Лазерная терапия

1. Применение лазеров в медицине

Профессор Власова О.Л.
Кафедра медицинской физики
Института физики, нанотехнологий и телекоммуникаций
Санкт-Петербургский Политехнический университет Петра
Великого

2.

3.

4.

5.

6.

В медицинской практике существуют следующие методы воздействия
лазерного излучения:
дистанционный (излучатель располагают на некотором расстоянии от
тела),
контактный (излучатель соприкасается с кожным покровом),
внутрисосудистый (световод излучателя находится в просвете сосуда),
надсосудистый (излучатель с помощью специального приспособления
крепится над кровеносным сосудом),
внутриорганный (световод находится внутри полого органа, например,
мочевого пузыря),
внутриполостной (световод находится внутри естественной полости).

7.

8.

9.

Среди способов воздействия выделяют:
1. Воздействие на патологический очаг.
2. Воздействие на сегмент, например, участок спинного мозга. При
воздействии лазерным излучением на область сегмента улучшается
кровообращение спинного мозга, корешков и радикуломедуллярных
артерий.
3. Воздействие на сосудисто-нервный пучок. Такое воздействие
проводится при полиневритах, облитерирующих заболеваниях
сосудов и параличах конечностей, а также для воздействия на
магистральные сосуды головы.
4. Воздействие на акупунктурные точки.
5. Сканирование лазерным лучом Терапия лазерным сканирующим
лучом - метод лазерной терапии, при котором лазерный луч
последовательно проходит по заданному закону необходимую
область воздействия.

10.

11.

6. Магнитолазерная терапия. Сочетанное применение постоянного
магнитного поля (ПМП) и лазерного излучения получило название
магнитолазерная терапия (МЛТ). А.К. Полонский и соавт. (1984)
экспериментально показали, что сочетание ПМП (25-30 мТ) и ЛТ (4,5 -5,0
мВт/см2) более эффективно, чем лазеротерапия и магнитотерапия применяемые
раздельно, кроме того, увеличивается глубина проникновения луча.
7. Гидролазерная терапия.
8. Воздействие на кровь. Лазерное облучение крови производят двумя
способами: инвазивным и неинвазивным. При инвазивном (внутрисосудистым)
способе производится пункция сосуда иглой со световодом. При неинвазивном
способе (транскутантное облучение крови) лазерный излучатель устанавливают
над кровеносным сосудом (в проекции крупных магистральных сосудов:
локтевая ямка, паховый треугольник, надключичная ямка и в проекции
кровеносных сосудов на шее: внутренняя сонная артерия.

12.

13. Для увеличения глубины терапевтического воздействия и сокращения времени сеансов лазерной терапии можно использовать

оригинальный способ (автор д.ф.м.н. В.А. Овсянников)- матричную компоновку лазерных излучателей таким
образом, чтобы их лучи перекрывались в глубине тканей.

14.

15.

16.

17.

Гелий-неоновый лазер

18.

19.

Низкоинтенсивное лазерное излучение (НИЛИ), получившее в
последнее десятилетие широкое применение в клинической практике,
используется в медицине в двух основных направлениях:
1) при фотодинамической терапии (ФДТ) опухолей, где проявляется
поражающий эффект НИЛИ ,
2) при лечении широкого круга различных воспалительных заболеваний
лазеротерапией (ЛТ), где проявляется стимулирующий эффект НИЛИ .
В основе механизма поражающего действия НИЛИ при ФДТ опухолей
лежит инициация фотосенсибилизированных свободнорадикальных
реакций (СРР), возникающих в результате взаимодействия квантов
лазерного излучения с молекулами фотосенсибилизатора в присутствии
кислорода.
Механизм или механизмы стимулирующего действия НИЛИ далеки от
своего понимания.

20.

Терапевтические способности НИЛИ видимого и инфракрасного (ИК)
диапазона первоначально были установлены экспериментально в
клинике. Клиническое использование этих способностей осуществлялось
в форме лазерных воздействий на участки кожи или путем внутривенного,
световодного облучения крови. Развитие лазерной терапии, как нового
направления медицины, сдерживалось из-за отсутствия теоретического
обоснования ряда проблемных вопросов взаимодействия лазерного
излучения с живыми тканями.
В начальных исследованиях лазерные воздействия проводились или на
участки патологически измененных тканей, или на биологически
активные точки. Не было научного обоснования выбора схем лазерных
воздействий для лечения различных заболеваний.
Лазерные излучения долгое время запрещалось использовать для
лечения онкологических больных или тяжелых инфекционных заболеваний.

