Буэнос-Айрес, Аргентина,
1995, Конференция "Медицинская физика", Москва, 1995, Республиканская
конференция "Применение лазеров в медицине и биофизике", Ялта, Украина, 1995, 1-й
конгресс ассоциации лазерной терапии, Иерусалим, Израиль, 1996, XI международная
конференция по борьбе со СПИДом, Ванкувер, Канада, 1996, Международный Лазерный
конгресс "Лазеры накануне третьего тысячелетия", Афины, Греция, 1996,
Международный конгресс "Проблемы лазерной медицины", Москва-Видное, 1997,
Международный конгресс по борьбе со СПИДом, Манила, Филиппины, 1997,
Международное совещание "Медицинская физика", Обнинск, 1997, IX Международная
конференция "Оптика лазеров -98", Петербург, 1998, XII Международная конференция
по борьбе со СПИДом, Женева, Швейцария, 1998, XVII Международный
противораковый конгресс, Рио де Жанейро, Бразилия, 1998, Научно-техническая конференция "Научно-технические конверсионные программы ГП НИИЭФА им. Д.В. Ефремова", С- Петербург, 1998, III Международный симпозиум "Лазеры в медицине -99" С- Петербург, 1999, Международный конгресс "Лазер и здоровье - 99", Москва, 1999, III Международная конференция "Терапия вирусных гепатитов", Гавайи, США, 1999, X Международная конференция "Оптика лазеров", С- Петербург, 2000, П-й Международный конгресс "Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине", С- Петербург, 2000, XV Международный конгресс по лазерной медицине "Лазер Флоренции -2000", Флоренция, Италия, 2000, 1-й Международный конгрессе "Новые медицинские технологии", С- Петербург, июль 2001, Международная конференция "Лазерные и информационные технологии в медицине XXI века ", С.Петербург, июнь 2001, V-я Международная конференция "Забота о людях, живущих с ВИЧ-СПИД", Таиланд, Чанг Май, декабрь 2001; Медицинский семинар "Современные медицинские технологии", Адлер,2002.
опубликованы в научных журналах и книгах:
Квантовая электроника т. 10, № 8, с. 1730-1731, 1983.
Препринт НИИЭФА П-К-0646, 63с, 1984.
Вопросы онкологии т. 32, № 9, с.72-74, 1986.
Экспериментальная онкология т.10, № 1, с.77, 1988.
Вестник хирургии им. И.И.Грекова т. 141, № 7, с. 114- 115, 1988
Известия АН СССР Сер. Физич. т.53, № 2, с.309-315, 1988.
Laser & Technology clinica and experimental (Italy), v.6 № 3. p. 115-119, 1996.
Journal of Clinical Laser Medicine & Surgery (USA), v. 15, № 1, p. 39-44, 1997.
Сборник "Онкология - 98", Челябинск, 1998, с. 165-166.
Progress in Biomedical Optics and Imaging. SPIE. v.4606, 2001, p. 131-136.
Пособие для врачей-клиницистов, клинических ординаторов и студентов медицинских
вузов "Применение низко-интенсивной лазерной терапии в лечении вирусных гепатитов ".
Под ред. Т.В. Сологуб, С- Петербург, 2002, 8с.
Информ. журнал "Современные технологии", С. - Петербург, № 6, 2001, стр. 42- 44.
Optical Technologies in Biophysics and Medicine. SPIE. vol. 4241, 2002,
p. 481-486.
