Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы
1. Физиологические аспекты действия низкоинтенсивных электромагнитных излучений на биообъекты 11
1.1 .Видимый свет, как физический фактор воздействия на функциональное состояние живых систем в норме и при патологии 11
1.2. Физико-химические основы взаимодействия низкоинтенсивного света с биообъектом 13
1.3. Природа фотобиоактивации 18
1.4. Механизмы воздействия видимого света на живые ткани 22
1.5.Световая модификация физиологических свойств цельной крови
1.6. Эффекты воздействия низкоинтенсивного света видимого диапазона физиологическое состояния органов и тканей животных в норме и при их альтерации 44
1.7. Механизмы воздействия ЭМИ СВЧ - диапазона на биообъекты 61
1.8.Фототерапевтические источники широкополосного света 75
ГЛАВА 2. Материалы и методы исследования
2.1. Общая схема исследований и объекты воздействия 83
2.2. Проверка альтернативных гипотез о механизмах действия НИЛИ, ШКС и СВЧ - излучения на микробные популяции 84
2.3. Методика экспериментов по исследованию воздействия ШС и НИЛИ на морфометрические показатели крови 86
2.4. Методика экспериментов по исследованию воздействия ШС на мезэнцефалическую ретикулярную формацию и кору больших полушарий головного мозга кошек 89
2.5. Модель изолированного сердца крысы 92
2.6. Исследование сократительной функции миокарда 94
2.7. Метод воздействия НИЛИ и ШКС на функциональную активность сердечно-сосудистой системы крыс после ишемии миокарда in situ
2.8. Методы оценки уровня свободнорадикального окисления липидов и состояния антиоксидантной защиты клеток 97
2.9. Определение активности антиоксидантних ферментов
2.10. Метод электронно-микроскопического исследования ультраструктуры тканей миокарда животных 99
2.11. Методы оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы крыс и системы крови после клинической смерти и облучения
крови НИЛИ и ШКС 99
2.12. Источники низкоинтенсивного красного света 101
ГЛАВА 3. Результаты исследований и их обсуждение
3.1. Влияние ШКС, НИЛИ и СВЧ - излучения на микроорганизмы 103
3.2. Изучение эффектов воздействия ШС и НИЛИ на клетки крови. 108
3.3. Эффекты воздействия низкоинтенсивного широкополосного света на ретикулярную формацию среднего мозга кошек 113
3.4. Эффекты воздействия низкоинтенсивного широкополосного света на кору больших полушарий головного мозга кошек . 123
3.5. Эффекты воздействия низкоинтенсивного широкополосного красного света и лазерного излучения на изолированное сердце крыс впостишемическом периоде 133
3.5.1. Воздействие НИЛИ и ШКС на восстановление сократительной активности изолированнго сердца в постишемическом периоде 133
3.5.2. Эффект воздействия НИЛИ и ШКС перекисное окисление и активность антиоксидантних ферментов при ишемии миокарда изолированного сердца 134
3.5.3. Электронно-микроскопические исследования изменений ультра структуры тканей миокарда 138
3.6. Эффекты воздействия низкоинтенсивного широкополосного красного света и лазерного излучения на постишемический миокард крыс in situ. 147
3.6.1. Воздействия НИЛИ и ШКС на восстановление функциональной активности миокарда после ишемии in situ 147
3.6.2. Воздействие НИЛИ и ШКС на перекисное окисление липидов и активность СОД при ишемии миокарда in situ 150
3.6.3. Электронно-микроскопические исследования изменений ультраструктури тканей миокарда 153
3.7. Реанимация крыс при облучении крови низкоинтенсивным лазерным излучением и широкополосным красным светом 165
Заключение 179
Выводы 192
Список литературы
- Механизмы воздействия видимого света на живые ткани
- Проверка альтернативных гипотез о механизмах действия НИЛИ, ШКС и СВЧ - излучения на микробные популяции
- Метод электронно-микроскопического исследования ультраструктуры тканей миокарда животных
- Эффекты воздействия низкоинтенсивного широкополосного света на кору больших полушарий головного мозга кошек
Введение к работе
Актуальность исследования. Низкоинтенсивные электромагнитные излучения (ЭМИ) в настоящее время находят широкое применение в физиологии и медицине. Известно, что ЭМИ низкой интенсивности различных диапазонов, например, светового и сверхвысокочастотного (СВЧ), способны существенно влиять на функциональное состояние живых клеток, тканей и организм в целом. (Григорьев и др.,1999; Кару 2003, 2005; Клебанов и др., 2006; Grundler et al.,1992; Vaishnavi et.al.,1998; Fiksdal, Tryland, 1999; Karu, 2003).