21.

Влияние НИЛИ на вязкость плазмы и СОЭ
Вязкость плазмы, отн.ед.
2,5
2
+ 13%
*
*
1,5
1
0,5
0
1,8
контроль
облучение λ = 650 нм
облучение λ = 808 нм
* p ≤0.05
1,5
1,2
0,9
0,6
0,3
0
СОЭ, мм/2ч
*
- 50%

22.

Влияние НИЛИ на агрегацию эритроцитов
Степень агрегации эритроцитов,%
35
30
25
20
15
10
5
0
*
+ 30%
контроль
10 нм
контроль
облучение λ = 650 нм
облучение λ = 808 нм
* p ≤0.05
облучение λ= 808 нм

23.

Внедрение НИЛИ-терапии в клиническую практику шло
преимущественно эмпирическим путем. Одно из самых коварных
свойств НИЛИ – резкая зависимость величины и даже знака
эффекта от дозы облучения и функционального состояния
биологического объекта. Позитивное, стимулирующее действие
проявляется, как правило, в узком интервале доз облучения, а затем
исчезает или даже сменяется угнетающим действием. Так как до
настоящего времени не объяснены механизмы терапевтического
действия НИЛИ на организм человека и не определена природа
эндогенного хромофора лазерного излучения, до сих пор нет научно
обоснованного метода выбора доз облучения при НИЛИ.

24.

Изменение величины показателя преломления по отношению к
начальному ( n X 104) от времени облучения лазером ( = 650 нм, Р = 3
мВт) модельных водных дисперсий белка бычьего сывороточного
альбумина (БСА) .

25.

Для целей НИЛИ терапии широко в медицине используется гелийнеоновый лазер (ГНЛ), длина волны излучения которого составляет
632,8 нм.
Применительно к этому источнику лазерной энергии в литературе
высказывается предположение, что хромофорами в красной области
спектра могут быть:
порфирины и его производные,
молекулы ферментов-антиоксидантов: супероксид-дисмутаза (СОД),
каталаза, церулоплазмин ,
компоненты дыхательной цепи митохондрий: флавопротеины и
цитохромы,
молекулярный кислород .

26.

Что касается гипотез о фотобиологическом действии НИЛИ, то в
литературе рассматривается несколько предположений о механизме
действия лазерного излучения:
1) реактивация металлосодерждащих ферментов-антиоксидантов,
2) гипотеза о взаимодействии НИЛИ с компонентами цепи
транспорта электронов в митохондриях,
3) неспецифическое влияние на биополимеры,
4) фотовозбужденное образование синглетного кислорода ,
5) неспецифическое влияние на структуру биологических
макромолекул и воды .

27.

Используемое для терапевтических целей НИЛИ видимого и ИК
диапазона по своим параметрам не может производить какие-либо
поражающие воздействия на биомолекулы.
Энергия квантов и красного, и инфракрасного излучения
недостаточна для их разрушения (ионизации); при поглощении
энергии этих излучений они способны лишь переходить в
возбужденное состояние.
Известно, что в возбужденном состоянии некоторые биомолекулы
способны изменять свою молекулярную структуру и переходить
в новое стабильное или квазистабильное состояние с новыми
энергетическими связями, запасая (сохраняя) таким образом часть
поглощенной энергии.

28.

Одна из существующих гипотез:
1. Хромофорами лазерного излучения в красной области спектра
являются эндогенные порфирины. Содержание порфиринов в
организме увеличивается при многих заболеваниях и
патологических состояниях человека. Мишенями лазерной энергии
являются клетки, в частности лейкоциты, и липопротеины
крови, содержащие порфирины.
2. Порфирины, поглощая световую энергию НИЛИ, индуцируют
фотосенсибилизированные свободнорадикальные реакции,
приводящие к инициации перекисного окисления липидов (ПОЛ) в
мембранах лейкоцитов и в липопротеинах с образованием
первичных и вторичных продуктов ПОЛ. Накопление в мембранах
продуктов ПОЛ, в частности гидроперекисей, способствует
увеличению ионной проницаемости, в том числе и для ионов Са2+.

29.

