Оптимизация показаний к низкоинтенсивной лазерной терапии заболеваний переднего и заднего отделов глаза на основе сравнительной оценки ее спектрально-энергетических свойств

1. Актуальность проблемы.

В настоящее время в мире накоплен богатый экспериментальный материал, доказывающий высокую эффективность низкоинтенсивного лазерного излучения в культуре клеток in vitro. Исследователи наблюдают удивительные примеры компенсаторно-приспособительных реакций. Например, Аллен Эрлихер (Allen Ehrlicher, 2002) из Лейпцигского университета продемонстрировал, что нервные клетки мышей и крыс, выращиваемые in vitro, своим ростом следуют за красным лазерным пучком. Направив луч на ламеллоподию (рост нервной клетки происходит путем выпячивания отростка, называемого ламеллоподией), ученые начинают медленно его сдвигать, и ламеллоподия следует за лучом. При этом луч может развернуть направление роста клетки практически на 90°. Кроме того, под действием луча ламеллоподия растет в 5 раз быстрее. Однако при переносе данной модели в клиническую практику результаты выглядят намного скромнее. Причина большого различия экспериментальных и клинических результатов кроется в меньшей биодоступности клетки для лазерного излучения in vivo. С одной стороны это связано со сложной гомеостатической интеграций отдельной клетки с другими клетками и системами организма (Загускин С.Л., 1991; Скупченко В. В с соавт., 1994), а с другой в ослабевании светового потока на пути к клетке, связанное с особенностями спектрально-энергитических свойств электромагнитного излучения.

Любое воздействие света (электромагнитных волн) с терапевтической целью становится возможным лишь после того, как часть излучения проникла в клетки — «мишени» и поглотилась (Зубкова С.М. с соавт., 1987; Тучин В. В., 1997;. Parrish J.A. et al., 1984). Следовательно, выбор лазеротерапевтических методик должен базироваться на четком представлении о характере распределения излучения в тканях и понимании процессов происходящих при взаимодействии фотонов излучения со структурными элементами биологической ткани. Целесообразность таких исследований очень высока, поскольку создание эффективных методик низкоинтенсивной лазерной терапии позволит добавить в арсенал врача целый ряд преимуществ НИЛИ: неинвазивность, комфортность, асептичность, безболезненность, кумуляция эффекта.

Фундаментальной основой квантовой физики является понятие о корпускулярно-волновом дуализме электромагнитного излучения (Блохинцев Д.И.

1949). Если рассмотреть шкалу электромагнитных волн, применяемых в низкоинтенсивной лазерной терапии, то окажется, что биостимулирующие свойства проявляются в диапазоне 500 — 900 нм (Богуш Н.А. с соавт., 1981; Жаров В. П. С соавт., 1987; Можеренков В. П. с соавт., 1988). При уменьшении длины волны сильнее проявляются корпускулярные свойства излучения и его альтерирующий эффект (Плешанов А.Г. с соавт., 1975). Возвращаясь к биостимулирующим эффектам длинноволновой части спектра следует отметить, что конечный результат будет зависеть от особенностей распространения излучения в облучаемой анатомической области, то есть от топографии распределения хромофоров и степени рассеивания в облучаемой зоне. В связи, с чем целесообразно сравнить стимулирующие эффекты низкоинтенсивного лазерного излучения длинноволновой части спектра на примере двух традиционных для низкоинтенсивной лазерной терапии нозологий: сухой формы возрастной макулярной дегенерации и глаукомной оптической нейропатии.