На практике чаще всего используют низкоинтенсивное лазерное излучение (НИЛИ), в частности, гелий-неоновых лазеров (Лескин и др.,1990; Александров, 1991; Илларионов, 1992; Галанкина и др., 1996; Клебанов и др., 1997; Козел, Попов, 2000; Кару 2005). Однако применение лазеров имеет естественные ограничения, связанные как с санитарно–гигиеническим нормированием (ОСТ 25 1296-88, 1988), так и относительно сложным инженерным обслуживанием (Александров, 1991). Известно, что позитивное, стимулирующее действие НИЛИ проявляется, как правило, в узком интервале доз облучения, а затем исчезает или даже сменяется угнетающим действием (Барбараш и др., 1996; Зверева, Грунина, 1996; Петрищев и др., 1999; Ernst, Fialka, 1993).
С другой стороны показано, что когерентность излучения не является фак-тором, определяющим тот или иной биологический или терапевтический эф-фект (Кару, 1986; 1989; Барбараш и др., 1996; Зверева, Грунина, 1996; Ernst, Fialka, 1993). На основании исследований авторов можно предположить, что наблюдаемые эффекты следует связывать не с влиянием собственно когерент-ности или некогерентности света, а с разницей в спектре излучения. В связи с этим, вполне обоснована разработка и использование специальных излуча-телей света с широким спектральным диапазоном (Монич, 1991). В отличие от излучения лазера, свет данных источников (свечение органических красителей) имеет относительно широкие спектральные диапазоны (50 – 100 нм), близкие по ширине к спектральным линиям поглощения биологических объектов. Однако для обоснования и внедрения таких излучателей в физиологию и практическую медицину необходимы соответствующие сравнительные исследования, позволяющие доказать их преимущество перед известными и вскрыть механизмы тех или иных эффектов. Соответственно, такие исследования целесообразно проводить на биологических объектах разного уровня организации – от простейших до человека. Вместе с тем, на уровне сложного организма млекопитающих важно проследить изменения, возникающие при воздействии ЭМИ как на уровне целостного организма, так и на уровне его изолированных систем, органов, тканей. Кроме того, учитывая перспективы проводимого анализа для практики, необходимо доказать эффективность воздействия некогерентного света на моделях соответствующей патологии.
Удобным объектом исследования являются микробные популяции, так как, сравнительная простота таких объектов позволяет изучать механизмы воздействия на клеточном, популяционном и биоценотическом уровнях. Опыты на одноклеточных организмах позволяют обоснованно показать наличие или отсутствие эффекта при работе с низкоинтенсивным излучением и вывести соответствующие количественные закономерности.
Важной задачей, с точки зрения изучения механизмов прямого воздействия видимого света на целостный организм, является изучение его эффектов при непосредственном воздействии на центральную нервную систему (ЦНС) млекопитающих. Имеющиеся данные по воздействию на ткани головного мозга некогерентным светом немногочисленны и характеризуются противоречивостью (Веллинг,1986; Wade et al, 1988).
Учитывая, что важнейшей проблемой современной биологии и медицины является поиск средств и методов терапии сердечно-сосудистых заболеваний, важным представляется исследование воздействия видимого света на моделях альтерации системы кровообращения – ишемия миокарда, геморрагический шок и др.
Работа выполнялась в рамках отраслевой темы научных исследований Минсоцздрава России «Разработка физико-химических основ патогенеза и новых средств профилактики и лечения заболеваний человека», ? 029/020/00/, в соответствии с планом НИР кафедры медицинской физики и информатики НижГМА «Биоомодуляция внутренних органов низкоинтенсивными электромагнитными излучениями в эксперименте» и в соответствии с планом НИР кафедры физиологии и биохимии человека и животных ННГУ «Изучение физиологических механизмов действия низкоинтенсивных электромагнитных полей и излучений в условиях нормы и альтерации функций организма человека и животных.
Цель исследования: изучение и сравнительная оценка действия широко-полосного света видимого диапазона (ШС), низкоинтенсивного лазерного излучения (НИЛИ) и сверхвысокочастотного (СВЧ) – диапазона на биологические объекты различного уровня организации.
Задачи исследования:
-
Оценить действие ЭМИ ШС, НИЛИ и СВЧ на изолированные системы:
Esherichia coli М-17 (E.coli М-17);
клетки донорской крови.
2. Изучить действие низкоинтенсивного широкополосного видимого света (красного и зеленого диапазонов) на функциональное состояние структур головного мозга кошек.
3. Исследовать влияние НИЛИ и ШКС на структуру и функцию ишемизированного сердца крыс (изолированного и in situ) в реперфузионный период.
4. Определить изменения уровня супероксиддисмутазы (СОД) и перекисного окисления липидов (ПОЛ) в постишемическом миокарде крыс после воздействия на него НИЛИ и ШКС.
5. Оценить эффективность влияния НИЛИ и ШКС на показатели гомеостаза, а также на восстановление вегетативных функций организма крыс, перенесших клиническую смерть в результате острой массивной кровопотери.
