Клинический разбор в акушерстве, гинекологии и репродуктологии №01 2022

Mechanism and biophysical aspects of magneto-infrared laser exposure 



Abstract
The non-drug methods of functional regulation therapy are being increasingly used in practice not only in combination with drug treatment, but also as monotherapy. Studying  biostimulation effects of the low level laser radiation has opened up great prospects for the use of lasers in medicine. Photochemical reactions, ionization of tissues, ultrasonic waves, exposure to magnetic fields and electric current, altered permeability of cell membranes, etc., play a vital part in the mechanism underlying the combined effects of the constant magnetic field, continuous LED and pulsed laser radiation of the IR range. Magneto-infrared laser therapy has the characteristics of the  pathogenetically substantiated method. The use of the listed physical factors provides anti-inflammatory, vasodilation, and immunostimulant effects, improves metabolic processes, and accelerates tissue regeneration. The beam reflected from the biological object conveys information about the object, which makes it possible to assess the efficiency of laser biophotometry in the diagnosis, predicting the disease course, and defining therapy efficacy. 
Key words: laser, magneto-infrared laser therapy, laser biophotometry, infrared laser radiation.
For citation: Isaev A.K. Mechanism and biophysical aspects of magneto-infrared laser exposure. Clinical analysis in obstetrics, gynecology and reproductology. 2022; 1–2: 20–27. DOI: 10.47407/kragr2022.2.1-2.000031

В настоящее время в медицинской практике все шире применяют немедикаментозные методы функциональной регулирующей терапии не только в сочетании с лекарственным воздействием, но и как монотерапию. Прогресс медицинской науки и техники, клинической медицины в значительной степени определяется достижениями в области квантовой электроники [1–3].
Лазеры были внедрены в медицинскую практику сравнительно недавно – около 30 лет назад, тем не менее успехи их применения в медицине очевидны и весьма впечатляющи [4, 5]. Изучение биостимулирующих эффектов низкоинтенсивного лазерного излучения (НИЛИ) открыло широкие перспективы применения лазеров почти во всех областях медицины.
В механизме комбинированного действия постоянного магнитного поля, непрерывного светодиодного и импульсного лазерного излучений инфракрасного (ИК)-диапазона длин волн большую роль играют фотохимические процессы, ионизация тканей, ультразвуковые колебания, воздействие магнитных полей и электрических токов, изменение проницаемости клеточных мембран и др. По данным экспериментальных исследований, сочетанное применение упомянутых физических факторов оказывает противовоспалительное, сосудорасширяющее, обезболивающее, иммуностимулирующее действие, улучшает обменные процессы, ускоряет регенерацию тканей, снижает сенсибилизацию [6–8].
Принято считать, что магнито-свето-лазерной терапии (МСЛТ) присущи черты патогенетически обоснованного метода. При ее назначении важно учитывать не только общее состояние организма, специфику патологического процесса, клинические проявления, стадию и фазу болезни, тенденции ее развития, но и сопутствующую патологию, половые, возрастные, профессиональные особенности пациента, его нервно-психический статус. В последнее время новые методики находят применение и при более тяжелых проявлениях патологического процесса, в том числе при значительной выраженности морфологических изменений. Рекомендовать методы МСЛТ в акушерстве и гинекологии позволяют выраженное биостимулирующее, иммуномодулирующее, анальгетическое действие постоянного магнитного поля, непрерывного светодиодного и импульсного лазерного излучения ИК-диапазона длин волн, стимуляция лимфо- и гемомикроциркуляции, процессов регенерации в результате воздействия на биоткани. Сочетание лазерной терапии с магнитным воздействием оказывает потенцирующий эффект и увеличивает биологическую проницаемость тканей для лазерного излучения [9–12]. В лазерной терапии широко используется НИЛИ газовых и полупроводниковых лазеров и светодиодов (фототерапия) [7, 13, 14].