3.Увеличение содержания ионов Са2+ в цитозоле лейкоцитов
запускает Са2+-зависимые процессы, приводящие к повышению
уровня функциональной активности клетки, к повышению
продукции различных биологически активных соединений (оксид
азота, супероксид-анион-радикал кислорода, гипохлорит-анион и
др.). Некоторые из них обладают бактерицидным эффектом, другие
способны влиять на микроциркуляцию крови. Например, оксид
азота является предшественником так называемого Endothelium
Derived Relaxing Factor (EDRF) – фактора, расслабляющего
эндотелий сосудов, который приводит к вазодилятации последних и
к улучшению микроциркуляции, что является основой для
большинства благотворных клинических эффектов ЛТ.

30. Применение лазеротерапии

Заболевания нервной системы
Лазерная терапия помогает при любых формах радикулита, невритах,
невралгиях, нервных тиках. Болезни нервной системы сопровождаются
головной болью, головокружениями, тошнотой, шумом в ушах,
обмороками, ухудшением памяти. Человек чувствует слабость в руках
и ногах, быстро утомляется, у него могут быть проблемы со сном.
Заболевания и воспаления суставов
Лазерная терапия назначается при инфекционном, травматическом или
ревматоидном артрите, миозитах, подагре, артрозах коленного
и тазобедренного суставов, мелких суставов. Болезни суставов
сопровождаются болью, отёком, покраснением и повышением
температуры в области сустава. Человек не может свободно двигать
суставом, при движениях слышится хруст.

31.

Сосудистые заболевания
Лечение лазером показано при сосудистой недостаточности
головного мозга, мигренях, головных болях, дисциркуляторной
энцефалопатии. Сосудистые заболевания сопровождаются шумом
в ушах и головокружениями, ухудшением памяти. Человек быстро
утомляется, у него снижается работоспособность, он может быть
рассеянным, раздражительным.
Последствия травм
Лазерная терапия облегчает последствия переломов, вывихов,
повреждений связок, сухожилий и мягких тканей. Лазер
стимулирует процессы восстановления, заживление ран, снимает
боль, отёк и воспаление.

32. Противопоказания к лазерной терапии

Противопоказаниями для лазерного лечения являются:
лейкозы и другие заболевания крови;
острые инфекционные заболевания, опухоли;
сахарный диабет, болезни щитовидной железы;
почечная и печёночная недостаточность;
заболевания сердечно-сосудистой системы;
острые нарушения мозгового кровообращения;
психические заболевания.
Врачи клиник лазерной терапии не рекомендуют проводить
процедуру при беременности, высокой температуре и повышенной
чувствительности кожи к свету.

33.

Помимо двух достаточно хорошо изученных и широко
используемых в клинической практике направлений
применения лазеров – низкоинтенсивного
стимулирующего лазерного излучения и
высокоэнергетического повреждающего излучения,
быстрыми темпами развивается третье направление –
фотодинамическая терапия опухолей (ФДТ). Интерес к
ней обусловлен тем, что разрушение опухоли достигается
при облучении её низкоинтенсивным лазерным излучением,
исключающим опасность неконтролируемого термического
повреждения стенки органа.

34.

35.

Первые научные исследования в области медицинского применения
света были сделаны в Копенгагене датским физиком Н.-Р.Финсеном
Самым важным его открытием стала возможность применения
солнечного света или света, получаемого от угольной дуги, для
лечения туберкулезного поражения кожи. Это открытие получило
широкое признание. В Копенгагене был основан назван ный в честь Финсена Институт Медицинского Света, а в
1903 году автору изобретения была вручена Нобелевская
премия за его работы по фототерапии. С тех пор он заслу женно считается основателем этой дисциплины.

36.

Для ФДТ в качестве источника низкоинтенсивного лазерного излучения
используется, например, лазерная установка на красителе Родамин В с
длиной волны 630 нм, с накачкой от лазера на парах меди, работающая в
импульсно-периодическом режиме.
При ФДТ с фотогемом (фотосенсибилизатор) применяют лазеры на
красителях с выходной мощностью 2-4 Вт при длине волны 628-630 нм,
накачиваемые аргоновым (12-20 Вт) лазером непрерывного действия, или
лазеры на парах меди (12-20 Вт), работающие в импульснопериодическом режиме. Кроме того, для этой цели используют лазеры на
парах золота с выходной мощностью 2-5 Вт.
Для подведения световой энергии используют световоды : для наружного
облучения с микролинзой на конце или шлифованным торцом, для
интерстициального облучения с цилиндрическим диффузором длиной
0,5-3,0 см.