Научная новизна работы. Впервые изучено влияние ЭМИ различных диапазонов на рост E. сoli М -17. Выявлено сходство и различие действия ШКС и НИЛИ на микроорганизмы в зависимости от длительности воздействия.
Впервые изучено влияние низкоинтенсивного широкополосного видимого света различных диапазонов и НИЛИ на резистентность эритроцитов и фагоцитарную активность нейтрофильных лейкоцитов крови человека. Установлено, что воздействие ШКС и НИЛИ в одинаковой степени повышают осмотическую резистентность эритроцитов донорской крови и стимулируют фагоцитарную активность нейтрофилов.
Впервые показано изменение электрической активности зрительной коры головного мозга кошек при воздействии на ретикулярную формацию среднего мозга широкополосным видимым светом разного диапазона. Выявлено, что наибольшую эффективность воздействия оказывает широкополосный красный свет по сравнению с зеленым. В тоже время показано, что воздействие видимым светом на кору головного мозга менее эффективно по сравнению с действием на ретикулярную формацию.
Впервые показано наличие порогового уровня интенсивности НИЛИ при восстановлении функций изолированного сердца крыс после ишемии. Превышение указанного порога вызывает фибрилляцию, препятствует восстановлению сердечной деятельности, приводящее в дальнейшем к полной остановке сердца.
Впервые изучены эффекты воздействия НИЛИ и ШКС на миокард крыс in situ в постишемическом периоде. Выявлено, что ШКС, в отличие от НИЛИ, сокращает время восстановления сердечной деятельности, нормализует микроциркуляцию и предотвращает деструктивные изменения митохондрий и СПР в кардиомиоцитах, снижая уровень продуктов ПОЛ и повышая уровень СОД в тканях миокарда.
Впервые изучено влияние НИЛИ и ШКС на показатели гомеостаза, а также восстановление вегетативных функций организма крыс, перенесших клиническую смерть в результате острой массивной кровопотери. Выявлено, что обработка реинфузируемой крови крыс НИЛИ приводит к улучшению ее функциональных характеристик, а обработка реинфузируемой крови ШКС более эффективно, чем НИЛИ, повышает содержание гемоглобина и осмотическую резистентность эритроцитов.
Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные данные расширяют представление о применении ШС и НИЛИ в физиологической и медицинской практике. В результате исследования установлены особенности влияния ШС и НИЛИ на микробные популяции, цельную кровь, функциональное состояние нервной ткани, миокард в постишемическом периоде, показатели гомеостаза и восстановление вегетативных функций лабораторных животных, перенесших клиническую смерть в результате острой массивной кровопотери.
Установленные зависимости влияния ЭМИ СВЧ-диапазона, НИЛИ и широкополосного света на микроорганизмы, могут быть использованы в лабораторной и клинической практике.
Экспериментальные данные, полученные при исследовании воздействия широкополосным светом разного диапазона на цельную донорскую кровь, доказывают перспективность использования данного излучения в клинической практике, в процессе физиотерапевтических процедур, с целью повышения стимуляции фагоцитарной активности нейтрофильных лейкоцитов и резистентности эритроцитов.
Выявленное действие видимого света на различные отделы головного мозга позволяет использовать полученные результаты для разработки новых способов фототерапии и методик нейрофизиологических исследований.
Полученные результаты исследований обосновывают возможность применения низкоинтенсивного широкополосного излучения в медицинской практике с целью предупреждения и предотвращения ишемических повреждений миокарда, а также с целью восстановления функционального состояния тканей миокарда в постишемическом периоде. Полученные результаты могут быть использованы для нормированного ограничения применения гелий-неонового лазера в медицине.
Результаты, полученные при исследовании влияния НИЛИ и ШКС на показатели гомеостаза и восстановление вегетативных функций организма крыс после клинической смерти в результате острой массивной кровопотери, обосновывают перспективность использования ШКС в качестве физического агента, стабилизирующего кровь перед процедурой реинфузии в реаниматологии.
Положения, выносимые на защиту:
1. Изученные низкоинтенсивные ЭМИ: ШКС и НИЛИ, в отличие от СВЧ оказывают стимулирующее действие на рост популяций E. сoli М - 17, причем основной механизм эффекта различных диапазонов имеет фотохимическую, а не тепловую природу.
2. ШКС и НИЛИ стимулирует фагоцитарную активность нейтрофилов донорской крови человека и вызывают повышение осмотической резистентности эритроцитов.
3. Воздействие ШКС на ретикулярную формацию среднего мозга кошек вызывает существенные сдвиги функционального состояния головного мозга, более выраженные по сравнению с зеленым светом этой же мощности. Эффекты воздействия ШС на кору больших полушарий головного мозга менее выражены по сравнению с эффектами воздействия на мезэнцефалическую ретикулярную формацию.
