CC BY
83
УДК 616.15.001.6:615.849.19
ИЗМЕНЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КРОВИ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НА НЕЕ НИЗКОИНТЕНСИВНЫМ ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ ПРИ РАЗЛИЧНОЙ ЭКСПОЗИЦИИ ОПЫТНЫХ ОБРАЗЦОВ В УСЛОВИЯХ ЭКСПЕРИМЕНТА
П.Ю. Садилова, К.В. Гасников, Е.Б. Лисина, Л.А. Баязитова,
ФГБОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет»
Садилова Полина Юрьевна - e-mail: [email protected]
Проведенные экспериментальные in vitro исследования влияния низкоинтенсивного лазерного
излучения на некоторые физиологические свойства крови показали, что существенного влияния на вязкость плазмы крови лазерное излучение не оказывает, в отличие от иельной крови, вязкость которой возрастает при увеличении времени воздействия на нее лазерным излучением, что чаще нежелательно для паииента. Проведение процедуры лазерной коррекции нарушений свертывающих свойств крови целесообразно проводить только паиентам с гиперкоагуляцией, в иных случаях показатель свертываемости крови не нормализуется. Целостность мембраны лейкоцитов нарушается при воздействии низкоинтенсивным лазерным излучением, причем, при увеличении времени воздействия НИЛИ количество поврежденных клеток крови увеличивается. Несмотря на свою популярность, терапевтические процедуры лазерного облучения крови оказываются недостаточно эффективны, а в некоторых случаях оказывают пагубное воздействие на реологические и коагулирующие свойства крови, а также на целостность клеток крови. В связи с вышеизложенным, необходимы тщательные исследования для подборки режимов воздействия при использовании НИЛИ в терапии.
Ключевые слова: низкоинтенсивное лазерное излучение, вязкость, свертываемость крови, целостность мембран лейкоцитов.
Carried-out in-vitro experimental investigation of low intensity laser emission influence on some physiological blood characteristics showed that laser emission has no significant effect on blood plasma viscosity, but influences greatly whole blood viscosity. Increase of laser emission exposure time causes increase of whole blood viscosity that is more often undesirable for patient. Laser correction of blood coagulability disorders is advised to perform only for patients with hypercoagulation, otherwise blood coagulability index doesn't become normal. Low intensity laser emission violates leucocyte membrane integrity, at that increase of itsn exposure time leads to increase of damages blood cells number. Despite their popularity therapeutic procedures of blood laser irradiation turn out to be not enough effective, and in some cases have baneful effect on flow and coagulative blood characteristics, and also on blood cell integrity. As a result of premises it is necessary to perform intensive study in order to define proper modes of low intensity laser emission influence while using it in therapy.
Key words: low intensity laser emission, viscosity, blood coagulability, leucocyte membrane integrity.
Введение
Интенсивный рост российского рынка по производству медицинской техники, различной по механизму воздействия на биологические ткани человека, неизбежно сопряжен с ростом бесконтрольного осуществления физиопроцедур в домашних условиях и, как следствие, возникающее увеличение риска возникновения побочных реакций и осложнений после проведенных физиотерапевтических процедур [1, 2]. Наряду с этим, опыт применения различных комбинированных или моноизлучающих медицинских приборов в клинической практике даже под контролем специалиста характеризуется довольно большим количеством отрицательных побочных явлений, возникающих у пациентов после воздействия физических излучений медицинских приборов [1].
В связи с этим, выработка четких рекомендаций по применению медицинской техники (только под контролем специалиста), в соответствии с современными представлениями о взаимодействии излучений и биологической мишени, становится одной из актуальных задач практического здравоохранения.
В течение последних лет сформулирован ряд гипотез о возможных механизмах биологического действия лазерного излучения при различной его мощности, тем не менее, проблема механического, теплового и физико-химического действия когерентных излучений на клетки, ткани, неоднородные среды и организм в целом остается открытой [3, 4, 5, 6].
Таким образом, несмотря на наличие широкого спектра существующей медицинской диагностической и физиотерапевтической аппаратуры, вопрос об безопасности проведения указанных процедур остается открытым, что обуславливает актуальность проведения дальнейших исследований механизмов биологического действия физических полей на всех уровнях организации живых систем [1, 4].