С другой стороны коротковолновое излучение, не обладая способностью к биоактивации, характеризуется высокой энергией фотона. Всем известно повреждающее действие УФ излучения на сетчатку глаза (энергия фотона настолько высока, что разрушает межмолекулярные ковалентные связи тем самым, повреждая ткань) — эффект альтерации (Нефёдов Е.И. с соавт., 1995). В этой связи особенное положение занимает электромагнитное излучение синей части спектра. Не обладая повреждающим действием УФ излучения, оно всё же сохраняет высокую энергию фотона, достаточную для разрушения слабых электростатических связей в ещё не сформированных молекулах — «мягкая альтерация» (Минц Р.И. с соавт., 1989). Этот эффект может оказаться полезным в лечении ранних стадий фибриноидной экссудации. Воспалительные состояния радужки и цилиарного тела, сопровождающиеся фибриноидной экссудацией, являются одной из самых частых причин госпитализации больных с заболеваниями переднего отрезка глазного яблока, а так же серьезным осложнением любого внутриглазного вмешательства. Традиционное лечение включает в себя общее применение кортикостероидов, антибиотиков широкого спектра действия, нестероидных противовоспалительных препаратов, десенсибилизирующих препаратов. Местно применяют инъекции мидриатиков, антибиотиков и кортикостероидов. Количество местных инъекций может доходить до шести в сутки, что плохо переносится больными, вызывая длительный болевой синдром. Как правило, фармакотерапия является довольно эффективной, однако не следует забывать, что активная гормональная и антибиотикотерапия сама по себе является серьезным фактором риска в развитии побочных эффектов и осложнений применяемых препаратов. Использование низкоинтенсивного лазерного излучения в комплексном лечении такого заболевания как постоперационный посттравматический иридоциклит могло бы ускорить выздоровление, снизить дозы применяемых препаратов и повысить переносимость лечения. Положительные результаты использования энергетических свойств электромагнитного излучения синего диапазона в лечении данной патологии, впервые полученные В. В. Новодережкиным, стали основой для формулировки одной из целей данной работы.

Таким образом, оценивая спектрально-энергетические характеристики низкоинтенсивного лазерного излучения, можно выделить два основных его эффекта. Первое — «биостимулирующий эффект», характерный для длинноволновой части спектра. Это свойство традиционно применяется при лечении дистрофических заболеваний глаза. Проявление его зависит от особенностей распространения излучения в зоне воздействия. Следовательно, можно предположить, что в разных нозологических группах наиболее эффективным окажется только определенный тип лазерного генератора.

Второе — «мягкий альтерирующий эффект», характерный для коротковолновой части спектра. Это свойство необходимо исследовать у пациентов с фибриноидной экссудацией.

2.

Цель и задачи исследования

.

Целью работы являлось исследование эффективности низкоинтенсивного лазерного излучения разных длин волн, при лечении фибриноидной экссудации, возрастной макулярной дегенерации и глаукомной оптической нейропатии. Основные задачи исследования:

1. В эксперименте сравнить влияние низкоинтенсивного лазерного излучения разных длин волн на уровень тканевого дыхания сетчатки кролика.

2. Оценить эффективность «биостимулирующего эффекта» низкоинтенсивного лазерного излучения в зависимости от длины волны, при лечении возрастной макулярной дегенерации в ближайшем и отдаленном периоде.

3. Сравнить эффективность «биостимулирующего эффекта» низкоинтенсивного лазерного излучения с разными длинами при лечении глаукомной оптической нейропатии в ближайшем и отдаленном периоде.

4. Исследовать эффективность и разработать методику применения «мягкого альтерирующего эффекта» низкоинтенсивного лазерного излучения синей области спектра в лечении ранних стадий фибриноидной экссудации.

3. Научная новизна.

1. Экспериментально доказан различный стимулирующий эффект низкоинтенсивного лазерного излучения в зависимости от длины волны на уровень тканевого дыхания сетчатки кролика.

2. Изучена роль низкоинтенсивного лазерного излучения синей области спектра в лечении ранних стадий фибриноидной экссудации.

3. Доказан более высокий эффект использования низкоинтенсивного лазерного излучения 890 нм в лечение сухой формы возрастной макулярной дегенерации, по сравнению с другими длинами волн.

4. Доказан более высокий эффект использования низкоинтенсивного лазерного излучения 644 нм в лечение глаукомной оптической нейропатии, по сравнению с другими длинами волн.

4. Основные положения, выносимые на защиту:

1. Эффективность низкоинтенсивной лазерной терапии возрастной макулярной дегенерации и глаукомной оптической нейропатии зависит от выбора длины волны лазерного излучателя.

2. Низкоинтенсивная лазерная терапия излучением синей области спектра является эффективным методом в лечении ранних стадий фибриноидной экссудации.

5. Практическая ценность работы.

1 Установлена оптимальная длина волны для низкоинтенсивной лазерной терапии пациентов с сухой формой возрастной макулярной дегенерации, позволяющая максимально повышать остроту зрения и светочувствительность сетчатки.