4. Облучение ШКС синусного узла сердца крыс в реперфузионном периоде после ишемии способствует более быстрому, по сравнению с НИЛИ, восстановлению сократительной функции миокарда, повышает силу и скорость сокращений, нормализует скорость расслабления изолированного сердца крыс. При воздействии ШКС на миокард крыс in situ в постишемическом периоде, происходит восстановление и стабилизация ритмической активности, уменьшение интервала времени между возобновлением коронарного кровотока и восстановлением сердечной деятельности.
5. ШКС и НИЛИ снижают уровень процессов перекисного окисления липидов в миокарде крыс после ишемии в период реперфузии. Эффекты воздействия ШКС и НИЛИ имеют одинаковую направленность как в опытах на изолированном органе, так и in situ.
6. ШКС и НИЛИ модифицируют ультраструктуру миокарда. Выявлена существенная разница в морфологических эффектах воздействия данных излучений. При воздействии НИЛИ наблюдается сужение просветов капилляров, гиперплазия митохондрий и их полиморфизм, в то время, как ШКС обеспечивает восстановление микроциркуляции, значительное увеличение количества митохондрий и их гетерогенность.
7. ШКС, более эффективно по сравнению с НИЛИ, обеспечивает ускорение восстановления вегетативных функций организма лабораторных животных после клинической смерти (по сравнению с контрольной группой), в том числе нормализацию артериального давления и сокращение периода восстановления внешнего дыхания животных, повышая содержание гемоглобина и осмотическую резистентность эритроцитов.
Апробация работы. Основные положения работы были доложены и обсуждены: на Всероссийской конференции ”Медицинская физика 93” (Москва,1993), на научной конференции с международным участием “Медицинская Физика-95” (Москва, 1995), на II симпозиуме « Неинвазивные методы диагностики» (Москва,1995); на конференции «Медицинская физика-97. Новые технологии в радиационной онкологии" (Обнинск, 1997); на II съезде биофизиков России (Москва, 2000); на Республиканской научно-практической конференции “Здоровье (проблемы теории и практики)” (Ставрополь, 2000); на конференции Bios (Вена, 1996; Стокгольм, 1997,1998); на XVIII съезде физиологического общества им. И.П.Павлова (Казань, 2001); на конференции «Новые инновационные методы в медицине» (Саров, 2006); на II международной конференции «Человек и электромагнитные поля» (Саров, 2007; 2008).
По материалам диссертации опубликовано 53 работы в отечественных и зарубежных изданиях, получено 2 патента РФ.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 220 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, 5 глав собственных исследований, выводов, библиографического указателя. Список цитируемой литературы содержит 290 источников, из которых 165 на русском и 125 на иностранных языках. Диссертация иллюстрирована 29 таблицами и 43 рисунками.
Механизмы воздействия видимого света на живые ткани
Механизм воздействия низкоэнергетического излучения на биологический объект весьма сложен и пока остаётся до конца не изученным. В литературных обзорах в основном систематизированы изменения параметров гомеостаза организма, являющихся следствием первичных фотофизических и фотохимических процессов, протекающих в клетке после поглощения квантов света. Относительно механизмов действия низкоинтенсивного света на живую ткань сформулированы лишь некоторые гипотезы, на основе которых нельзя получить полного представления о реально протекающих при этом процессах.
Поэтому изучение особенностей действия низкоинтенсивного света на органы и ткани человека и животных в настоящее время остаётся актуальной проблемой.
Прежде всего, следует отметить, что разделение света на высоко- и низкоэнергетический зависит от используемых световых энергий. В различных литературных источниках обычно приводится граница плотностей мощности 10 мВт/см ( Илларионов В.Е., 1992; Козлов В.И. и др, 1993; Посудин, 1989; Приезжев и др., 1989), но эта граница не является жёсткой. Чем выше энергия поглощённого излучения, тем больше нагрев тканей и их фотодеструкция. При высокоэнергетическом световом воздействии в биотканях преимущественно происходят фотометрические и фотоионизационные явления, приводящие к локальной деструкции ткани (Козлов и др., 1993). Низко интенсивный же свет вызывает фотофизические и фотохимические изменения, не связанные с перегревом или деструкцией облучаемой зоны (Монич, 1996). Данное излучение способно оказывать влияние лишь на слабые взаимодействия в биологических системах (ионные и ион-дипольные связи), в то время как, взаимодействия, определяющие строение биополимерных цепей остаются ненарушенными (Козлов и др., 1993). Именно это свойство сохранения целостности зон облучения, определило использование низкоэнергетического излучения с терапевтической целью для стимуляции жизненно важных процессов при лечении многих заболеваний (Крюк и др., 1986; Илларионов, 1992; Козлов и др., 1993).