The book "Frontiers in Viral Hepatitis" Ed. by R. F. Schinazi, C. Rice and
J-P. Sommadossi, Printed in the Netherlands, 2002. A chapter p. 325-331;
получены патенты Р.Ф. на изобретения:
№ 2112567 "Устройство для черезкожного облучения крови и тканей", приоритет от 15.03.1996 г.,
№ 2142828 "Лазерный способ лечения СПИДа", приоритет от 15.03.1996 г.,
№ 2153905 "Способ фототерапии вирусного гепатита", приоритет от 15.03.1996 г.,
принято решение о выдаче патента по заявке:
№ 2000101036 "Способ лечения больных рассеянным склерозом лазерным излучением", приоритет от 18.01.2000г.,
Квантово-генетический механизм (энергетическая модель) канцерогенеза и энергетический механизм терапевтического эффекта НИЛИ разработаны автором лично, без соавторов. Принцип работы лазеров с матричными излучателями предложен автором; по его инициативе изготавливались и проходили клинические испытания все подобные лазеры. Схемы локальных и системных лазерных терапевтических воздействий, рассмотренные в диссертации, предложены автором, их клинические испытания
проводились по его инициативе. На начальных этапах большинства таких испытаний автор проводил обучение медицинского персонала теории и практике клинического использования НИЛИ, как консультант присутствовал на первых сеансах лазерного лечения и принимал участие в анализе клинических результатов и корректировке курсов лазерного лечения.
Всего по теме диссертации опубликовано 68 работ из них 4 патента РФ. В 19 публикациях у автора нет соавторов.
Теории терапевтического действия НИЛИ
В соответствии с основным законом фотобиологии биологический эффект возможен только в случае поглощения энергии кванта света какими-либо компонентами живых клеток или участками организма. Поэтому очень многие исследователи пытались найти эти акцепторы лазерного излучения и выдвинуть свои механизмы терапевтического действия НИЛИ.
Систематические исследования по лазерным воздействиям различных спектральных диапазонов на клеточные культуры in vitro были проведены Т.Й. Кару, которая на основании анализа спектров действия различных фотобиологических эффектов сделала предположение, что первичными акцепторами лазерного излучения могут являться компоненты окислительно-восстановительных внутриклеточных процессов, участвующие в дыхательной цепи [19 - 23]. Т.Й Кару обратила внимание на возможную роль синглетного кислорода, так как он имеет в спектре поглощения линию, совпадающую с длиной волны лазерного излучения гелий-неонового лазера, наиболее распространенного в те времена в лазерной терапии [23, 24]. К выводу о влиянии лазерных воздействий на функционирование дыхательной цепи клеток в дальнейшем приходили многие исследователи [25, 26].
Н.Ф. Гамалея выдвинул гипотезу о роли пигментов граничных мембран, принадлежащих к группе порфиринов, имеющих максимумы поглощения в видимой области (бЗЗнм, 550нм, 500 нм, 415 нм). Предполагалось, что под действием низкоинтенсивного лазерного излучения пигменты усиливают свою биологическую активность [27 -29].
Н.Д. Девятков, СМ. Зубкова и И.Б. Лапрун [30, 31] считают, что первичными акцепторами лазерного излучения, запускающими биостимулирующие процессы, могут быть молекулы энзимов антиоксидантных систем, таких как каталаза, супероксид дизмутазы и др., которые имеют максимум поглощения в красной области (экспериментальный факт). Но эта гипотеза имеет противоречие - у этих молекул существует защитный механизм от внешних излучений, заключающийся в быстрой передаче энергии возбуждения на аминокислоты.
В дальнейшем многие исследователи искали специфические акцепторы лазерного излучения в живых клетках и выдвигали различные гипотезы [32 - 40]. Гипотеза о первичном акцепторе (такими акцепторами могут являться ряд ферментов и некоторые белки) и его специфической роли в клеточном метаболизме подтверждается рядом исследований in vitro. Но большинство рассматриваемых кандидатов на роль акцепторов не являются специфическими регуляторами клеточных функций и их активация не может объяснить интегральной положительной реакции организма. Для каждой длины волны НИЛИ существуют целый ряд биомолекул, поглощающих это излучение. Так, для излучения He-Ne лазера с длиной волны 632,8 нм в роли первичных акцепторов могут выступать синглетный кислород, супероксидисмутаза, каталаза, порфирины, цитохромоксидаза, флавиновые дегидрогеназы, цитохромы. А биологическая эффективность лазерных излучений зарегистрирована довольно в широком диапазоне длин волн от 400 нм до 900нм.
