CC BY
92
Лекции
© ШЕВЧЕНКО Е.В., МАЛОВ А.Н., КОРЖУЕВ A.B. -УДК 615.849.19
ЛАЗЕРНАЯ МЕДИЦИНА: ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ И ПРОБЛЕМЫ
Е.В. Шевченко, А.Н. Малое, A.B. Коржуев.
(Иркутский государственный медицинский университет, ректор - акад. МТА и АН ВШ д.м.н., проф. A.A. Майборода, кафедра медицинской и биологической физики, зав. - проф. Е.В. Шевченко)
Резюме. Рассматриваются физические механизмы и причины лазерной стимуляции биологических систем. Взаимодействие лазерного излучения с биотканью анализируется, как самоорганизующийся процесс возмущения открытой системы и, с другой стороны, как явление само-подстройки распределения интенсивности лазерного излучения к клеточной структуре биоткани за счет эффекта Тальбота.
Биологические проблемы всегда привлекали внимание физиков [24]. Понятийный аппарат теории поля, эффективно используемый в физике, начал еще в 30-х годах внедряться в теоретическую биологию [7]. Теория когерентности световых полей в виде голографической концепции и ряд понятий квантовой механики находят свое приложение в современной генетической теории [4]. Нелинейно-динамическая теория солитонов применяется для описания возбужденных состояний биологических макромолекул типа ДНК и РНК [8]. Кибернетический и радиофизический подходы были плодотворно использованы для разработки концепции КВЧ-терапии [9]. В то же время специфика биологических исследований заключается в том, что яркая индивидуальность и сложность объектов, как правило, исключает совпадение их количественных характеристик [9]. Организация экспериментальных исследований и теоретическая интерпретация подобных результатов представляются весьма интересными и с точки зрения физики, поскольку они могут способствовать выработке новых концепций и методик. Один из перспективных в этом направлении подходов состоит в рассмотрении биоткани как особого когерентного состояния вещества [10]. Действительно, можно сказать, что живые объекты проявляют квантовые свойства: наблюдается, например, зависимость их характеристик от процедуры измерения и нелинейно-динамическое поведение биосистем [21].
Настоящая лекция преследует цель описать на основе физических концепций описание процесса взаимодействия лазерного излучения с биологическим веществом и показать, что эффект лазерной биостимуляции (ЛБС) может быть объяснен, хотя бы качественно, в рамках известных современных физических понятий.
Самоорганизация и перавповеспость при ЛБС
Многообразие проявлений эффекта лазерной биостимуляции (ЛБС) - от молекулярно-биохимического уровня до целостных организменных реакций, с одной стороны, и почти полное подобие
отклика биосистем различного типа на лазерное воздействие в диапазоне длин волн от КВЧ (30300 ГГц) до ИК (до 400 ТГц) и видимого (400800 ТГц) диапазонов, с другой стороны, с неизбежностью требует построения единой физической концепции взаимодействия когерентного излучения с биообъектами.
Экспериментально было установлено, что лазерное излучение действует и на отдельную клетку [14], а не только на биологические клеточные структуры [9]. Неоднократные попытки установления соответствия энергетических уровней атомов или молекул с энергией действующего светового кванта или поиски светочувствительного агента в биоткани не привели к безусловно положительным результатам, что, по-видимому, связано с недостаточным учетом степени "открытости" биологических систем в смысле статистической физики. Открытые системы в отличие от идеализированных замкнутых (изолированных) систем обмениваются со своим окружением веществом, энергией и, что особенно важно, информацией [151. Поэтому в открытых системах, каковыми являются и живые системы, при взаимодействии с когерентным излучением, испускаемым существенно неравновесной активной средой лазера (имеющей инверсную населенность энергетических уровней), наряду с процессами тепловой деградации, могут происходить и процессы самоорганизации, в результате чего, в частности, происходит восстановление функций поврежденной биосистемы. Важной чертой эффекта ЛБС является эквифинитность: при широком варьировании исходных характеристик лазерного излучения конечный терапевтический эффект оказывается одинаковым.