В последние годы в эксперименте, а затем в клинике изучена эффективность применения лазерной биофотометрии для диагностики, прогнозирования течения и определения эффективности терапии раневых и гнойно-воспалительных процессов брюшной полости и ее стенки [15]. Известно, что отраженный от биологического объекта луч несет достаточно полную информацию о самом объекте. Однако в гинекологической практике это научное направление не нашло должного применения, поскольку еще не изучены оптические характеристики тканей и органов малого таза в норме и при патологии, не выработаны принципы обработки биофотометрической информации, не освещены вопросы применения магнито-свето-лазерного воздействия (МСЛВ) при лечении заболеваний органов малого таза с учетом оптических характеристик тканей. Все это определяет перспективность исследований эффективности лазерного биофотометрического метода для диагностики, прогнозирования и лечения заболеваний внутренних половых органов.

Возможности применения физических методов терапии
Вопросы терапии разных заболеваний в акушерстве и гинекологии – наиболее важная задача практического здравоохранения. Предложен широкий арсенал медикаментозных средств, важнейшее место среди которых занимают гормональные, антибактериальные, противовоспалительные, иммуномодулирующие и другие препараты, однако их клиническая эффективность иногда оказывается недостаточной, что во многом обусловлено тяжестью течения инфекционного процесса, глубокими структурными изменениями пораженной ткани, сложностью подбора оптимальных схем лечения и режима введения препаратов. Снижение иммунной реактивности, дисбактериоз и аллергизация организма, развивающиеся на фоне приема антибиотиков или сочетания нескольких препаратов разнонаправленного действия, свидетельствуют в пользу ограничения фармакотерапии за счет использования немедикаментозных методов лечения (например, МСЛТ) [7, 13, 16, 17]. В акушерско-гинекологической практике они находят широкое применение. В настоящее время проводят множество исследований, касающихся применения физических факторов, в том числе МСЛТ, в лечении патологии половых органов. Вместе с тем необходимы научное обобщение имеющихся фактов, комплексный подход к использованию физических факторов в акушерстве и гинекологии, патогенетическое обоснование и объективный анализ закономерностей изменений в организме больного под воздействием постоянного магнитного поля, непрерывного светодиодного и импульсного лазерного излучения ИК-диапазона длин волн [1, 9, 18, 19].
На современном этапе развития науки в медицине широко применяется лазерное излучение, лежащее в относительно узком диапазоне от ИК до ультрафиолетовой (УФ)-области спектра электромагнитных волн [20, 21]. Именно видимый свет и в несколько меньшей степени ИК- и УФ-излучения обеспечивают информационный обмен на всех уровнях организации живой материи – от молекулярных и субклеточных структур до организменного уровня. Большие возможности открывает внедрение в практику клиницистов лазерного излучения, обладающего уникальными физическими свойствами (когерентностью, монохроматичностью, поляризованностью, большой плотностью энергии) и многообразными эффектами воздействия на биологические объекты, благодаря которым улучшается микроциркуляция, активизируются метаболические процессы, нормализуется функция сосудисто-тканевых барьеров [9, 11, 22, 23]. Клиницистов привлекают широкий спектр биологического действия лазерного излучения, быстро достигаемый стойкий терапевтический эффект, отсутствие осложнений, простота выполнения методик, ограниченное число противопоказаний к их применению. С изобретением лазеров и возможностью их использования в самых разных областях науки и техники перед медициной возникли новые и очень важные в практическом отношении задачи:
• всестороннее изучение влияния ИК-лазерного излучения на различные клетки, ткани и органы животных и человека в норме и при патологии;
• изучение возможностей применения ИК-лазерного излучения в лечебных целях;
• разработка профилактических и лечебных мероприятий, направленных против возможного вредного воздействия ИК-лазерного излучения на организм человека.
Первые сообщения о применении лазеров в медицине относятся к 1963 г., когда была установлена возможность эффективного применения лазерного излучения в клинике. Изучение биостимулирующих эффектов НИЛИ открыло широкие перспективы применения лазеров почти во всех областях медицины. Оказалось, что для выраженной ответной реакции биологической ткани достаточно применения малой энергии излучения, не превышающей долей или единиц милливатта [1, 24, 25].
В основе механизма биологического действия НИЛИ лежат процессы, происходящие на клеточном и молекулярном уровнях. Характер этих процессов остается неразгаданным и в настоящее время активно изучается отечественными и зарубежными исследователями. Этот сложный механизм определяется мембранными процессами активации метаболизма в клеточных структурах и тканях, комплексными биоэнергетическими реакциями не только в отдельных тканях и органах, но и в организме в целом [5, 9, 11, 26].