Очевидно, что фотофизическое или фотохимическое действие может оказывать лишь тот свет, который поглощается данной системой. Часть падающего на биоткань излучения отражается от её поверхности из-за несоответствия коэффициентов преломления света самой ткани и окружающей её среды. Излучение, проникающее в ткань, подвергается многократному рассеянию, поглощению различными биологическими структурами и частичному преобразованию во вторичное излучение, действующее на ограниченном пространстве. Часть поглощённой энергии идёт на активацию биологических молекул вещества. Другая часть поглощённой энергии, идёт на возбуждение вторичного излучения в тканях (Козлов и др., 1993).
Согласно данным Muller (1986) глубина проникновения монохроматического света зависит от длины волны излучения. Так в диапазоне длин волн больше 650-1200 нм наблюдается, так называемая, оптическая прозрачность биотканей (Muller, Howe, 1990). При этом волны ближнего инфракрасного диапазона (950 нм) обладают большей проникающей способностью и способны достигать глубины 40-70 мм. Глубина проникновения для диапазона длин волн 450-590 нм составляет около 0,5-2,5 мм (Joon et al., 1997). Излучение гелий-неонового лазера с длиной волны 0,63 мкм проникает в биоткань на глубину 15 мм (Евстигнеев и др., 1987).
Поглощение света является одной из характеристик эффективности взаимодействия светового излучения с исследуемым биологическим объектом (Udell et al., 1990) и зависит от свойств биологических тканей. Так в диапазоне длин волн 600-1400 нм кожа поглощает 25-40 % излучения, мышцы и кости - 30-80 %, а паренхиматозные органы (печень, почки, поджелудочная железа, селезёнка, сердце) могут поглощать до 100 % излучения (Илларионов, 1992, Bahr , 1986).
Относительно природы первичных фотобиологических процессов до настоящего времени у исследователей нет единого мнения. Существующие гипотезы условно можно разделить на нерезонансные, основанные на возникновении градиентов температуры за счёт неоднородностей среды, структурной альтерации жидких сред организма, конформационных переходах клеточных мембран и прочих эффектах и резонансные, основанные на поглощении такого кванта света, энергия которого равна разности энергий нормального уровня атома и самого нижнего возбуждённого (Козлов и др., 1993). Каплан и соавторы (1989) считают, что в области ближнего инфракрасного диапазона спектра отсутствует резонансное поглощение света тканями. Именно это явление с их точки зрения обеспечивает глубокое проникновение инфракрасного излучения в ткани. Поглощаясь тканями, инфракрасное излучение превращается в тепловую энергию вибрации молекул, что приводит к локальному повышению температуры на клеточных мембранах и возникновению градиента температуры в околомембранных областях, приводящего, в конечном итоге, к раскрытию мембранных каналов, усилению процессов эндоцитоза, изменению электрохимического ионного баланса и к повышению потенциальной энергии клетки.
Проверка альтернативных гипотез о механизмах действия НИЛИ, ШКС и СВЧ - излучения на микробные популяции
В экспериментах на животных, при массивной кровопотере, было показано, что низкоинтенсивное лазерное облучение крови последних, способствует существенному увеличению активности каталазы эритроцитов, супероксиддисмутазы и других природных антиоксидантов вследствие взаимодействия лазерного луча с их активными центрами. Следовательно, световое воздействие обеспечивает повышение потенциала антиоксидантной системы и снижение патогенных эффектов, возникающих в мембранах клетках вследствие несбалансированных процессов перекисного окисления липидов. Сохранение пространственной структуры клеточных элементов крови является одним из механизмов положительного действия лазерного облучения крови, способствующих увеличению выживаемости животных после длительного геморрагического шока. Кроме того, лазерное облучение, включенное в комплекс стандартных реанимационных мероприятий, улучшает кровоснабжение мозга и внутренних органов при ожирении, улучшает функциональные состояния миокарда, микроциркуляцию и потребление кислорода, стабилизирует системную гемодинамику в раннем постреанимационном периоде, а также способствует активации антикоагулянтного и фибринолитического потенциалов в крови: повышает сниженную активность плазмина и фибриногенгепариновых комплексов, увеличивает время тромбопластино- и тромбинообразования, следовательно, восстанавливает нарушенную систему гемостаза (Кожура и др., 2002). Известно, что при НИЛИ улучшаются реологические свойства крови и развивается гипокоагуляционный синдром (Козлов, Буйлин, 1993). По некоторым данным это связано с тем, что НИЛИ оказывает определенное влияние на систему свертывания и фибринолиз, так как при облучении крови наблюдается снижение свертываемости и замедление формирования сгустка, что объясняется торможением активации тромбопластина и задержкой процесса превращения протромбина в тромбин без существенного влияния на образование фибрина (Крюк, Костюк, 1974). Другие авторы не подтверждают эти данные (Шур, Аренберг, 1972). По данным Негоды и др. (1996), полученным в обширных клинических исследованиях, лазерное излучение малой мощности (к = 630 нм, мощность 1 мВт) снижает функциональую активность тромбоцитов.