Цель исследования
Поскольку около половины присутствующих на рынке медицинских устройств для домашнего и профессионального применения по сути своей являются лазерными излучателями низкой мощности, в настоящем исследовании была поставлена цель - исследовать изменение некоторых важных морфофункциональных характеристик крови и степень их выраженности в результате воздействия низкоинтенсивного лазерного излучения.
Материалы и методы
В экспериментальных условиях проведено исследование изменений некоторых свойств крови (вязкости и свертываемости, а также проницаемости мембраны лейкоцитов) под воздействием низкоинтенсивного лазерного излучения при различной экспозиции образцов клеток (1, 3, 10 минут) in vitro. В одной и той же группе добровольцев (67 молодых людей в возрасте от 20 до 34 лет) были проведены контрольные и опытные исследования с соблюдением всех моральноэтических норм, с их письменного добровольного согласия. Статистическая обработка результатов исследования была проведена с помощью программы медстатистики BIOSTAT®, с расчетом среднего квадратического отклонения, оценка репрезентативности результатов оценивалась с помощью средней ошибки репрезентативности и достоверности разности средних величин по критерию Стьюдента. Для определения взаимосвязи между признаками в статистической
совокупности во всех вариационных рядах определялся коэффициент корреляции методом рангов (методом Спирмена) [7].
В качестве источника низкоинтенсивного лазерного излучения (НИЛИ) был использован гелий-неоновый лазер красного спектра ЛГН 207А второго класса опасности с длиной волны 632,8 нм (энергией 2,0 эВ) непрерывного режима работы. Была использована рассеивающая линза для регулирования диаметра светового пучка таким образом, чтобы площадь поверхности плазмы и цельной крови в пробирке облучалась полностью. Мощность светового пучка была равна 2,2 мВт, проверялась измерителем мощности ИМ1-1, плотность потока мощности излучения составляла 0,7 мВт/см2, поглощенная доза лазерного излучения при 1-минутной экспозиции образцов составила 0,04 Дж/см2, при 3-минутной экспозиции - 0,13 Дж/см2, а при 10минутной - 0,42 Дж/см2.
Результаты и их обсуждение
Исследования изменения вязкости плазмы и цельной крови. Первая серия опытов, посвященная исследованию динамики вязкости плазмы под воздействием низкоинтенсивного лазерного излучения в различных режимах экспозиции образцов, показала, что в контрольной группе относительная вязкость плазмы составила 1,08+0,001 мПа-с, тогда как в опытной группе при облучении плазмы крови НИЛИ относительная вязкость составила 1,05+0,1 мПа-с, 1,07+0,05 мПа-с и 1,05+0,004 мПа-с соответственно времени облучения лазерным излучением (1, 3 и 10 минут) (рис. 1).
РИС. 1.
Динамика относительной вязкости крови и плазмы, подвергнутая низкоинтенсивному лазерному излучению при различной экспозиции опытных образцов (1,3 и 10 минут).
Примечание: * - п=67, р^0,05.
Таким образом, проведенное исследование динамики вязкости плазмы под влиянием низкоинтенсивного лазерного излучения в течение 1, 3 и 10 минут показало, что существенного влияния на изменение вязкости изолированной плазмы крови лазерное излучение не оказывает.
Вторая серия опытов, посвященная исследованию изменений относительной вязкости цельной крови под воздействием низкоинтенсивного лазерного излучения, показала, что в контрольной группе относительная вязкость крови составила 4,8+0,07 мПа-с, а в опытной группе кровь, подвергнутая облучению НИЛИ в течение 1, 3 и 10 минут, показала изменения относительной вязкости: 7,4+0,04 мПа-с, 15,3+0,1 и 18+0,06 мПа-с соответственно возрастанию времени
облучения лазерным излучением (1, 3 и 10 минут) (рис. 1). Коэффициент ранговой корреляции составил 0,78+0,064 после 1 минуты облучения НИЛИ крови, а также 0,77+ 0,054 и 0,79+0,03 после 3 и 10 минут облучения крови соответственно.
Проведенное исследование изменений реологических свойств цельной крови под влиянием низкоинтенсивного лазерного излучения показало, что вязкость крови возрастает при увеличении времени воздействия на нее лазерным излучением, что чаще нежелательно для пациента и может объясняться наличием красных кровяных телец, которые способны поглощать лазерное излучение данной длины волны. Полученные нами данные вступают в противоречие с описанными в литературе положительными эффектами после проведенной низкоинтенсивной лазерной терапии крови [3, 6], поскольку описанное снижение реологических свойств крови нами не обнаружено.