Механизмы действия и клинические эффекты НИЛИ
Существует несколько оригинальных гипотез, которые позволяют достаточно логично объяснить механизмы действия НИЛИ. Отечественные исследователи выдвинули теорию энергетической подкачки. Суть теории в том, что частота излучения лазера совпадает с собственной резонансной частотой определенных органелл клетки или каких-либо крупных молекул, имеющихся в клетке, либо близка к ней. Несколько позже, в 1980-х годах, ими же была развита еще одна гипотеза – теория резонансной памяти жидкой среды. Теория появилась после того, как фундаментальными исследованиями в области физики и химии было доказано, что отдельные молекулы воды могут определенным образом взаимодействовать между собой и объединяться в конгломераты, состоящие из нескольких сотен или даже тысяч первичных молекул. Эти конгломераты весьма неустойчивы и образуются в результате каких-либо внешних воздействий. Возможно, под влиянием НИЛИ в воде возникают определенные конгломераты структурированной воды, обладающие высокой биологической активностью. Если учесть тот факт, что организм человека на 80% состоит из воды, то объяснение активирующего влияния лазерной терапии на различные обменные процессы выглядит вполне логично, так как практически все они протекают в водной среде [10, 11, 27].
В.А. Буйлин, А.К. Полонский [6] предположили, что механизм действия НИЛИ связан с его электромагнитной природой. Как известно, живые клетки имеют свой собственный потенциал, свое электрическое поле. Лазерное излучение, являясь по своей природе электромагнитным полем, оказывает влияние на электрическое поле клетки. Изменения как потенциала клетки, так и распределения заряда могут влиять на функциональную активность клетки, а следовательно, и на функциональную активность ткани, органа, системы и организма в целом.
По мнению других авторов, при воздействии лазерным излучением на биообъект первичная фотоинициация или фотосупрессия универсальных функциональных белков (транспортных, энергетических, ферментных, рецепторных, циклазных и др.) запускает как местные, так и общеорганизменные каскадные реакции регуляторных воздействий, направленные на активацию систем неспецифической резистентности. В основе терапевтического действия НИЛИ лежат универсальные механизмы организменного уровня, реализующиеся при участии системы регуляторных пептидов и других надклеточных биорегуляторов. Изучение этих многокомпонентных процессов биологами, биохимиками, физиологами, экспериментаторами и клиницистами с учетом результатов совместных исследований привело к разработке эффективных методик лазерной терапии и МСЛТ [2, 28–30].
Воздействие ИК-лазерного излучения на биологические объекты имеет свои характерные особенности и подчиняется основным законам биофизики и биохимии. При этом важное значение имеют характер структуры живых тканей, особенности васкуляризации, цвет и рельеф поверхности. Если же еще учесть физические параметры лазерного излучения – длину волны, длительность и характер импульса, частоту его повторения, а также направление луча по отношению к органам или тканям, то можно представить себе сложность механизма воздействия лазерного излучения на живой организм. Одновременно наблюдаются нормализация тромбообразующей и фибринолитической активности, снижение гиперкоагуляционного потенциала, увеличение диаметра артериол, венул, лимфатических сосудов, что в целом дает противовоспалительный и десенсибилизирующий эффекты. В механизмах биологических эффектов лазерного излучения акцепторами-посредниками служат медьсодержащие окислительно-восстановительные ферменты – каталаза, цитохромный комплекс, перекисные радикалы, принимающие участие в функциональной активности митохондрий, связанных с энергообеспечением клеток [15, 16, 31].
Объектом воздействия проникающей в организм световой энергии являются составляющие органы тканевой структуры (эпителий, мышечная ткань и т.д.) с достаточно сложными межтканевыми отношениями там, где непосредственно развивается патологический процесс; система микроциркуляции, ответственная за трофику тканевых регионов; нервные структуры, вовлекаемые в рефлекторный ответ при воздействии на зоны акупунктуры; иммунная система и кровь при ее внутрисосудистом облучении [10, 11, 32]. В каждом случае срабатывают свои патогенетические механизмы реализации воздействия НИЛИ на организм.