В работе (Спасов и др., 1998) показано, что НИЛИ действует на свертывающую систему опосредованно через тромбоциты. НИЛИ оказывает прямое действие на кровяные пластинки, что выражается не только в снижении реакции на индукторы, но и, по всей видимости, в подавлении секреции тромбоцитарных факторов и активности протромбиназы, замедлении скорости формирования фибринового сгустка. Очевидно, резкое снижение функциональной активности тромбоцитов и определяет гипокоагуляционный эффект НИЛИ. Следует отметить, что после действия лазерного излучения их количество не изменялось, но происходило перераспределение по популяциям: отмечалось снижение сферических (активных) форм и некоторое увеличение дискоидных (неактивных) форм.
При тяжелой механической травме низкоинтенсивное лазерное излучение приводит к увеличению транспортной емкости альбумина (Кравченко-Бережная и др., 2002). При этом не исключается возможность возникновения конформационных изменений белковых молекул. Отмечается также антитоксический эффект лазерной гемотерапии, который реализуется вследствие иммуностимулирующего воздействия красного света, активации процессов биотрансформации токсичных субстанций, увеличения сорбционной емкости эритроцитов и улучшения реологических свойств крови (Авруцкий, 1992).
Нормализация функциональных и физико-химических характеристик поверхностной мембраны эритроцитов под действием лазерного излучения в остром периоде геморрагического шока также связывают с изменениями в липидном составе мембран эритроцитов. Они характеризуются повышением содержания фосфолипидов при постоянстве содержания холестерина, что свидетельствует об уменьшении вязкости и жесткости мембран (Berki, 1991). НИЛИ не только оказывает стабилизирующее влияние на переходные формы эритроцитов, но и разрушает дегенеративные нежизнеспособные формы.
Среди причин изменения структуры и функции биомембран при воздействии различных физических факторов на организм ведущую роль играет активация свободнорадикальных реакций ПОЛ. ЭМИ, активирующие ПОЛ, тем не менее не приводят к серьезным повреждениям биомембран благодаря наличию иерархии антиоксидантных систем, блокирующих свободнорадикальные реакции (Барабой и др., 1992). В норме образование перекисей липидов контролируется в организме сопряженными системами ПОЛ и антиоксидантов, а также пространственным разделением липидов, как субстратов окисления. Однако рассогласование в функционировании этих систем может приводить к серьезным патологическим изменениям в организме.
Постоянно растущие в последние годы масштабы применения фототерапевтических методов в клинической практике стимулируют поиски новых источников света и изучение эффектов их воздействия на живые ткани. В настоящее время в медицине наиболее часто применяется низкоинтенсивное излучение лазеров. С другой стороны, имеются экспериментальные данные, свидетельствующие о том, что специфичность лазерного излучения, по сравнению с обычным светом адекватных мощности и диапазона, не является решающим фактором воздействия на биологические объекты (Терещенко и др., 1990).
Метод электронно-микроскопического исследования ультраструктуры тканей миокарда животных
В отличие от СВЧ и нагрева, полученные с использованием ШС и НИЛИ результаты свидетельствуют в пользу предположения о стимулирующем фотохимическом механизме воздействия света на живые ткани, обусловленного поглощением фотонов молекулами, имеющими спектральные линии поглощения в диапазоне используемого в экспериментах ЭМИ. В частности, при поглощении красного света молекулами СОД может происходить изменение их активности. Различный эффект, а, следовательно, и различный механизм при длительном воздействии различными ЭМИ, может быть вызван изменением скорости потока электронов внутри оксидазных комплексов, что приводит к значительным изменениям в клеточной мембране. Возможно, что видимый свет, адсорбированный хромофорами в дыхательной цепи, усиливает дыхательный метаболизм возбудимой клетки и воздействует на электрогенные свойства ее мембраны. Полученные данные совпадают с данными Кару (Кару, 2003; 2005), где показано, что видимое и ближнее инфракрасное излучение поглощается в дыхательной цепи митохондрий эукариотической клетки (например, цитохром-с-оксидазой). Это приводит к усилению обмена веществ, ведущего к передаче сигнала другим частям клетки, в том числе клеточным мембранам, и, в конечном итоге, к стимулированию роста.