Биологические системы являются не только открытыми, но и состоят из активных малых объектов ("квазичастиц"), структура которых сложна и недостаточно определена. Понятие "молекула" по своему определению есть минимальная часть вещества, сохраняющая его химические свойства, и поэтому не содержит в себе т.н. "биологичес-
кой" компоненты. В последнее время в теоретической биофизике все шире и шире используется термин "белок-машина" - модель, в которой заложена информация и о чисто биолого-функцио-нальных свойствах белковых макромолекул [22]. По-видимому, конкретизация понятия элемента таких активных открытых систем существенно зависит от постановки задачи и требует учета коллективных взаимодействий в процессах самоорганизации, что изучает новая наука - синергетика. Сложное и нелинейное динамическое поведение и неполнота задания микросостояний в отдельных системах ансамбля делают применение статистического описания неизбежным [15].
Кроме этого, очевидно, что существенную часть в функциональной структуре организма занимает и нолевая компонента, состоящая в первую очередь из электромагнитных нолей с разными частотами, да и любая биохимическая реакция осуществляется, в конечном счете, за счет зарядового взаимодействия через электрическое иоле. Изменение нолевой составляющей биосистемы как способ управления его состоянием давно известно и достаточно широко применяется в биологии и физиотерапии. В последнее время применяется. если можно так сказать, прямая "инъекция" электромагнитного ноля в организм с помощью лазеров и КВЧ-генераторов. Поскольку в этом случае взаимодействие приобретает уже явный квантово-механический характер, то и название для такого направления медицины было выбрано в виде "квантовой медицины" [5].
Таким образом, хотя биологические системы и состоят, очевидно, из большого числа "частиц", но при построении модели биологической системы не следует оперировать такими понятиями, как атом, молекула или макромолекула. Целесообразно ввести понятие особого типа квазичастиц, структура которых зависит от конкретной ситуации и задачи. Примерами таких квазичастиц можно считать отдельные конформационные состояния макромолекул [2]; давыдовские солитоны, бегущие но нити ДНК [8], экситоны и биэкситоны. возникающие в квазижидкокристаллической среде и др. Невозможность использования в теории эффекта ЛВС макромолекул как элементарных образований подтверждается и тем, что значительную роль при этом может играть и окружение молекулы (в виде, например, гидратных оболочек), так и необходимость учета влияния граничных условий (стенок клетки) на спектр допустимых конформационных состояний биомакромолекулы. Так, в статистической физике полимеров [6] показана возможность описания свойств макромолекулы, помещенной в трубке шш щели малой толщины, как системы блобов, размер, которых определяется тем, что внутри блоба цепочка звеньев макромолекулы остается невозмущенной.
Наличие иерархичности в многоуровневой структурной организации биологических систем указывает на возможность взаимопревращений перечисленных и других типов "квазичастиц". Та-
кие превращения могут описываться с учетом свойств масштабного подобия биологических структур (фрактальность строения).
Недавно [25] было показано, что процесс взаимодействия лазерного излучения с биовеществом имеет неаднабатический характер, обусловленный узкополосным (монохроматическим) характером спектра излучения. Второстепенное значение при этом имеет абсолютное значение длины волны лазерного излучения и иных начальных условий типа пространственной структуры волнового фронта. Воздействие на биосистему излучения обычных источников аналогично адиабатическому повышению температуры всей системы в целом, а действие монохроматического узкополосного лазерного излучения можно до определенной степени уподобить механическому перемешиванию биожидкости.
Биологическая электродинамика
Отдельная клетка как объект исследований характеризуется сложной пространственно-геометрической архитектурой, не говоря уже. о сложности ее молекулярно-динамической организации
[2]. Невозможность непосредственного использования для описания клетки классической электродинамики обусловила чисто качественную направленность концепции биополя [7] в теоретической биологии, что связано с тем, что в условиях клетки реализуется именно та ситуация, в которой невозможно использовать аппарат теории поля. А именно, заряд (или система зарядов), находящийся в поле, не только подвергается воздействию со стороны поля, но. в свою очередь, и сам влияет на поле, изменяя его. Тем не менее, имея в виду эти принципиальные ограничения, для анализа биологических систем понятия классической электродинамики могут использоваться хотя бы в виде языка, а не численных характеристик.
Дипольный момент системы зарядов вводится при рассмотрении поля от системы зарядов на расстояниях, значительных по сравнению с размерами системы, что в клетке, вообще говоря, не выполняется. Тем не менее, оказывается возможным [3] ввести понятие дипольного момента системы (1, и описывать взаимодействие системы с электрическим полем Е через параметр а=(<1Е), как это и принято в электродинамике. В отличие от классической электродинамики при анализе поля в клетке необходимо, видимо, учитывать и квадрупольные и более высокие моменты бномак-ромолекул, что, конечно, делает нереальным численный расчет характеристик поля.