Исследование свертывающих свойств крови. Исследование коагулирующих свойств крови проводилось по известному и доступному методу Бюркера. У всех добровольцев была измерена исходная свертывающая способность крови. Исходя из полученных результатов, они были поделены на две группы сравнения: с гиперкоагуляцией (менее 3 минут, п=32), а также группа с пониженными гемо-статическими показателями - гипокоагуляция (более 6 минут, п=35). Добровольцев с нормальными показателями свертываемости крови (от 3 до 6 минут) не оказалось. Группой контроля послужили исходные данные коагуляции крови без облучения НИЛИ в обеих группах сравнения.
В ходе проведения серии экспериментов было выявлено, что при облучении нативной (свежей) крови пациента с повышенной свертывающей способностью (гиперкоагуляция 2,46+0,55, п=32) в течение 1 и 3 минут уменьшало ее коагулирующие свойства крови, а именно, показатель свертываемости крови составил 4,34+0,6 и 4,42+0,4 соответственно (рис. 2).
Во второй серии экспериментов при облучении крови опытной группы пациентов со сниженной свертывающей способностью (гипокоагуляция 7,19+0,09, п=35) при облучении крови в течение 1 минуты время свертывания крови уменьшалось до 6,07+0,6, а при увеличении времени экспозиции лазерного воздействия до 3 минут - вновь увеличивалось до 7,07+0,35 минут (рис. 2).
Б
о
Т облучения НИЛИ, мин.
РИС. 2.
Динамика коагуляции крови, подвергнутая низкоинтенсивному лазерному излучению при различной экспозиции опытных образцов (1 и 3 минут). Примечание: * - п=25, **п=22, р ^0,05.
Таким образом, при коррекции нарушений свертываемости крови лазерным излучением выявлено стремление времени свертывания крови к нормальным значениям только у пациентов с исходной гиперкоагуляцией, а у пациентов с исходными низкими гемостатическими показателями нормализация свертываемости происходит только при кратковременном облучении (одноминутном) лазерном облучении. Проведенное нами исследование показывает необходимость измерения исходных показателей свертываемости крови у пациентов, планирующих получить низкоинтенсивную лазерную терапию крови, поскольку лечебный эффект лазеров напрямую зависит от коагуляционных показателей крови. Полученные нами данные подчеркивают необходимость внесения корректировки в методические рекомендации по лечебному применению низкоинтенсивных лазеров для коррекции патологических состояний крови [3, 6].
РИС. 3.
Зависимость количества неповрежденных лейкоцитов в 1 мм3 крови у человека от времени воздействия низкоинтенсивного лазерного излучения при различной экспозиции опытных образцов (1,3 и 10 минут). Примечание: * - п=67, р ^0,05.
Исследование изменений проницаемости лейкоцитов. При экспериментальном исследовании изменения проницаемости мембран форменных элементов крови на примере лейкоцитов под воздействием НИЛИ при различной экспозиции образцов клеток (1, 3, 10 минут) использовался доступный индикаторный метод, основанный на различной чувствительности к красителю живых и погибших клеток крови. Группой контроля и опытной группой являлась одна и та же группа добровольцев в составе 67 человек, до и после облучения порции крови НИЛИ in vitro. Воздействие НИЛИ на лейкоциты привело к количественному уменьшению живых клеток, что свидетельствует о нарушении целостности мембраны этих клеток. Так, в контрольной группе среднее количество неповрежденных лейкоцитов 4,93±0,40 в 1 мм3 крови (n=67). В опытной группе после воздействия низкоинтенсивным лазерным излучением в течение 1 минуты среднее количество неповрежденных лейкоцитов значительно уменьшилось, стало равным 2,33±0,26 в 1 мм3 крови (n=67). После увеличения времени облучения до 3 минут их среднее количество стало равным 2,17±0,36 в 1 мм3 крови (n=67). При воздействии в течение 10 минут количество неповрежденных лейкоцитов в 1 мм3 крови у человека уменьшилось до 0,83±0,25 клеток (n=67) (рис. 3). Коэффициент ранговой корреляции составил 0,81±0,021 после 1 минуты облучения НИЛИ лейкоцитов, а также 0,8±0,044 и 0,79±0,023 после 3 и 10 минут облучения клеток крови соответственно.