НИЛИ оказывает многофакторное стимулирующее действие на метаболические процессы не только в облучаемой зоне, но и в отдельных органах, что выражается в активации энергетических и пластических процессов, активации антиоксидантной системы, стимуляции кроветворной системы, повышении биоэлектрической активности коры головного мозга и усилении общезащитных приспособительных реакций организма, значительной активации неспецифических факторов защиты, показателей гуморального и клеточного иммунитета [5, 9, 10, 24].
Среди механизмов реализации ответа организма на воздействие лазерным излучением нельзя забыть о роли нервной системы. В организме человека наряду с гуморальными имеют место и нейрогуморальные механизмы ответа на воздействие лазерным излучением. Механизм может быть реализован несколькими путями: во-первых, при непосредственном взаимодействии излучения с нервными клетками; во-вторых, в результате взаимодействия нейроцитов с теми активными соединениями и биологически активными веществами, которые были получены в результате первичных и вторичных эффектов. В последние годы стало известно, что в нервной ткани человека имеются собственные акцепторы лазерного излучения, например родопсин-киназа. Некоторое количество хромофор содержится в миелине, в мембранах нейронов и между нейронами. Кроме того, в коже, которая является большим рецепторным полем, тоже есть хромофоры (оптически активные молекулы) с собственными характеристиками спектра поглощения. Сегодня известно, что большинство хромофор имеют кольцевидную структуру, относительно небольшую молекулярную массу (до 500) и являются высокорезонансными [8, 9, 28, 33]. Взаимодействуя с хромофорами, лазерное излучение может влиять на функциональное состояние нервной клетки и нервного волокна в целом, при этом могут измениться потенциал и ионопроводимость.
Рассмотренные аспекты механизма действия НИЛИ на организм далеко не исчерпывают всего многообразия происходящих при этом процессов, однако знакомство с ними в определенной степени служит основой понимания целенаправленности лазерной терапии. Анализ литературы, посвященной проблеме механизма действия НИЛИ, позволяет считать, что единого мнения по данному вопросу не существует.

Возможности лазерной терапии
В последние годы широкое применение в научных исследованиях и медицинской практике находят новые установки на основе полупроводниковых лазеров [1, 2, 20]. Появление этих установок можно считать своего рода революцией в лазерной медицине, так как они в десятки раз экономичнее газовых, имеют небольшие габариты и массу. ИК-излучение (от 0,8 до 1,3 мкм) наиболее глубоко (до 6–8 см) проникает в организм человека, а постоянное магнитное поле еще больше увеличивает глубину проникновения лазерного излучения в ткани. Это дает возможность воздействовать на внутренние органы брюшной полости непосредственно через кожные покровы с достаточно высокой лечебной эффективностью. Чрескожная лазерная терапия в ближнем ИК-диапазоне уже получила широкое распространение в комплексном лечении заболеваний воспалительной этиологии, послеоперационных осложнений, заболеваний сердца, печени и др. Полупроводниковые лазеры имеют высокий коэффициент полезного действия. В частности, у полупроводниковых лазеров на арсениде галлия он более 30%, в то время как у гелий-неоновых – всего 1–2%, а лазеров на углекислом газе – от 10 до 30% [1, 8, 14, 34].
В 1977 г. впервые в мировой практике А.К. Полонским была разработана и предложена для практического применения методика сочетанного воздействия на патологический очаг НИЛИ и постоянным магнитным полем [6]. Он же показал, что сочетание постоянного магнитного поля, непрерывного светодиодного и импульсного лазерного излучения ИК-диапазона длин волн повышает эффективность воздействия в 1,5–2 раза.