37.

38.

39.

40.

41.

Метод ФДТ включает четыре этапа.
Пациенту вводят, обычно внутривенно, раствор сенсибилизатора.
Второй этап продолжительностью от нескольких часов до трех суток необходим для накопления
сенсибилизатора в опухоли. При этом в зависимости от химической природы вещества и типа
опухоли устанавливается определенное соотношение концентрации сенсибилизатора в опухоли
и окружающей нормальной ткани. Для используемых сегодня препаратов это отношение
колеблется от 3 до 10. На втором этапе проводят флуоресцентную диагностику. По
интенсивности флуоресценции фотосенсибилизатора судят о размерах опухоли и ее
расположении.
На третьем этапе пораженный участок облучают светом определенной длины волны. В качестве
источника света обычно используется лазер и система световодов, которая позволяет доставлять
свет во внутренние органы. В участках опухоли, содержащих сенсибилизатор, развиваются
высокотоксичные фотохимические превращения, которые приводят к гибели раковых клеток. .
При этом соседние нормальные клетки сохраняются.
Четвертый этап продолжительностью от 2 до 4 недель приводит к разрушению злокачественной
опухоли и к частичному или полному восстановлению пораженных участков.

42. Мишени для фотосенсибилизаторов

Наиболее значительная роль в транспорте
фотосенсибилизатора к клеткам или молекуламмишеням приписывается антителам, липосомам и
лектинам . Липопротеиды плазмы крови, особенно их
низко-молекулярная фракция, способны доставлять
любые фотосенсибилизаторы к клеткам-мишеням,
прикрепляясь к их специфическим рецепторам.
Наибольшим числом рецепторов к липопротеидам
обладают активно пролифилирующие клетки, включая
опухолевые и эндотелии сосудов.

43. Основные этапы фотодинамической терапии рака. а - Введение сенсибилизатора в организм; б – накопление фотосенсибилизатора в

опухоли, диагностика опухоли; в - облучение пораженного участка красным
светом; г- некроз опухоли

44.

45. В результате освещения в клетке начинаются фотохимические процессы, в основе которых лежат два механизма. Реакции первого типа

включают процессы, в которых образующаяся
активная форма сенсибилизатора непосредственно взаимодействует с молекулой субстрата.
Общий механизм по типу I представлен уравнениями (а) — (г):

46.

На первом этапе (а) молекула фотосенсибилизатора С под действием
света переходит в возбужденную форму *С. Возбужденная форма
реагирует с субстратом клетки, давая два радикала (б).
Гидрированная форма сенсибилизатора (стадия в) окисляется
кислородом воздуха в исходную структуру. Радикал субстрата R
может окислять либо другие субстраты, либо присоединять
кислород, образуя перекисные радикалы RO2● (г).
При втором механизме (тип II) возбужденная молекула
сенсибилизатора взаимодействует с кислородом, давая активную
синглетную форму кислорода ¹О2. Эта форма обладает значительно
большей подвижностью по сравнению с формой *С (тип I) и более
активно окисляет внутренние элементы клетки. Механизм по типу II
обычно преобладает при ФДТ.

47.

Молекула сенсибилизатора С при облучении переходит из
основного состояния S0 в синглетное состояние S1 и затем в
результате потери части энергии - в долгоживущее
триплетное состояние T1. На стадиях синглетного и
частично триплетного состояний сенсибилизатор может
участвовать в фотохимических реакциях типа I. При
достаточном времени жизни триплетного состояния и
энергии, превышающей 94 кДж, возможно образование
синглетного кислорода ¹О2. В этом случае некроз клетки
протекает, в основном, по типу II.

48. Общая схема электронных переходов возбужденных фотосенсибилизаторов и образования синглетного кислорода.

49. Некоторые реакции 1О2 с биомолекулами: окисление холестерина (1), ненасыщенных липидов (2), гистидина (3) и триптофана (4) [9].

50.

51.

52.

Конечно же в ФДТ имеются и свои недостатки. При многих
массивных, или глубоколежащих опухолях поверхностное
облучение светом будет недостаточным для воздействия на
всю толщу новообразования. В этом случае использование
ФДТ в качестве монотерапии будет недостаточным. В
качестве варианта лечения следует рассматривать
комбинацию ФДТ и хирургического вмешательства. Так же
существует проблема лечения микрометастазов, например в
регионарных лимфатических узлах.