2 Установлена оптимальная длина волны для низкоинтенсивной лазерной терапии пациентов с глаукомной оптической нейропатией, позволяющая максимально повышать остроту зрения и светочувствительность сетчатки.

3. Разработана и введена в практику новая методика лечения ранних стадий фибриноидной экссудации, с использованием низкоинтенсивной лазерной терапии.

6. Внедрение результатов работы.

Практические методики по использованию низкоинтенсивной лазерной терапии в лечении фибриноидной экссудации, возрастной макулярной дегенерации и глаукомной оптической нейропатии внедрены в клиническую практику лазерного, 13 и 15 глазных отделений 15 Городской клинической больницы им. О. М. Филатова г. Москвы, Московского городского глаукомного центра.

7. Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы доложены на совместном заседании кафедры глазных болезней лечебного факультета, проблемной научно-исследовательской лаборатории микрохирургии глаза Российского государственного медицинского университета (г. Москва, 2002), научно-практической конференции кафедры глазных болезней РГМУ и врачей 15 ГКБ (Москва, 2002) и II Всероссийской школе офтальмологов (г. Москва, 2003).

8. Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 6 статей, получен 1 патент Российской Федерации на изобретение № 219 227 от 07.09.2001 «Способ лечения воспалительных состояний радужки и цилиарного тела, сопровождающихся фибринозной экссудацией».

9. Объем и структура работы.

Выводы.

1. Экспериментально доказана разница в способности низкоинтенсивного лазерного излучения с длинами волн 514нм, 644нм и 890нм к активации митохондриальной сукцинатдегидрогеназы в макулярной зоне сетчатки кролика. В группе животных, которым проводился курс лазерстимуляции с длиной волны 890 нм и 514 нм, активность фермента была одинаковой и превышала активность в группе, получавшей излучение 644 нм, и в контрольной группе на 37% и 45% соответственно. Через семь суток после окончания курса лазерстимуляции активность фермента была максимальна у животных, получавших излучение 890нм, что превышало активность в группе с воздействием длины волны 514нм и контрольную группу на 17%, а группу с воздействием длины волны 644нм на 50%.

2. Активность митохондриальной сукцинатдегидрогеназы сетчатки кролика в зоне 15° от foveola была максимальной в группе животных, которым проводился курс лазерстимуляции с длиной волны 644 нм, и превышала этот показатель в группе получавшей излучение 890 нм на 66%, в группе получавшей излучение 514 нм и контроль на 150%. При оценке активности сукцинатдегидрогеназы через семь суток после окончания курса лазерстимуляции в группе животных получавших излучение 644 нм активность фермента была выше, чем в группах, где проводился курс лазерстимуляции с длиной волны 890 нм на 33%, с длиной волны 514нм и контроле на 100%.

3. Применение «биостимулирующего» эффекта излучения с длиной волны 890нм, является наиболее эффективным методом низкоинтенсивной лазерной терапии больных с сухой формой возрастной макулярной дегенерации, превосходящим по показателю «острота зрения после лечения» группы больных получавших курс лазерстимуляции с длинами волн 514 нм и 644 нм на 8% и 16%, а по динамике чувствительности сетчатки группу на 15% и 25% соответственно.

4. Применение «биостимулирующего» эффекта излучения с длиной волны 644 нм, является наиболее эффективным методом низкоинтенсивной лазерной терапии больных с глаукомной оптической нейропатией, превосходящим по показателю «острота зрения после лечения» группы больных получавших курс лазерстимуляции с длинами волн 890 нм и 514 нм на 12% и 20%, а по динамике чувствительности сетчатки на 9,4% и 30% соответственно.

Применение «мягкого альтерирующего» эффекта низкоинтенсивного лазерного излучения с длиной волны 480нм, является патогенетически обоснованным, неинвазивным, методом коррекции ранних стадий фибриноидной экссудации у больных с посттравматическим постоперационным иридоциклитом, превосходящем по полному исчезновению фибринообразования контрольную группу в два раза.

1.8 Заключение.