Работами отечественных ученых [2, 5, 9, 10] в эксперименте и клинических условиях доказано, что биостимулирующее действие постоянного магнитного поля, непрерывного светодиодного и импульсного лазерного излучения ИК-диапазона длин волн при одновременном воздействии на биологический объект выражено более активно, чем при раздельном использовании указанных физических факторов. Терапевтический эффект воздействия на ткани живого организма светодиодов и ИК-лазерного излучения значительно усиливается в магнитном поле. Это происходит за счет многоуровневой и разнонаправленной активации микроциркуляции, повышения активности тканевого метаболизма, усиления работы нейрогуморальных звеньев и других факторов, активизирующих функционирование биологического субстрата. НИЛИ разрушает электролитические связи между ионами, молекулами воды и ионами, а постоянное магнитное поле препятствует рекомбинации ионов. Наведенная электродвижущая сила при сочетанном воздействии на порядок выше, чем при отдельном воздействии НИЛИ и постоянного магнитного поля, увеличивается глубина проникновения в ткани лазерного излучения за счет переориентации диполей [11, 16, 20, 24].
Согласно теории «эффекта Холла» магнитное поле способствует разделению свободных заряженных частиц, образующихся под воздействием лазерного излучения, что усиливает процессы метаболизма в тканях. Постоянное магнитное поле воздействует на заряженные частицы, находящиеся в потоке микроциркуляторного русла, изменяя траекторию их движения, и способствует более активным контактам с клетками эндотелия. С возрастанием количества свободных ионов в капиллярах увеличивается их парциальное давление, что в свою очередь приводит к увеличению перехода жидкости из межклеточных пространств внутрь капилляров, т.е. ведет к уменьшению отека в тканях, а следовательно, и болевого синдрома. Под МСЛВ в тканях отмечается увеличение аденозинтрифосфата, активируются окислительно-восстановительные реакции и система антиоксидантной защиты организма [1, 3, 20, 35].

Применение методов МСЛТ в акушерстве и гинекологии
Экспериментально-клинические данные, полученные в течение последних 15 лет, послужили основой для широкого применения МСЛТ в акушерско-гинекологической практике при лечении разного рода заболеваний половых органов, а также в профилактике и лечении гнойно-септических осложнений.
Большинство авторов, применявших НИЛИ при заболеваниях половых органов, наблюдали благоприятное влияние излучения на трофику облучаемых тканей, отмечали увеличение количества функционирующих сосудов и их расширение, улучшение условий циркуляции лимфы, ускорение транспорта и утилизации кислорода в тканях, стимуляцию фагоцитарной активности макрофагов, возрастание функциональной активности фибробластов и эпителиальных клеток, ускорение образования соединительнотканных волокон, усиление созревания коллагена, а в итоге – стимуляцию процессов заживления «универсального» характера [10, 11, 15, 16].
Отечественные и зарубежные ученые [7, 12, 13, 17, 19, 36] указывают, что применение МСЛВ обеспечивает качественно новый уровень лечения заболеваний в акушерстве и гинекологии. Например, МСЛТ при воспалительных заболеваниях органов малого таза способствует быстрому купированию воспалительного процесса, нормализует клеточный и гуморальный иммунитет, уменьшает сроки пребывания больных в стационаре, предупреждает генерализацию инфекции.

Заключение
Завершая краткий анализ изменений, происходящих в организме под воздействием постоянного магнитного поля, непрерывного светодиодного и импульсного лазерного излучений ИК-диапазона длин волн, можно считать, что ответная реакция весьма сложна и многогранна.
В последнее десятилетие широкое применение в медицинской практике находят новые установки на основе полупроводниковых лазеров с фоторегистратором, который не только позволяет проводить лечение, но и определяет оптические характеристики тканей [6, 7, 13, 14]. Высокая чувствительность фоторегистраторов к изменению состояния исследуемых объектов, в том числе и биологических, привела к мысли об использовании лазерных устройств как для лечения, так и для диагностики. Отсутствие фундаментальных исследований оптических характеристик тканей и органов в норме и при патологии обусловило необходимость более глубокого изучения этих вопросов.
Применение лазерной биофотометрии в гинекологической практике позволяет диагностировать и оценить динамику течения сальпингоофорита. Анализ течения воспалительного процесса по данным биофотометрии показал, что наличие острого воспаления в придатках матки приводит к снижению коэффициента отражения (КО) до 31,4±1,7% (норма 42±1,5%); рис. 1.
После трех сеансов магнито-лазерной терапии показатели КО повышаются до 34,5±1,7%, тогда как в контрольной группе не меняются, даже в некоторых случаях несколько снижаются. На 5-е сутки магнито-лазерной терапии КО повышается до 38,3±2,1%, в контрольной группе постепенно начинает увеличиваться. После 9–10 сеансов магнито-лазерной терапии показатели КО приближаются к норме (до 41,2±1,4%), тогда как в контрольной группе больных они остаются низкими – до 36,8±1,9%.