Основной чертой биохимических процессов в клетке является их электронно-конформацнонный шш матричный характер [2]. Изменения конфор-мационного состояния макромолекул при, например, их "свертывании" или развертывании, требуют малых энергий, но приводят к значительным вариациям в их каталитической активности. Известные модели [23] ферментативного катализа, такие как "ключ-замок", "рука-перчатка", "дыба" и "белок-машина", основаны на необходимости
обеспечения комплементарное™ конформацион-ных состояний субстрата и фермента. Конформа-нионный характер взаимодействия биохимических реагентов обуславливает энтропийный тип этих реакций. Или, иными словами, их направленность на изменение и согласование вторичной, третичной и т.д. структур - конформаций биомакромолекул по отношению друг к другу. Ограниченность ресурса биомакромолекул в пределах клетки и необходимость поддержания достаточного для жизнедеятельности количества макромолекул в заданном конформационном состоянии привели к возникновению в процессе эволюции специализированного механизма селекции или перевода молекул в нужное конформационное состояние. С точки зрения лазерной физики этот механизм можно рассматривать как систему "накачки", обуславливающую статистическую нерав-новесность всей биосистемы. С квантово-механической точки зрения подобная неравновесность может рассматриваться как причина когерентного состояния биовещества и биосистем [6,10].
Основной физической характеристикой биомакромолекулы, связанной с ее конформацион-ным состоянием, можно считать дипольный и/или мультипольный момент. Биомакромолекулы взаимодействуют с электрическим полем световой волны, меняя свое энергетическое состояние за счет изменения ориентации и величины своего дипольного момента. Степень эффективности такого взаимодействия также можно оценить параметром а, являющимся мерой потенциальной энергии диполя в электрическом иоле напряженностью Е: а=(йЕ). Следует отметить, что дипольный (мультипольный) момент биомакромолекул или ее почти независимых участков - блобов, доменов [6] - в общем случае отличен от нуля хотя бы из-за наличия температурных флуктуаций.
Поскольку любая физическая система стремится к минимизации своей потенциальной энергии, то можно предположить, что конечный продукт любой биохимической реакции должен иметь минимальный собственный дипольный момент хотя бы из-за наличия внутриклеточного поля ненулевой величины. Поэтому в процессе реакций белкового синтеза реагенты имеют различные дипольные моменты, и иоле клетки может управлять их поведением и, но окончании реакции, они взаимно компенсируются в максимально возможной степени. Диполь - дииольное взаимодействие реагентов при синтезе обеспечивает комилементарность субстрата и фермента, а также обеспечивает более эффективное но сравнению с конечным продуктом их взаимодействие с электромагнитным нолем лазерного излучения, что ведет к стимуляции различных реакций синтеза, например, ДНК и РНК [14]. Это можно представить следующим образом: в результате дииольно-го взаимодействия макромолекулы с нолем ее энергия повышается, что приводит к интенсификации процесса "перебора" различных конформа-
ционных состояний и более быстрому "нахождению" комплементарного для другого реагента конформационного состояния.
Нарушение функционирования клетки, невидимому, в первую очередь вызывает накопление излишних продуктов биологических реакций и для их выведения за пределы клетки реализуется увеличение поверхностной площади мембраны, что проявляется как возникновение выпуклостей, отростков и общей гофризации клеточной мембраны. Попавшая в такой "карман" объемная клубкообразная биомакромолекула неизбежно "сплющивается", становится преимущественно двумерным образованием, что, в свою очередь, ведет к увеличению ее собственного дипольного момента. Поэтому рост дипольного момента у молекул приводит к увеличению ее светочувствительности - повышению эффективности взаимодействия с электрической компоненты лазерного излучения. Или, иными словами, "болезнь" сенсибилизирует клетку и обеспечивает селективность ЛБС. Это простое физическое соображение, хорошо известное, например, в теории фотографического процесса [26], объясняет, кроме повышенной эффективности процесса ЛБС для дефектных клеток, и часть причин, приводящих к различию лазерных экспериментов в биофизике в условиях in vivo и in vitro. Многочисленные данные о лазерной стимуляции различных ферментов также, по-видимому, связаны с подобным уплощением пространственной структуры биомакромолекул, поскольку каталитический центр многих ферментов также находится в глубине достаточно узкого "кармана" [6]. Можно заметить, что клетки, специализирующиеся на фоторецепции, имеют в своем составе именно плоские структуры тина дисков и ламеллей, что также подтверждает необходимость "иланаризации" структуры молекулы для повышения ее светочувствительности [2].