Существует теория о решающей роли воздействия лазерного излучения на биополимеры и биологические внутриклеточные и внеклеточные жидкости. Предполагают, что лазерные воздействия даже малой интенсивности "могут вызывать локальные нагревы пигмент-белковых комплексов на 0,01 - 1 градус, приводить к созданию очень высоких пространственных градиентов и к генерации в микрообъемах ударных волн" [32]. Одновременно эти авторы указывают на то, что "лазерное облучение воды может индуцировать структурирование воды и, таким образом, активировать защитные свойства организма".
Об изменение структуры воды или водных растворов при их лазерном облучении свидетельствуют многие современные исследования. Эти структуры должны быть чувствительными к лазерным излучениям различных длин волн, а также к СВЧ и акустическим воздействиям. Но пока не ясно, какие из этих процессы могут приводить к терапевтическому эффекту, при этом столь универсальному.
Недавно К.А. Самойловой (институт Цитологии РАН, С- Петербург) был предложен триггерный механизм НИЛИ, по которому лазерное излучение производит фотомодификацию небольшого количества клеток крови, которые распространяются по организму и распознаются специализированными рецепторами, которые, в свою очередь, запускают в организме целый ряд защитно-адаптационных реакций [33]. Фотомодификация крови уменьшает ее вязкость, что способствует увеличению ее микроциркуляции, приводит к активации иммунных и пролиферативных процессов, возрастанию фагоцитарной активности моноцитов. При этом небольшое количество фотомодифицированной крови неизвестным механизмом передает свои способности всей циркулирующей в организме крови.
Теория биологического триггера также выдвигалась В.И. Илларионовым. По этой теории лазерное воздействие триггерным механизмом способно изменять электрический статус живых клеток и это играет ведущую роль в развитии последующих ответных реакциях организма [34, 35].
Имеются попытки объяснить механизм терапевтического воздействия возбуждением резонансных (с частотами, соответствующими лазерному излучению) колебаний электрического тока ионов в каналах клеточных мембран. При некоторых предположениях об индуктивности и электрической емкости таких каналов их резонансная частота по численным оценкам может соответствовать частотам лазерного излучения с длинами волн в диапазоне 600 - 700 нм. Авторы этой гипотезы [36] полагают, что данных механизм должен стимулировать транспортные потоки через мембраны.
Для объяснения влияния лазерного излучения не только на облучаемые ткани, но и на соседние с ними выдвигался "эстафетный механизм передачи энергии от клетки к клетке. При этом принимается во внимание, что когерентное излучение в биовеществе формирует набор частот, разворачивающийся во времени и в пространстве". Поэтому "свою частоту " могут получить очень многие биомолекулы [37].
Некоторые теории научно объясняют уже известные отдельные результаты НИЛИ. Так, В.И. Бахтин с сотрудниками считает, что решающую роль в терапевтическом действии НИЛИ играет стимуляция гемостаза (усиление микроциркуляции крови) [38]. "В итоге в организме восстанавливается дисбаланс свертывающей, противосвертывающей и фибринолитической систем. Это происходит в результате выделения эндогенного гепарина и гепариноподобных веществ из эндотелия сосудов. Гепарин инактивирует тромбин и предотвращает возникновение тромбоксана. Параллельно НИЛИ воздействует на эритроциты, препятствуя образованию тромбопластина на поверхности белковых мембран, уменьшению концентрации АТФ, образованию агрегатов и потери эритроцитами своей основной функции - транспорта кислорода".
Имеются предположения о том, что НИЛИ может косвенно оказывать влияние на работу генетического аппарата клеток. Различные участки генома имеют различную чувствительность к лазерным воздействиям, и результат в большой степени зависит от исходного состояния этих участков [40].
Хотя почти все указанные теории были выдвинуты уже в 90-х годах или в последние годы, почти все они не делают принципиального различия между взаимодействием излучения с тканями здорового или больного человека. Они не позволяют хоть как-то рассчитать параметры воздействующего излучения, необходимого для лечения той или иной болезни. Они только указывают, что лазерные воздействия способны "активизировать многие метаболические процессы, что должно способствовать повышению резистенции и жизнеспособности организма" [41], не указывая, каким механизмом активизируется тот или иной процесс.