Показатели биофотометрии, характеризующие динамику течения острого воспалительного процесса, коррелируют с показателями ультразвукового исследования, клиническими проявлениями (уменьшение болей, снижение температуры, отсутствие патологических выделений, дизурии), изменениями в придатках матки.
Фотометрические свойства вещества, в том числе и биологических объектов, характеризуются коэффициентом пропускания ι, КО ρ, коэффициентом поглощения α, которые связаны соотношением ι+ρ+α=1. Учитывая низкую среднюю выходную мощность терапевтических лазеров (от единиц микроватта до десятых долей ватта), коэффициентом пропускания можно пренебречь, так как на практике он равен нулю или представляет собой бесконечно малую величину. Зная КО, можно определить коэффициент поглощения, т.е. установить, какая часть падающей на биоткани энергии будет ими поглощена [1, 9, 29]. Наличие биофотометра позволяет получить информацию о величине КО и его изменении в процессе лечения и на основании этой информации диагностировать, прогнозировать и судить об эффективности терапии. За рубежом в целях диагностики и выбора параметров облучения применяют различные устройства, использующие оптическое излучение лазеров в качестве источника информации и построенные на фотометрическом принципе. Однако реальные биофотометрические медицинские приборы для диагностики и индивидуальной оптимизации параметров облучения и коррекции лечения созданы в России только в последние 10 лет. «Милта-Ф» – единственный в мире аппарат с встроенным биофоторегистратором, позволяющий в процессе лечения получать информацию о состоянии биообъекта [6].
При включении в число лечебных мероприятий МСЛВ получены хорошие результаты в терапии воспалительных заболеваний органов малого таза, для которых характерна склонность к длительному хроническому течению с частыми обострениями. В зависимости от клинических проявлений заболевания больных можно разделить на три группы: первая – с преобладанием экссудации (обострение хронического воспалительного процесса), вторая – с доминированием болевого синдрома при остаточных явлениях воспалительной реакции (вторичные поствоспалительные ганглионевриты области малого таза), третья – с преобладанием спаечных изменений в органах малого таза [15, 18–20].
МСЛТ включают в комплекс лечения, проводимого на фоне антибактериальной, противовоспалительной терапии. Лазерное излучение подают чрескожно на область проекции придатков матки или трансвагинально через насадки. При острых процессах с развернутой клинической картиной и выраженной экссудацией указанный вид физического воздействия не должен применяться. Это способствует активации пролиферации и эпителизации, существенно повышая риск образования пио- и гидросальпинкса, так как при этом могут измениться порядок течения и синхронизация стадий воспалительной реакции. МСЛТ при воспалительных заболеваниях придатков матки начинают проводить чрескожно на область проекции придатков матки при переходе острой фазы в подострую, экссудативной – в инфильтративно-пролиферативную. Таким образом, с внедрением новых физических методов, в том числе НИЛИ, в диагностике, прогнозировании и лечении заболеваний половых органов открываются новые возможности. С теоретической и практической точки зрения очень важен вопрос, касающийся применения МСЛТ в комплексном лечении акушерско-гинекологических заболеваний с учетом оптических характеристик тканей. В гинекологии это научное направление не нашло должного применения, поскольку не были проведены исследования оптических характеристик тканей и органов малого таза в норме и при патологии, не определены принципы обработки биофотометрической информации, полученной от биологического объекта, не выявлен диапазон ее применения.  В связи с этим необходимы дополнительное научное обобщение имеющихся фактов, патогенетическое обоснование и проведение объективного анализа закономерностей течения изменений в организме больного при МСЛВ. Важно обосновать четкие критерии применения биофотометрического метода для диагностики и прогнозирования течения заболеваний внутренних половых органов. Вопросы клинической медицины, направленные на улучшение результатов диагностики и лечения заболеваний в акушерстве и гинекологии, требуют прицельного изучения.

Конфликт интересов. Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.
Conflict of interests. The author declares that there is not conflict of interests.