Практическое применение новых источников света ставит вопрос о возможности нежелательных эффектов воздействия широкополосного света на систему крови, как на наиболее лабильную систему, отражающую состояние общей резистентности организма. В связи с этим, в работе изучалось влияние света терапевтических мощностей и различных диапазонов на осмотическую резистентность эритроцитов и на фагоцитарную активность нейтрофильных лейкоцитов. Выбор этих характеристик обусловлен, с одной стороны, тем, что имеющиеся в литературе данные указывают на возможность повреждающего действия лазерного излучения на кровь (Никулин и др., 1991) и, в частности, на способность его вызывать гемолиз эритроцитов (Желтиков, Зинякова, 1991). С другой стороны, тем, что известно иммуномодулирующее действие лазерного излучения (Мышкина, 1991) и часто обсуждающееся влияние лазерного излучения на функциональное состояние фагоцитов (Алиферович и др., 1990; Блохина и др., 1990; Иваненко и др., 1990; Фейзулла, Соловьева, 1990). Однако действие некогерентного света на кровь изучалось пока только в опытах с воздействием на кровь широкополосным светом, полученным с помощью красного заграждающего светофильтра КС-10 (Гладкова и др., 1989). Поэтому в данной работе была проведена оценка влияния различных диапазонов на цельную кровь видимого света различных диапазонов, полученного с помощью новых оптоволоконных источников (Монич и др., 1991). В работе проведено 70 экспериментов in vitro на консервированной крови 1 группы. Эффектов снижения осмотической резистентности и появление эффекта лаковой крови ни в проведенной серии экспериментов, ни в 10 контрольных экспериментах с повышенной экспозицией (мощность 20 мВт, время воздействия 5 мин) не наблюдалось. Характерная S образная форма кривых (Кост, Смирнова, 1964) свидетельствовала об отсутствии патологических изменений в интактных образцах. Следует отметить статистически достоверное увеличения осмотической резистентности как в образцах, облучаемых лазером, так и широкополосным светом красного и оранжевого диапазонов. Облучение зеленым светом не привело к значимым изменениям резистентности. С уровнем значимости р 0,05 получены данные для границы полного гемолиза и средней скорости нарастания гемолиза (Табл.5) Таблица 5 Влияние видимого света различного диапазона на осмотическую резистентность эритроцитов донорской крови Исследуемый показатель Контрольный образец ШИРОКОПОЛОСНЫЙ СВЕТ НИЛИ красный оранжевый зеленый Максимальная граница стойкости эритроцитов (концентрация растворов, %) 0,32±0,01 0,35±0,01 0,35+0,01 0,32+0,01 0,33±0,01 Скорость нарастания гемолиза (разность концентрации растворов, %) 12,00+2,00 15,00±1,0 13,00±1,00 13,00±2,0 16,0±1,0 - р 0,05 по отношению к контрольному образцу. по Выявленное повышение осмотической резистентности можно объяснить стабилизирующим действием света на мембраны эритроцитов, что согласуется с данными, об ингибировании процессов перекисного окисления липидов ПОЛ (Зубкова, 1983,1989). Активация процессов ПОЛ может быть связана со снижением эластичности мембран и, таким образом, соответственно приводить к снижению осмотической резистентности в изотонических растворах.
Еще одним тестом на возможность практического применения широкополосного света терапевтических мощностей служил поиск нежелательных эффектов воздействия на белые клетки крови. Для этого проведено изучение влияния ШС на фагоцитарную активность нейтрофильных лейкоцитов донорской крови. Контрольными служили образцы, находившиеся в режиме ложного облучения. Проведено также сравнение с данными, полученными для образцов, облучавшихся гелий-неоновым лазером. Постановка экспериментов, выбор экспозиции и диапазонов света аналогичен тем, которые были в опытах по определению осмотической резистентности. В качестве параметров служили; фагоцитарное число, фагоцитарный индекс и индекс бактерицидности на 30-й минуте. Полученные значения для параметров ФЧ - 30, ФИ - 30 и ИБН - 30 - представлены в таблице 6. При анализе иммунотропных эффектов изучаемых ЭМИ было установлено, что красный и оранжевый свет, так же, как и свет гелий-неонового лазера, стимулируют процессы фагоцитоза. В отличие от этого, зеленый свет не вызывал значимых изменений фагоцитарной активности (Табл. 6, рис.11).
Наличие эффекта стимуляции фагоцитарной активности нейтрофилов при воздействии НИЛИ, красным и оранжевым ШС позволяет заключить, что эффективность воздействия на кровь широкополосным светом оказалась не меньшей, чем эффективность лазера.
Полученные результаты показывают не только отсутствие нежелательных эффектов подавления фагоцитарной активности нейтрофилов широкополосным светом, но и наличие статистически достоверной ее стимуляции по сравнению с контрольными образцами.
Эффекты воздействия низкоинтенсивного широкополосного света на кору больших полушарий головного мозга кошек
При воздействии НИЛИ на сердце крыс in situ нарушалась структура эндотелиального слоя (наличие длинных микровыростов в просвете сосудов, микроклазматоз) и наблюдалось уменьшение диаметра просветов капилляров (рис. 34в). В кардиомиоцитах крыс, облученных НИЛИ, выражены деструктивные изменения митохондрий и СПР (рис.35в), обнаружено сокращение миофибрилл с гиперплазией мелких митохондрий. Матрикс митохондрий был просветлен, в нем выявлялись аморфные и внутрикристные электронноплотные включения.