Канцерогенные факторы
Механизм их действия на организм установлен лишь частично: для большинства установлены лишь химические реакции, вызываемые канцерогенными веществами в организме. Для некоторых найдены возможные реакции с нуклеиновыми кислотами. При этом выдвигаемые механизмы канцерогенеза использует лишь генотоксичные свойства канцерогенов. Полагают, что возникающие от воздействий канцерогенов повреждения ДНК при ошибочной репарации приводят к мутациям в участках протоонкогенов и к переходу клетки в инициированное, то есть предрасполагающее к трансформации состояние [235].
Для не генотоксичных канцерогенов была предложена гипотеза их воздействия на стадию "промоции, под которой понимают процесс возникновения вторичных эпигеномньгх изменений фенотипа инициированных клеток и завершающийся переходом этих клеток в трансформированное необратимое состояние" [235]. Предполагается, что "при интенсивном действии промотора, инициированные клетки функционируют в предельном режиме и... рано или поздно становятся неспособными к работе, и при определенном клеточном делении происходит их "срыв", в результате чего происходит переключение генов, то есть изменение генной экспрессии и перестройка клеточного фенотипа" [235].
Остановимся лишь на особенностях взаимодействия химических канцерогенов с организмом, которые использовались при создании квантово-генетической теории. Прежде всего, обратим внимание на то, что кратковременные канцерогенные воздействия (даже в больших дозах) с большей вероятностью вызывают поражения тканей, чем их трансформацию в раковые. К сожалению, во всех предшествующих теориях необходимость длительного воздействия на организм любых канцерогенных факторов для возникновения естественных онкологических заболеваний не рассматривалась и не объяснялась. (Это не относится к индуцированным злокачественным новообразованиям, когда в организм вносится уже сформировавшаяся онкологическая информация, например, перевивание опухолей.)
Отметим, что увеличение дозы канцерогенного воздействия (канцерогенной нагрузки) имее г значение лишь до некоторой величины, при которой возникновение заболевания становится неизбежным [231].
Установлен параллелизм канцерогенного и мутагенного действия большинства из этих веществ [230, 261, 262]. Хотя большинство канцерогенов являются и мутагенами, но некоторые из канцерогенов мутаций не вызывают. С другой стороны, не все мутагены обладают канцерогенными свойствами [263]. Последние факты совершенно не объяснялись исследователями.
Обратим внимание на то, что при соединении с ДНК некоторые канцерогены могут инициировать повреждения ДНК [263] и что канцерогены могут влиять на активность ряда ферментов [264].
По способам воздействия на организм все химические канцерогены можно разделить на две группы: одни активны изначально, другие (проканцерогены), и таких большинство, претерпевают в организме изменения. Их метаболиты становятся в несколько раз активнее исходных проканцерогенов (приобретают инициирующую способность) и реагируют с клеточными макроструктурами [261].
Обратим внимание на то, что при действии канцерогенов одновременно поражаются репарационные системы клеток [234, 265].
Результаты ряда исследований позволили сделать вывод о том, что некоторые вещества, образующиеся в живом организме естественным путем, обладают канцерогенными свойствами. Они получили название эндогенные канцерогены [266].
Следующей группой канцерогенных факторов являются излучения: от радиоактивных до ультрафиолетовых (УФ).
Исследования показали, что почти каждый акт ионизации в биологических средах вызывает инактивацию биомолекул [267]. Поэтому при радиоактивном облучении организма происходят, прежде всего, процессы разрушения (инактивации) биомолекул, которые приводят к гибели клеток, если эти молекулы играют ответственную роль в клеточном метаболизме или число разрушенных молекул превысит репарационные возможности клеток. Если интенсивности таких воздействий велики и приводят к невосполнимым потерям клеток, то такие воздействия скорее приведут к гибели организма, чем к возникновению ракового заболевания. Математический анализ результатов поражения и восстановления облученных клеток показал, что гибель клеток происходит от прямого поражения их генетического аппарата высокоэнергетичными частицами или квантами излучений [267]. Если гибель клеток от радиационного воздействия не приводит к гибели организма, то, как известно, у лиц, подвергавшихся радиационным воздействиям, впоследствии наблюдается повышенная заболеваемость онкологическими заболеваниями.