Максимальная амплитуда электрического вектора Е (В/см) световой волны с интенсивностью I (Вт/см2) определяется выражениям для линейно поляризованного излучения [20]:
Е„ =21 «П, а для излучения с круговой поляризацией
Е0 =1 8л/7.
Из этих известных соотношений прямым образом следует и наличие зависимости эффекта ЛБС от характера поляризации лазерного излучения, даже без учета ориентации клеточной структуры, что отрицается рядом исследователей [14].
Используя эти соотношения, можно также предположить, что пороговая величина интенсивности лазерного излучения, еще вызывающая ЛБС, должна быть сравнима с напряженностью электрического ноля, окружающего объект воздействия [12]. Реальные биосистемы (в т.ч. человек) функционируют в условиях наличия атмосферного электрического ноля, средняя величина которого составляет около 100 В/м и может значительно меняться в течение суток - от +600 В/м
до - 600 В/м [3], и нолей, обусловленных техногенными факторами. Не конкретизируя механизмов управления биологическими процессами за счет клеточных электромагнитных нолей, можно предположить, что атмосферное электрическое иоле определяет величину шумов для таких управляющих систем. Поэтому электрическое иоле световой волны, вызывающей ЛВС, должно превышать, согласно приведенным соотношениям, значение 10"4 мВт/см" (если считать диэлектрическую проницаемость биоткани равной 50), что соответствует и известным медико-экспериментальным данным. Корректность введения такого критерия нуждается, конечно, в сопоставительном анализе данных ио ЛБС и данных о напряженности атмосферного электрического ноля во время проведения процедур лазерной терапии. Также, ио-внднмому, в качестве критерия для глубины проникновения лазерного излучения в биоткань следовало бы использовать величину, соответствующую напряженности атмосферного электрического ноля с учетом диэлектрических свойств биоткани.
Таким образом, эффект ЛБС можно трактовать как своеобразный "обмен" когерентными свойствами между биовеществом и электромагнитным нолем: в результате взаимодействия лазерный
свет рассеивается и поглощается, а неравновесная декоррелированная биосистема возвращается в полностью когерентное состояние. Общие физические механизмы причин такой самоорганизации были рассмотрены выше. Процесс ЛБС можно также интерпретировать и как своеобразный "теплообмен" между двумя системами, имеющими отрицательную абсолютную температуру - биосистемой и когерентным электромагнитным нолем.
Биооптика
При взаимодействии лазерного излучения инфракрасного и видимого диапазона с биологическими клеточными структурами, имеющими характерный размер регулярной неоднородности -линейный размер клетки - <1 от 100 до 1 мкм, можно выделить, как и в теории дифракции, две характерные области: квазиоитическую (<1»Х) и резонансную (с1~А). В резонансной области существенную роль играют так называемые собственные электромагнитные колебания (моды), возбуждаемые в объеме неоднородности (клетке) падающей волной [1]. Поскольку каждому конечному физическому телу присущ свой дискретный набор собственных колебаний (мод), то основной вклад в рассеянное иоле, распространяющееся далее в глубь биоткани, дает излучение той колебательной моды клетки, частота, поляризация и пространственная форма которой ближе к таковым для падающей волны. Учитывая, что система клеток многослойна, можно сделать вывод [3], что после прохождения через достаточно большое число слоев асимптотически установится распределение интенсивности изучения, соответствующее "усредненным" параметрам клетки. Иными
словами, можно сказать, что имеются резонансные условия для прохождения монохроматического излучения через клеточную структуру. Этот процесс можно трактовать и как "самоиодстрой-ку" характеристик падающего излучения иод оптические свойства системы, поскольку наибольшее пропускание имеет место для пространственно-временных мод, содержащихся в падающей волне и соответствующих наинизшей моде элементарной составляющей структуры - клетке. В квазиоитической области (<1»А) основное влияние оказывают локальные неоднородности структуры, т.е. границы клеток.