53.

Основные требования к фотосенсибилизаторам :
1) они должны иметь высокую селективность к раковым клеткам и
слабо задерживаться в нормальных тканях;
2) обладать низкой токсичностью и легко выводиться из организма;
3) слабо накапливаться в коже;
4) быть устойчивыми при хранении и введении в организм;
5) обладать хорошей люминесценцией для надежной диагностики
опухоли;
6) иметь высокий квантовый выход триплетного состояния с
энергией не меньше 94 кДж/моль;
7) иметь интенсивный максимум поглощения в области 660 - 900
нм, где биологические ткани имеют наибольшее пропускание;
8) хорошую растворимость в воде или разрешенных для
внутривенного введения жидкостях и кровезаменителях.

54.

Развитие и становление фотодинамической терапии опухолей тесно
связано с разработкой первых сенсибилизаторов на основе
порфиринов.
Порфирины и их гидрированные аналоги - хлорины и
бактериохлорины играют важную роль в природе. Они входят в состав
таких известных белков, как гемоглобин, миоглобин, ферментов
каталазы, пероксидазы и многочисленной группы цитохромов. Эти
гемопротеиды участвуют в транспорте кислорода и обеспечении
животных организмов энергией. Фотосинтез и родственные ему
процессы выполняются второй обширной группой порфиринов —
хлорофиллами и бактериохлорофиллами.
Первая группа порфиринов выступает в форме железных комплексов,
а хлорины и бактериохлорины содержат магний.

55. Фотодинамическая терапия

56. Сенсибилизаторы второго поколения на основе хлорофилла а.

57.

58. Фотодинамическая терапия в офтальмологии

Применение Визудина происходит в два этапа.
На первом этапе производится внутривенное
введение
приготовленного раствора Визудина .
На втором этапе через 15 минут после начала инфузии Визудина
производится его активация нетермическим красным светом,
генерируемым диодным лазером (длиной волны 689 ± 3 нм,
интенсивностью 600 мВт/ см2 и необходимой энергией излучения 50
Дж/см2 .
Из кровотока Визудин избирательно поглощается только вновь
образованными сосудами глаза, вызывая их запустевание, и
практически не оказывает влияния на пигментный эпителий
сетчатки.

59. Фотодинамическая терапия

60.

В косметологии накоплен большой опыт проведения
фотодинамической терапии при лечении акне с
использованием геля на основе комплексов амфифильных
полимеров с фотодитазином

61.

Фотодинамическая терапия заняла прочные позиции в гинекологии.
Представляет собой действенный современный метод лечения, в основе
которого лежат процессы, позволяющие разрушать вредоносные клетки
путем накопления в них специального вещества,- фотосенсибилизатора,
которое в дальнейшем взаимодействует с поглощенным светом. Данное
вещество действует избирательно и накапливается лишь в клетках с
патологией, уничтожая их таким образом. Метод хорошо себя
зарекомендовал при лечении дисплазии шейки матки с помощью
фотодитазина.
В последнее время фотодинамическая терапия стала применяться и в
стоматологии для профилактики и лечения заболеваний полости рта,
процедурах лазерного отбеливания и в других областях.

62.

Фотодинамическая терапия в стоматологии
В стоматологии фотодинамическая терапия применяется в
следующих случаях:
Лечение и профилактика пародонтита
Лечение хронического и острого гингивита, альвеолита
Послеоперационная реабилитация
Профилактика септицемии (заражения крови)
Лечение дисколорита (изменения цвета) зубов (лазерное
отбеливание)

63.

Лазерное отбеливание зубов
До настоящего времени не существовало эффективных и безопасных
методов лечения эндогенных дисколоритов. Сейчас существуют
специальные системы, которые обеспечивают эффективное лечение
дисколорита «тетрациклиновые зубы» с помощью фотодинамического
эффекта на основе специального геля с фотосенсибилизатором на основе
Радомина С и специального лазера с длиной волны, обеспечивающей
разрушение «тетрациклиновой цепи». Данная технология подробно
изучена, в том числе с помощью микроскопии, доказана ее низкая
токсичность. Клинические исследования показали превосходный
результат, что позволило применять ее в клинической практике
зарубежных стран. В России идет процесс регистрации и сертификации.

64. CПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!