Поражение ДНК от излучений и репарация этих повреждений могут приводить к мутациям. Ионизационный мутагенез принципиально не отличается от химического или спонтанного [256, 263]. Действие других факторов, сопровождающих воздействие радиоактивных и ионизирующих излучений, таких как образование радиотоксинов от радиолиза воды или от распада некоторых биомолекул, по современным представлениям, оказывает на генетику клеток значительно более слабое воздействие, чем непосредственное взаимодействие излучения с молекулами клеточного генома [268, 267].
Обратим внимание на то, что раковые заболевания возникают спустя некоторое время после радиационных воздействий (последствия атомных бомбардировок в Японии) или при длительных воздействиях излучений малой (не летальной) интенсивности (проживание в районах добычи радиоактивных ископаемых).
Действие канцерогенных факторов на живые клетки
Радиоактивные и ионизирующие излучения при высоких интенсивностях вызывают гибель живых клеток, а к раковым заболеваниям могут приводить лишь их длительные воздействия слабой интенсивности [332 - 335]. При этом сверхслабые интенсивности таких излучений (космическое излучение) постоянно воздействуют на все живые организмы и не оказывают на него фатального воздействия, так как защитные системы организма непрерывно ликвидируют эти последствия.
Процессы, протекающие при таких воздействиях, достаточно сложны, но хорошо известны. Это реакции на атомных ядрах, генерация вторичных излучений и потоков быстрых частиц, генерация рентгеновского излучения, ионизация атомов и молекул, разрушение и возбуждение молекул и атомов, испускание излучений УФ, видимого и ИК диапазонов, тепловое, безызлучательное рассеяние энергии. Для данной работы их все можно разделить на две группы: воздействия с энергиями квантов или частиц свыше hv 10 эВ, при которых происходит разрушение биомолекул, и с меньшей энергией, при которой возможно лишь возбуждение биомолекул. (Процессы с ещё меньшими энергиями, теплового характера нас пока не интересуют.)
Экспериментально показано, что ионизация биомолекул приводит к их практически 100%-ной инактивации [267]. Поэтому часть энергии ионизирующих и радиоактивных излучений расходуется на инактивацию биомолекул. При больших интенсивностях это приводит к гибели клеток.
При слабых интенсивностях ионизирующих воздействий поврежденные биомолекулы могут репарироваться или элиминироваться из организма. Если таких повреждений немного. то при условии, что репарационная и иммунная системы организма работают нормально, организм сохранит жизнеспособность. Поэтому все живые организмы живут, несмотря на непрерывное воздействие фонового ионизирующего излучения.
После ионизации происходят процессы рекомбинации, при которых снова выделяется энергия в виде излучения или тепла. В зависимости от того, какая доля энергии рекомбинации переходит в излучение, его спектр находится в УФ, видимой или ИК области. Исследования показали, что значительная часть энергии рекомбинации приходится на УФ излучение в диапазоне "к = 200 - 300 нм [290], которое может поглощаться молекулами ДНК и белками, из которых состоят хромосомы. Такое излучение, как известно, обладает канцерогенными свойствами.
Часть энергии рекомбинации переходит в энергию возбуждения продуктов рекомбинации и может выделиться в виде излучения через некоторое время. (Возбуждение возможно и при первичном взаимодействии с ионизирующими излучениями.) Часть энергии может быть затрачена в ходе различных химических реакций.
Если организм способен репарировать инактивированные молекулы и элиминировать пораженные клетки, то он сохраняет жизнеспособность, но при этом в облученных участках сохраняются живые клетки, в которых могли произойти изменения генетических свойств из-за УФ воздействий. Поэтому генетические, в том числе онкологические заболевания возникают при длительных воздействиях на организм слабых по интенсивности ионизирующих излучений.
