Введение к работе
/"
Работа посвящена исследованию Влияния низкоинтенсивногр лазерного излучения на гидратационные процессы в слабонеравновесных биологических жидкостях.
Актуальность проблемы. Низкоин-тенсивное лазерное излучение (НЛИ) с мощностью от долей до десятков мВт, при которой исключаются деструктивные тепловые эффекты, все более широко применяется в медицине. Наиболее часто применяется излучение гелй2-неонового лазера (ГНЛ) с длиной волны 632;8 нм. Низкоинтенсивноб лазерное воздействие оказывает влияние на кинетику ферментативных реакций In vitro, приводит к изменению заряда макромолекул белков и резкому снижению модуля сдвиговой упругости мембраны эритроцитов, вызывает изменение оптических и кристаллизационных характеристик многокомпонентных метаста-билъных растворов. Механизмы взаимодействия НЛИ с биологическими средами, которые представляют собой многокомпонентные слабонеравновесные системы, до сих пор.неизвестны.
Проблема физического механизма биологического действия НЛИ заключает в себе два основных вопроса: 1 идентификация первичного фотоакцептора и„ 2 - выяснение природы физических процессов , трансформирующих энергию поглощенных квантов света в отклик биоаидкостеи, клеток и тканей организма.
Поиск фотоакцепторов, обладающих сильным поглощением на длине волны облучающего света, не привел к каким-либо однозначным выводам. Применение плавно перестраиваемых по частоте лазеров позволило идентифицировать один из фотоакцепторов - растворенный молекулярный кислород [ 1 ]. Рассматривая растворенный кислород как первичный акцептор
.4-/:. НШ, авторы работы' 2) предложили модель . генерализации индуцированных лазером биоэффектов через структурную перестройку биохидкостей. Несмотря на большое количество публикаций, посвященных исследованию воздействия НЛИ на биообъекты, в настоящее время нет общепринятого представления о физической природе биологического действия низкоинтенсивного излучения лазера.
Необходимость выяснения физических механизмов действия НЛИ на биологические объекты является актуальной в связи с , широким применением лазеротерапии в практической медицине.
Целью работы является исследование влияния низкоинтенсивного излучения гелий-неонового лазера на Оиозкидкости - компоненты крови. и их модели с целью установления первичного акцептора и механизма передачи возбуждения биомолекулам и клеткам. При этом решались следующие задачи:
1. Определение основных физических эффектов,вызываемых
действием НЛИ. ...
2. Исследование зависимости эффектов от мощности
излучения, времени облучения, температуры среды и
концентрации компонентов.
3. Проверка гипотезы о том, что первичным акцептором
. излучения ГНЛ является растворенный молекулярный кислород.
Научная, нови з.н а -
1. Обнаружен эффект достоверного изменения показателя преломления раствора белка (альбумина сыворотки крови) при действии НЛИ и подучены его зависимости от мощности излучения и концентрации раствора. Установлено, что амплитуда изменения показателя преломления в результате воздействия НЛИ связана с концентрацией клеток в суспензии
эритроцитов и. макромолекул в раствора белка.
2. Обнаружено, что эффект запускается при облучении .
биораствора в течение короткого времени (0,1-60 с), при этом
временные параметры эффекта соответствуют параметрам,
полученным при непрерывном облучении _ в процессе
эксперимента (10-30 мин).
3. Установлены температурные диапазоны проявления
эффекта изменения показателя преломления при облучении НЛИ.
4. Получены спектры действия НЛИ в окрестностях полос
поглощения растворенного кислорода: Х.=762 нм на суспензию
эритроцитов и раствор альбумина, А.=638 нм на раствор альбу
мина,где в качестве регистрируемого параметра использовался
показатель, преломления. .
Научная и практическая значимость Экспериментальные результаты и оценки, произведенные в работе, показывают, что изменение показателя преломления биокидкостей связано преимущественно со структурными перестройками в.растворителе. Одним из первичных акцепторов излучения ГКЯ, как показали эксперименты, в кидких компонентах' крови и ее моделях является растворенный молекулярный кислород. Предлокена качественная модель структурных перестроек гидратных оболочек макромолекул, приводящих к изменению конформации биомолекул. Нарушение структуры растворителя вызвано энергией, выделяемой при дезактивации возбужденных молекул кислорода. Модель позволяет объяснить . "неспецифический характер действия НЛИ.
Обнаруженные в работе параметры фотоотклика (отклика исследуемого объекта на воздействие излучения оптического диапазона) являются индивидуальными характеристиками. На основе использования этих параметров разработан тест,
6 позволяющий прогнозировать эффективность лазерной терапии до процедуры облучения индивидуально для каждого больного. Тест прошел клиническую апробацию в Пульмонологическом " центре г. Екатеринбурга и утвержден Главным Управлением Здравоохранения Свердловской области. А в то р защищает:
-
Экспериментальные зависимости параметров эффекта НТО от мощности излучения, длительности облучения, концентрации биорастворов и температуры среда.
-
Отклик Сиожидкостей на короткий (0,5 - 100 секунд) единичный импульс КЛИ.
-
Интерпретацию изменений показателя преломления Оиожидкостей под действием ЕЛИ как структурную перестройку в растворителе вблизи поверхности макромолекул.
-
Подученные экспериментально спектры действия в окрестностях полос поглощения растворенного молекулярного кислорода. . -
Апробация работ ы
По теме диссертации опубликовано 22 работы, из них 7 статей, 14 тезисов докладов и 1 методические рекомендации. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Международных конференциях: "Новое в лазерной медицине и хирургии"- (гЛІереславль-Залесспсий, 1990 г;) , "Laser Application In Lite Sciences " (Moscow, 1990 г.), International Conference on Advanced and Laser Technologies (Moscow, 1992 г.), "Новые достижения лазерной медицины" (г.Санкт-Петербург, 1993 г.). Ы Международной конференции по лиотропным жидким кристаллам (г.Иваново, 1993 г.); на III и IV Дальневосточных конференциях "Лазерная техника и лазерная медицина" и "Низкоинтенсивное лазерное излучение в
7-.-медицинской практик-э" (г.Хабаровск. .1989 »"1990' гг.); на Всесоюзной конференции "Современные метода контроля лазерного облучения крови и оценки эффективности лазерной терапии" (г.Новосибирск, 1990 г.); на Республиканской конференции "Новые физические методы в медицине" (г.Ворошиловград, 1990 г.); на IV Национальном конгрессе по болезням органов дыхания (г.Москва, 1994 г.).
Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, пяти глав, приложения, заключения и списка использованной литературы. Она изложена на 227 страницах, из них S9 рисунков, 5 таблиц. Список ' литературы содержит 139 наименований.