Таким образом, нами выявлено, что целостность мембраны лейкоцитов нарушается при воздействии низкоинтенсивным лазерным излучением. Причем, при увеличении времени
воздействия НИЛИ количество поврежденных клеток увеличивается.
Выводы
Теоретически и экспериментально доказано, что «предел насыщения» биологических тканей для электромагнитного излучения с длиной волны 632,8 нм (красная часть спектра) составляет около 5 Дж/см2. При приближении к дозам 10 Дж/см2 и больше наблюдаются ингибирующие, а в области 30 Дж/см2 - повреждающие эффекты [8]. Полученные нами результаты биологических эффектов, возникших в результате лазерного излучения такой же длины волны (632,8 нм), плотностью потока мощности 0,7 мВт/см2 показали, что повреждающие эффекты появляются уже при поглощенной дозе 0,13 Дж/см2, что должно стать основанием для пересмотра дозиметрии лечебного лазерного излучения [8].
Полученные результаты исследований свидетельствуют о том, что методы выбора доз облучения и индивидуального лечебного подхода к пациенту при низкоинтенсивном лазерном излучении требуют дополнительного обоснования, а дальнейшие исследования в этой области являются чрезвычайно актуальными.
Необходимо учитывать, что внедрение низкоинтенсивного лазерного излучения в клиническую практику идет преимущественно эмпирическим путем. Проведенное нами исследование показало, что одним из самых коварных свойств низкоинтенсивного лазерного излучения оказалась не только резкая зависимость величины биологического эффекта от дозы облучения, но и от функционального состояния самого облучаемого объекта. По данным литературы, позитивное стимулирующее действие проявляется, как правило, в узком интервале доз облучения, а затем исчезает или даже сменяется угнетающим действием. Полученные нами данные показали, что отрицательные биологические эффекты низкоинтенсивного лазерного облучения проявляются уже на таком уровне поглощенной дозы, которая в 76 раз меньше уровня, вызывающего угнетающие эффекты по литературным данным [3, 6, 8].
Поэтому, несмотря на свою популярность, терапевтические процедуры лазерного облучения крови зачастую могут
быть недостаточно эффективными, а в некоторых случаях могут оказывать и пагубное воздействие на реологические и коагулирующие свойства крови, а также на клеточный состав крови. В связи с вышеизложенным, необходимы тщательные исследования для подборки режимов воздействия при использовании НИЛИ в терапии.
Работа выполнена в рамках проекта «Исследование механизмов взаимодействия физических полей с биосистемами и разработка биомедицинских технологий повышения безопасности, эффективности и информативности медицинских приборов и систем» по государственному заданию Министерства образования и науки РФ ФГБОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет» на 2012-2014 гг. в части проведения научно-исследовательских работ. ид
ЛИТЕРАТУРА
1. Подольская М.А. Клинический анализ причин осложнений физиотерапии вертебрального синдрома с неврологическими проявлениями поясничного остеохондроза. Неврологический вестник. 1995. Т. XXVII. Вып. 3-4. С. 10-14.
2. Садилова П.Ю., Рожинцева В.С., Мухаметзянова Э.Р., Гараева Ю.А Исследование возможности изменения реологических и коагулирующих свойств крови in vitro под действием высокоинтенсивных электромагнитных полей ультравысокочастотного диапазона. Альманах современной науки и образования. 2009. № 5 (24). С. 122-123.
3.Байбеков И.М., Касымов А.Х., Козлов В.И. Физические основы низкоинтенсивной лазеротерапии: учебное пособие. Ташкент: Издательство им. Ибн Сины, 1991. 223 с.
4. Владимиров Ю.А. Лазерная терапия: настоящее и будущее. Соровский образовательный журнал. 1999. № 12. С. 2-9.
5. Гапеев А.Б., Чемерис Н.К. Механизмы биологического действия электромагнитного излучения крайне высоких частот на клеточном уровне. Биомедицинская радиоэлектроника. 2007. № 2-4. С. 44-58.
6. Самосюк И.З., Лысенюк В.П., Лобода М.В. Лазеротерапия и лазеропунктура в клинической и курортной практике: учеб. для вузов. Киев: Здоровье, 1997. 238 с.
7. Полунина Н.В. Общественное здоровье и здравоохранение: учеб. для вузов. М.: МИА, 2010. 543 с.
8. Илларионов В.Е. Основы лазерной терапии: учеб. для вузов. М.: Респект, 1992. 122 с.