В течение длительного времени многие исследователи искали механизмы химического воздействия канцерогенов на клеточные геномы. Покажем, что химические канцерогенные вещества при воздействии на живые организмы способны в участках своего воздействия вызывать УФ излучение несколькими способами.
1. Как уже упоминалось в обзоре, А.Г. Гурвич и его сотрудники Е.С. Биллинг и Н.Н. Каннегиссер обнаружили эффект трансформации видимого излучения в УФ излучение целым рядом полициклических ароматических углеводородов [28, 296]. Характерно, что вещества близкие по химическому составу, но не обладающие канцерогенными свойствами, таким способностями не обладали. Испускаемое УФ излучение имело длины волн в области 190 - 300 нм, то есть по спектральному составу соответствовало биологически наиболее активной части УФ спектра.
2. А.Г. Гурвич предполагал, что УФ изучение канцерогенов возникает в результате их окисления в организме или в результате их способности суммировать энергию двух квантов видимого излучения и испускать один квант УФ излучения. Первое предположение основывалось на том, что указанное испускание УФ излучения не происходило в атмосфере чистого водорода. Действительно, окисление некоторых канцерогенов, например, бензпирена происходит в две стадии, и на второй стадии выделяется энергия, соответствующая УФ диапазону. При этом, как отметил П.П. Дикун (НИИ онкологии им. проф. Н.Н. Петрова), не обязательно выделение энергии должно происходить в виде излучения; возможна и безызлучательная, "индуктивная передача энергии от возбужденной молекулы другим молекулам" [242].
В организме в результате нормального метаболизма живых клеток всегда существует сверхслабое по интенсивности излучение видимого диапазона [298, 297], которое в местах концентрации таких химических канцерогенов может превращаться в УФ излучение.
Второе предположение - об удвоении канцерогенами частоты падающего излучения -менее вероятно, так как такой процесс должен происходить и в отсутствии кислорода. Способностью генерации высших гармоник (удвоение частоты падающего излучения) обладают многие вещества: органические, кристаллы, пары некоторых металлов, например, меди, которая также обладает канцерогенными свойствами (рак медеплавильщиков). Но такие процессы наблюдаются при наличии интенсивных источниках облучения, поэтому, указывая на такую возможность, считаем, что для биологических сред она маловероятна.
Известно, что некоторые канцерогенные вещества в организме испытывают ряд превращений. Их метаболиты становятся в несколько раз активнее исходных проканцерогенов (приобретают инициирующую способность) и реагируют с клеточными макроструктурами [26].]. Обратим внимание на то, что в процессе окисления канцерогенов в организме выделяется энергия, и в некоторых реакциях эта энергия уже соответствует УФ диапазону. Так, на первой стадии окисления бензпирена выделяется энергия 74 ккал. моль"1, а на второй стадии - 174 ккал. моль , которая уже соответствует УФ диапазону (1эВ - 23,08 ккал. моль"1) [317].
4. Некоторые канцерогенные вещества не испытывают в организме химических превращений, но их присутствие в организме вызывает гибель и деградацию живых клеток [26? ]. Как упоминалось в обзоре литературы, гибель и деградация живых клеток всегда сопровождаются испусканием УФ излучения с интенсивностью, значительно превышающей естественный уровень митогенетического УФ излучения в живых тканях. Оно способно воздействовать на соседние, нормальные клетки и приводить к их трансформации в раковые указанным выше механизмом.
Кожные поражения и заболевания
Для работ по лазерной терапии важен еще один вывод теории: видимое и ИК излучение при низких интенсивностях, соответствующих процессам одноквантового поглощения, не может вызывать генетических изменений, в том числе онкогенного характера, или стимулировать развитие онкологических заболеваний.
В теории было показано, что для возникновения в клеточном геноме мутационных изменений необходимо, чтобы вызывающие их воздействия имели энергию квантов, достаточную для разрыва основных цепочек ДНК (выше 8 -10 эВ).
Для возникновения генетических изменений, не связанных с изменениями последовательности оснований в хромосомных ДНК, а связанных лишь с перестройками внутримолекулярных структур оснований ДНК и, соответственно, молекулярной структуры отдельных участков клеточного генома, необходимо, чтобы вызывающие их воздействия имели энергию квантов, достаточную для возбуждения оснований ДНК (более 4эВ).