Клеточная структура представляет собой периодическую квазиоитическую систему, состоящую из повторяющихся структурных элементов -клеток, и поэтому поперечная структура волнового фронта излучения в силу симметрии должна также повторяться через тот же период. С другой стороны, взаимодействие монохроматического излучения с клеточной структурой имеет резонансный ио длине волны характер, поскольку установившаяся мода зависит от нее как от параметра. В реальных биологических структурах мода, если облучение проводится плоским волновым фронтом, формируется первым ио ходу излучения слоем клеток из-за сильной оптической неоднородности последних. Очевидно, что оптимальным в смысле максимизации световой энергии, попадающей вглубь клеточной структуры, является освещение первого слоя клеток коллимированым вдоль оптической оси когерентным излучением с плоским волновым фронтом. Учитывая, что в реальной медицинской практике все облучаемые органы имеют кривую поверхность, следует признать целесообразным введение в состав лазерных терапевтических приборов адаптивных оптических элементов; осуществляющих фазовую коррекцию падающего волнового фронта, согласованную с кривизной облучаемого участка.
Модовый характер распространения излучения в линзовой или диафрагменной линии формально аналогичен модам световода, используемым в волоконной оптике. Поскольку периодические оптические и. в частности, клеточные системы можно рассматривать как волноводную среду с характерным квантованием значений постоянной распространения ио всем трем координатным осям, то можно определить моды как устойчивые при распространении в такой среде волновые ноля. Моды не расплываются и не изменяют пространственной структуры в процессе распространения в своей среде, а лишь приобретают фазовый набег, пропорциональный пройденному расстоянию.
Чтобы, независимо от предположений о характере первичной фотохимической реакции, происходила биостимуляция живой ткани лазерным излучением необходимо, чтобы тонкая пространственная структура последнего соответствовала всей клеточной структуре. В силу резонансного характера взаимодействия излучения с клеточной структурой, как сказано выше, необходимо, чтобы
пространственная структура рассеянного ноля имела максимальный контраст, что достигается при высокой монохроматичности и пространственной когерентности падающего излучения.
Периодичность биотканей но трем пространственным координатам приводит и к возникновению продольной периодичности светового ноля из-за наличия периодических структурных изменений ноля в плоскости, перпендикулярной направлению распространения. В традиционной оптике подобные процессы известны как явления самореиродукцнн или самоизображения структуры светового ноля и классифицируются как эффекты Лауэ (для некогерентного освещения) и эффект Тальбота (для когерентного освещения)
[3]. В случае лазерных источников света, обеспечивающих высокую интенсивность монохроматического пространственно когерентного освещения. когда поперечная периодичность ноля излучения вызывает периодичность ноля в продольном направлении. При анализе эффекта Тальбота в оптике обычно рассматривают объекты типа одной или нескольких дифракционных решеток. В случае биоткани, очевидно, возникает более сложная, требующая дальнейших исследований, задача распространения световой когерентной волны в существенно периодической но трем измерениям среде.
Итак, распространение когерентного излучения в трехмерной периодической структуре приводит к формированию пространственно модулированных и локализованных но оси распространения распределений интенсивности света. Следует подчеркнуть, что проявления эффекта Тальбота не предполагают наличия у объекта каких-либо фокусирующих свойств. Эффект Тальбота проявляется только при одновременном освещении всего периодического объекта, а не при его сканировании с помощью временной развертки лазерного луча - это может служить причиной различия режимов сканирующего и общего облучения в лазерных терапевтических применениях.
Таким образом, можно сделать общий вывод [27] о том, что установившееся распределение интенсивности излучения в клеточной структуре слабо чувствительно к геометрическим параметрам освещающего пучка. Структура такого ноля определяется параметрами клеточной структуры и длиной волны излучения и слабо зависит от дефектов клеточной структуры. Поэтому при разработке оптических систем для лазерных биомедицинских приборов следует стремиться к минимизации энергетических потерь, а управление биостимулирующим эффектом осуществлять за счет временных параметров лазерного излучения (импульсное и сканирующее облучение, временная модуляция).
Генерализация локального процесса ЛБС
Рассмотренные физические принципы охватывают, но нашему мнению, почти все известные аспекты процесса ЛБС при медицинских терапевтических применениях и показывают достаточ-
ность для анализа ЛБС современной физики. Систематизируя, можно следующим образом сформулировать основные свойства н результаты исследований процесса взаимодействия лазерного излучения с биологическими объектами [19,20]:
- селективность лазерного воздействия: изменения индуцируются только в "больных" биосистемах, на "здоровые" клетки действие не оказывается;
- результат воздействия различен для образцов in vivo и in vitro;
- эффект ЛБС наблюдается и на неклеточных объектах типа пыльцы;
- при облучении белым светом подобного эффекта стимуляции не обнаружено;
- терапевтический эффект от ЛБС практически одинаков для лазерного излучения с любой длиной волны в диапазоне от 0,4 до 1,5 мкм;
- белковые молекулы in vitro не имеют полос поглощения для излучения в диапазоне длин волн от 0,4 до 1,5 мкм;
- эффект ЛБС наблюдается при интенсивностях 1 мВт/см"' и менее и малых энергетических дозах, определенных даже без учета доли отраженного и прошедшего через фазовый объект света.