Статистически достоверно установлено значительное увеличение площади СПР (в 6,5 раз по отношению к интактным образцам, и в 2,6 раза, по отношению к контрольным) (табл. 21, рис.36). Полученные данные можно интерпретировать как свидетельство негативного влияния низкоинтенсивного лазерного света на субклеточные структуры.
В отличие от НИЛИ, при воздействии ШКС на сердце крыс in situ диаметр капилляров восстанавливался к 5-й минуте воздействия (табл.21) и не уменьшался даже в течение 60-минутного облучения. Внутриклеточного отека кардиомиоцитов не обнаружено (рис.35г). Средняя площадь СПР восстанавливалась до уровня, наблюдавшегося в контрольных образцах. Отмечалась гетерогенность митохондрий. Митохондрии имеют меньшую среднюю, по сравнению с контролем, площадь, увеличивающуюся, однако, в течение 60-минутного воздействия (рис.34г). Можно предположить, что при воздействии ШКС митохондрии, с сохраненной структурой, являются новообразованными, свидетельствуя о стимуляции репаративных реакций клетки и выражением активации окислительных процессов. Новообразование митохондрий является репаративной реакций клетки, выражением активации окислительных процессов (Боголепов, 1979) Эффекты световой стимуляции на начальных стадиях связаны с воздействием света на редокс цепи, в первую очередь на дыхательные цепи (Кару 1986, 1988). Облучение приводит к ускорению переноса электронов в дыхательной цепи благодаря изменению
Сравнительная оценка морфометрических показателей миокарда крыс после моделирования острой локальной ишемии и воздействия на синусный узел НИЛИ и ШКС. компонентов редокс цепи при фотовозбуждениях их электронных состояний (Каш, 1988; 1989), а электронное возбуждение изменяет редокс свойства поглощающих молекул (Marcus, Sutin, 1985)
Общая ответная реакция клеток на воздействие широкополосным красным светом оказывается более мягкой в отношении их микроструктурных изменений по сравнению с таковой при действии лазерного излучения. Это означает, что свет данного типа способен оказывать главным образом энергетическую подпитку для внутренних физико- и биохимических процессов, что благоприятствует нормализации микроструктуры и функциональной активности миокарда. Улучшения в системе микроциркуляции, возможно, обусловлены вазодилятацией, увеличением количества функционирующих капилляров, ранее находящихся в резервном состоянии, изменением реологии крови за счет снижения её вязкости, вследствие уменьшения агрегатной активности эритроцитов и тромбоцитов (повышение отрицательного электрического заряда, стабилизация клеточной мембраны).
Низкоинтенсивный широкополосный свет не способен изменить температуру облучаемого участка ткани. Поэтому результаты облучения следует отнести к фотохимическим эффектам.
Состояние организма после клинической смерти является ещё одной моделью, которая может выявить влияние низкоинтенсивного света на функциональную активность систем организма. Адаптационные возможности здорового организма достаточны для того, чтобы компенсировать эффекты, вызываемые малыми дозами электромагнитного облучения. Острая кровопотеря позволяет ожидать значимых результатов фототерапевтических воздействий.
При моделировании клинической смерти у животных отмечалась типичная картина геморрагического шока: вслед за падением АД наблюдалось урежение сердечного ритма, уменьшение амплитуды ЭКГ и реограммы, которые следовали сразу после кровопотери. После последнего атонального вздоха, в период клинической смерти, перед реанимационными мероприятиями регистрировалась лишь ЭКГ, характеризующаяся увеличением интервалов и снижением амплитуды зубцов ЭКГ до изолинии.
Животные были разделены на две контрольные и две опытные группы. В первой опытной группе кровь животных подвергалась облучению НИЛИ, а во второй - ШКС. В контрольных группах кровь не облучали.
При проведении реанимационных мероприятий было установлено, что полного восстановления функций кровообращения и дыхания не происходило как в контроле, так и опыте. Тем не менее, после 40 минутного периода наблюдения оставались живыми в большинстве опытов только крысы, кровь которых перед реинфузией подвергалась воздействию ЭМИ - в группе «НИЛИ»: опыт - 73%, контроль - 55%, в группе «ШКС»: опыт - 67%, контроль - 47% выживших животных.
Вместе с тем прослеживались определенные различия в степени и скорости приближения параметров вегетативных функций к уровню, регистрируемому до клинической смерти. Менее всего изменялась ритмическая функция сердца, динамика восстановления которой была одинаковой во всех исследуемых группах (Табл. 22, рис. 37).