Используемые в лазерной терапии излучения видимого и ИК диапазона имеют энергию квантов менее 2 эВ и поэтому при процессах одноквантового поглощения вызывать какие-либо изменения генетических свойств живых клеток не могут. То, что такие излучения не вызывают онкологических заболеваний следует ещё и из того, что они являются естественными для существования живых организмов.
В теории указано на возможность изменения генетических свойств, если при поглощении энергии внешних воздействий протекают процессы многоквантового поглощения и суммарная энергия одновременно поглощенных квантов достаточна для влияния на генетические свойства клеток. Протекание таких процессов реально возможно лишь при высоких интенсивностях используемых излучений. Так, в экспериментах по фоторазложению оснований ДНК интенсивным лазерным УФ излучением для реализации процессов двухступенчатого возбуждения оснований ДНК, приводящих к их фото разложению, использовались интенсивности УФ излучения в пределах (1012 1013) Вт.м "2 .[337]. В то же время для реализации процессов одноступенчатого возбуждения оснований ДНК было достаточно интенсивности УФ излучения (10" -101 )Вт.м"2.
Используемые в лазерной терапии излучения, как известно, имеют малую интенсивность, при которой процессы многоквантового поглощения практически не возможны.
В теории указано еще одна возможность влияния внешних воздействий на генетические свойства. Если в процессе таких воздействий происходит гибель или деградация живых клеток, то остающиеся по соседству живые клетки подвергаются воздействию деградационного и некробиотического УФ излучения.
Используемые для лазерной терапии лазерные интенсивности носят название низкоинтенсивные, которое специально подчеркивает, что они не могут оказывать поражающего воздействия на живые ткани. Наши расчеты (См. Гл. 4) показали, что такие воздействия могут приводить к нагреву тканей не более чем на 1 С. Существенный нагрев тканей возможен лишь при интенсивностях излучения выше 300 мВт. см"2 . Эти выводы также соответствуют клиническим наблюдениям. При получении лазерного терапевтического лечения пациенты не отмечают какого-либо нагрева тканей от лазерного облучения.
Также известно, что низко интенсивное лазерное излучение этого диапазона не влияет отрицательно на репарационную и иммунную систему. Это легко объяснимо тем, что оно не может поражать ферменты, участвующие в этих процессах, а также не может стимулировать процессы, требующие повышенного расхода этих ферментов.
Раковые клетки развиваются в тканях организма и получают питание и необходимую энергию за счет окружающих тканей. Исходя из принципа, что НИЛИ нормализует метаболизм клеток, находящихся в условиях какой-либо патологии, можно полагать, что на метаболизм раковых клеток оно не может оказывать влияния.
Всё вышесказанное приводит к выводу: использование низко интенсивных лазерных излучений видимого и ИК диапазона в терапевтических целях не может вызывать онкологических заболеваний или стимулировать их прогрессирование. Эти излучения могут широко использоваться в медицинской практике, в том числе, и для онкологических больных.
Данный вывод квантово-генетической теории канцерогенеза оказал существенную теоретическую поддержку нашим работам по внедрению методов лазерной терапии в клиническую практику. Предложенная теория сначала была нашей рабочей гипотезой, а потом стала нашим рабочим инструментом.
В 1994 г. на международном противораковом конгрессе в Нью-Дели Индия мы впервые сообщили об успешном применении лазерной терапии в онкологии. Сообщения об экспериментальном обосновании безопасности применения НИЛИ в онкологии были сделаны учеными Москвы [165] и Томска [170].
![Конструирование нового многокомпонентного пробиотика и использование его в комплексной терапии хеликобактер-ассоциированных заболеваний [Электронный ресурс]](/i/i/4271/187546.png "Конструирование нового многокомпонентного пробиотика и использование его в комплексной терапии хеликобактер-ассоциированных заболеваний [Электронный ресурс] Белова Ирина Викторовна")