Среди медико-биологических последствий ЛБС в той или иной степени объективных и численно описываемых в обычной медицинской практике можно назвать такие, как снижение вязкости крови, стимуляция микроциркуляции крови в тканях, аналыезнрующее действие, увеличение подвижности рецепторов клеток и отдельных клеток (наиример, сперматозоидов), стимуляция иммунной и нервной систем.
При рассмотрении и анализе эффекта ЛБС важно учитывать следующие основные свойства лазерного излучения:
- спектр излучения представляет собой узкий пик или набор таких ииков - "гребенку" - свойство монохроматичности лазерного излучения;
- лазерное излучение обладает высокими пространственной и временной степенями когерентности;
- лазерное излучение, кроме случая полупроводниковых лазеров, обладает высокой пространственной направленностью;
- для лазерного излучения характерна высокая интенсивность или яркость по сравнению с традиционными источниками света.
Необходимость анализа процесса ЛБС на уровне организма в целом инициируется все расширяющимися применением методик лазерной акупунктуры и внутривенного облучения крови. В настоящее время принято считать, что, независимо от первичных механизмов поглощения лазерного излучения, терапевтический эффект достигается при помощи интегрирующих систем организма - нервной, кровеносной и иммунной [16, 17]. Более конкретного объяснения эффекта, чем то, что стремление этих систем к сохранению гомеостаза приводит к коррекции патологических процессов, пока нет. Выработка целостной кон-
цепщш. конечно, затрудняется н отсутствием, например, научной теории акупунктуры.
Генерализация локального лазерного воздействия при ЛБС может быть объяснена в рамках концепции клеточных нолей но А.Г. Гурвичу [7] с тем дополнением, что источником клеточного ноля является не только хроматин, но и другие осцилляции и движения блобов, доменов и биомакромолекул. Результат воздействия передается в биоткани, ио-видимому, но эстафетному механизму от клетки к клетке. При этом минимальными энергетическими потерями обладают такие конфигурации электромагнитного ноля, которые соответствуют основной моде клетки. Из общих соображений понятно, что эти конфигурации должны соответствовать солитонным решениям волнового уравнения для клеточной среды. Энергоинформационный обмен между молекулами (клетками) посредством электромагнитных соли-тонов предполагает, что последние, будучи уединенными волнами, иромодулированы всеми собственными частотами - естественно с различными весами - биологической макромолекулы (клетки). Тем самым "считывание" солитоном энергоинформационных характеристик с недефектных элементарных биологических структур (макромолекул, клеток и т.н.) обеспечивает относительно устойчивый их перенос к "потухшим" элементарным структурам, обеспечивая их "запуск", а также разрушение дефектных структур и, возможно, синтез новых недефектных. Роль такого механизма переноса информации убедительно показана в монографии [9], посвященной диапазону миллиметровых волн.
В соответствии со стремлением любой системы к минимуму энергетических потерь биосистема в окружающее пространство излучает минимально возможное количество энергии в виде электромагнитного ноля. Поэтому нативные клетки при нормальном функционировании имеют гладкую поверхность. Нарушение функций приводит, как указывалось выше, к росту градиента ноля вблизи нарушений гладкой топологии оболочки клетки. Это инициирует более активное протекание обменных реакций в этих областях, способствующих "рассасыванию" либо исправлению "дефектной" клетки.
Когерентное излучение, попадая в биовещество, формирует разворачивающийся, четко разделенный во времени и пространстве, набор комбинационных частот и, поэтому, рано или поздно тот или иной молекулярный шш конформацион-ный переход получит "свою частоту" [18]. Тем самым, критической зависимости от частоты падающего излучения нет. важна лишь разделен-ность (с достаточным разрешением) появления комбинационных частот во времени. Очевидно, что при этом важен и факт наличия изначальной когерентности излучения. В случае, например, одной макромолекулы, несмотря на то, что ее структура может быть произвольной (спираль, фрактальная конформация), спектр слишком
сложным, поглощенный электромагнитный квант падающего излучения будет последовательно "размениваться" сообразно с энергетической структурой молекулы (которая определяется, помимо всего прочего, ее конформационной структурой), обеспечивая тем самым запуск различных механизмов энергоинформационного обмена.
Кроме уже названного механизма переноса информации о недефектных структурах посредством модуляции "блуждающего" в биологической среде электромагнитного поля, необходимо предположить, что важную роль может также играть структурированная вода, в которой "растворены" молекулы биовещества. Действительно, структура макромолекулы и структура воды, которая эту макромолекулу окружает, согласованы друг с другом в смысле удовлетворения тем или иным условиям равновесия. Локально дефектная структура макромолекулы отражается в своем водном окружении. Стимулированное лазером появление набора комбинационных частот, несущих информацию о недефектных структурах (и которых неизмеримо больше, чем дефектных), может отражаться в появлении в той или иной форме волнообразных импульсов в водной среде. Последние достигают локально-дефектных участков биоткани и перестраивают в нужном направлении водное окружение дефектной молекулы. Затем, в силу условий равновесности для системы "структурированная вода + макромолекула", происходит перестройка и самой макромолекулы.
Наконец, можно отметить, что концепция генерализации локального воздействия за счет межклеточной электромагнитной полевой связи применима не только к ЛБС, но и к таким процессам, как действие традиционных фармакологических и особенно гомеопатических препаратов. Действительно, чисто диффузионный механизм распространения лекарственного вещества по всей клеточной структуре вряд ли может быть доминирующим, по крайней мере, на начальном этапе. Начальный этап также может быть описан в терминах концепции квазичастиц - конформеров. Вполне возможно, что именно внешняя по отношению к организму часть межклеточного электромагнитного поля является ответственной за проявление феноменов "генного братства" и "кин-отбора" [11].
Заключение
Основной практический вывод, который необходимо сделать, состоит в том, что при ЛБС, кроме монохроматичности и когерентности, крайне важной оказывается хорошая направленность лазерного излучения высокой интенсивности, и поэтому использование, например, гелий-неоновых лазеров оказывается иногда более эффективным, чем полупроводниковых.
Суммируя изложенное, можно сказать, что эффект ЛБС является нетривиальным примером взаимодействия двух неравновесных систем: когерентного поля и биологической системы. Несмотря, казалось бы. на необходимость "резонан-
са" этих двух систем ио длине волны для возникновения взаимодействия, оно происходит всегда при монохроматичности излучения, что связано, видимо, с дискретностью энергетического спектра биосистемы и с изменением ее параметров во времени - она "дышит" и, тем самым, всегда обеспечивает резонанс структур. Основными чертами этого взаимодействия следует считать наличие самоорганизации и эквифинитности - независимости конечного результата от меняющихся в
широких пределах начальных условий (длина волны, угол освещения, интенсивность и др.). Приведенные выше соображения в какой-то степени, ио нашему мнению, объясняют, хотя бы на уровне аналогий, причины такой "однонаправленности" в сторон}7 положительного терапевтического результата всего процесса лазерной биостимуляции. Предложенный подход, не отвергая уже известные представления о механизмах ЛБС, в определенной степени является обобщающим.
LAZER MEDICINE: PHYSICAL PRINCIPLES AND PROBLEMS
E.V. Shevchenko, A.N. Malov, A.V. Korzhuev (Irkutsk State Medical University)
The physical mechanisms and the causes oflazer stimulation of biological systems are considered. The interaction of lazer rays with biotissue is analyzed as a self-organizing process of disturbance of open system and on the other hand as a phenomenon of self building distribution oflazer rays intensity to the cellular structure ofbiotissue at the expense ofTalbot's effect.
Литература
1. Ваганов Р.Б., Каценеленбаум Б.З. Основы теории дифракции. - М.: Наука, 1982. - 272 с.
2. Волькенштейн М.В. Общая биофизика. - М.: Наука -1978.-592 с.
3. Выговский Ю.Н., Малов А.Н. Физика лазерной биостимуляции. - М.: ЗАО "МИЛТА-ПКП ГИТ", 2002. -77 с.
4. Гаряев П.П. Волновой геном - М.: Общ. польза. -1994.-280 с.
5. Грабовщннер АЛ. Состояние и иерсиекшвы развития квантовой медицины // Первый между нар. Симпозиум "квантовая медицина и новые медицинские технологии" - М.: МИЛТА-ПКП ГИТ, 2002. - С.23-26.
6. Гросберг А.Ю., Хохлов А.Р. Статистическая физика макромолекул. - М.: Наука. - 1989. - 344 с.
7. Гурвич А.Г. Принципы аналитической биологин и теории клеточных нолей. - М.: Наука -1991 .-288с.
8. Давыдов А.С. Биология и квантовая механика. -Киев: Наукова думка - 1979. - 296 с.
9 Девятков Н.Д., Голант М.Б., Бецкий О.В. Миллиметровые волны и их роль в процессах жизнедеятельности. - М.: Радио и связь. - 1991. - 168 с.
10. Делоне Н.Б. Взаимодействие лазерного излучения с веществом. - М.: Наука - 1989. - 280 с.
11. Докинз Р. Эгоистичный ген. - М.: Мир, 1993. - 318 с.
12. Илларионов В.Е. Основы лазерной терапии. - М.: РЕСПЕКТ - 19 92,- 122 с.
13. Карлов Н.В., Кириченко Н.А. Лукьянчук Б.С. Лазерная термохимия. - М.: ЦентрКом,, 1994. - 368 с.
14. Кару Т.И Фотобиология низкоинтенсюзной лазерной терапии. / Итоги науки и техники, серия физ. основы лазер, и пучков, технол // ВИНИТИ. - 1989. -№4-С.44-84.
15. Климонтович Ю.А. Статистическая теория открытых систем. - М.: ТОО "Янус" - 1995. - 624 с.
16. Козлов В.И„ Буйлин ВА. Лазеротерапия. - М., Владивосток: центр "АСТР-Востокмедтехника сервис", 1992. - 164 с.
17. Кореианов В.М. Теория и практика лазерной терапии. В трех частях. - М.: ЛазерМед, 1992,- 195 с.
18. Малов А.Н., Костюк М.Г. Модельный анализ основных биологических процессов в низкоинтенсивной лазерной терапии // Laser Market. - 1995. -N1 -С.37-39.
19. Прикладные проблемы лазерной медицины. - М.: МАКДЭЛ, 1993,- 188 с.
20. Применение лазеров в науке и технике:
выи. 1 - Иркутск: ОАТФ ИНЦ СО АН СССР, 1988. -50 с.
ВЫИ.2. -Тольятти: НТЦ ПО "АвтоВАЗ", 1989. -150 с. выи.З. - Иркутск: ОАТФ ИНЦ СО АН СССР, 1990. -148 с.
выи.4. - Тольятти: МП "Самара Интер Синтез", 1991 -157 с.
выи.5. - Новосибирск: ТОО "СиЛаП", 19 9 2,- 170 с.
вын.6. - Иркутск: ИФ ИЛФ СО РАН, 1994. - 158 с.
выи.7. - Иркутск: ИФ ИЛФ СО РАН, 1995. - 76 с.
выи.8. - Иркутск: ИФ ИЛФ СО РАН, 1996. - 210 с.
21. Романовский Ю.М., Степанова Н.В., Чернавский Д.С. Математическая биофизика. - М.: Наука - 1984. -304 с.
22. Чернавский Д.С., Чернавская Н.М. "Белок-машина" Биологические макромолекулярные конструкции. -М.: "Янус-К", 1999,- 156 с."
23. Чернавский Д.С. Биофизика. // Физическая энциклопедия. - М.: Бол. Росс. Энциклопедия, 1992 -Т. 1, —С.203-209.
24. Шредингер Э. Что такое жизнь? С точки зрения физика. - М.: Атомнздат - 1972. - 154 с.
25. Kompanets I.N., Krasnov А.Е., Malov A.N. The interaction of laser light with biologic tissue // Photonics and Optoelectronics.1995. - VoL3, N.I. - P.l 15-122.
26. Kazmaier P.M., McKeirow A., Buncel E. Molecular modeling of photoactive pigments. // Is and T's 44 th. Annu. Conf, St, Paul, Minn., May 12-17, 1991: Adv. Print Pap. Summ. - Springfield(Va), 1991. - P.575-576.
27. Malov A.N., Malov S.N., Festchenko V.S. Resonance nature of laser biostimulation from the point of view of quasi-optics // Laser Physics. - 1996 - Vol.6, N.5. -P.979-982,