Несмотря на накопленный довольно большой клинический и экспериментальный материал необходимо признать, что в качестве монотерапии НИЛИ еще не заслужило полного доверия врачей клиницистов. Во многом это связано с нестабильностью результатов лечения. Здесь необходимо остановиться на ключевом вопросе определяющем конечный эффект лечения, а именно выборе режимов лазерстимуляции. Проблема оптимизации лазерного воздействия, то есть выбора наиболее адекватных параметров излучения является первостепенной в лазерной терапии. Сложность ее обусловлена, как большим количеством самих параметров: длинна волны, частота импульсов, мощность, когерентность, поляризация, время воздействия и др., так и не вполне понятной ролью каждого из этих параметров в конечном терапевтическом эффекте. В. И. Козлов (1997) и Каги Т. (1997) считают, что определяющими конечный эффект характеристиками лазерного излучения являются длинна волны, доза и интенсивность. Если верить гипотезе о первичных акцепторах лазерного излучения — хромофорах, необходимо признать, что длинна волны является важнейшим параметром НИЛИ. Подтверждение прямой зависимости биологического эффекта от длинны волны показано в большом количестве работ (Жуков Б.Н. с соавт., 1996; Каплан М. А., 1997; Ларюшин А. И. с соавт., 1997).

Одно из самых коварных свойств НИЛИ резкая зависимость величины и даже знака эффекта от дозы облучения и функционального состояния облучаемого объекта. Любая функциональная система на уровне клетки и ткани работает на низком энергетическом уровне, вследствие чего избыток подведенной энергии не повышает, а наоборот угнетает её функцию (Обросов А.Н., 1985; Bahr F., 1986). Терапевтические эффекты НИЛИ наблюдаются в относительно небольшом диапазоне мощностей от 0,1 доЮмВт (редко более 200 мВт) для непрерывного и от 1 до 10 Вт для импульсного режимов. Кривая зависимости биоэффектов от дозы облучения (закон Арндта-Шульца) имеет колоколообразную форму (Ohshiro Т., 1988). В первой фазе — фазе адаптации, наблюдается усиление ответной реакции на увеличение дозы, затем идет фаза снижения ответной реакции и последняя фаза — угнетение физиологических реакций. Оптимальным для стимуляции является диапазон доз первой фазы. Однако конкретные значения дозы для каждого облучаемого объекта строго индивидуальны и зависят от исходного состояния, которое, по мнению Karu T.I. (1989) определяется редокс-потенциалом клетки. Данная гипотеза была предложена на основе экспериментов, в которых редокс — потенциал клетки до облучения изменяли при помощи различных агентов. В тех случаях, когда редокс-потенциал был значительно снижен (большое количество ферментов переносчиков дыхательной цепи находится в восстановительной форме) эффект биоактивации был не существенным. При менее пониженном редокс-потенциале после лазерной терапии окислительно-восстановительный потенциал возрастал до нормы, что и обуславливало существенное восстановление функциональной активности. Рассмотренный механизм редокс регуляции метаболизма клетки так же позволяет объяснить некоторые противоречия эффектов НИЛИ. Это во первых, величина эффекта облучения. Хорошо известно, что в литературе можно найти описание существенных эффектов и менее значимых, а так же документировано полное их отсутствие на одной и той же модели исследования при использовании одного и того же лазера. Это противоречие можно быть объяснено разницей исходных редокс потенциалов, а, следовательно, и разными режимами облучения необходимыми для их восстановления.

Было бы ошибкой полагать, что увеличение дозы облучения при отсутствии положительной динамики может стать решающим фактором в получении конечного эффекта (Буйлин В.А. 1996; Илларионов В. Е., 1998; Javurek J., 1995). Следует помнить о возможности смещения клеточного метаболизма в фазу угнетения физиологических реакций. Здесь вероятно следует руководствоваться указанием И. П. Павлова (1954) «Не подлежит сомнению, что дозировка имеет гораздо большее значение вниз, чем вверх». Видимо увеличение дозы с целью достижения лучшего эффекта — последний параметр варьирования в огромном арсенале средств врача.

Оптимизация параметров воздействия НИЛИ является одним из основных вопросов, конечная цель которых достижение максимальной эффективности лечения. Исследования в этом направлении продолжаются. Поскольку в настоящее время не существует универсальной и безотказной схемы лечения с применением НИЛИ, то понимание закономерностей взаимодействия лазерного излучения с клеткой необходимо для наилучшего разрешения возникающих проблем в ходе использования низкоинтенсивного лазерного излучения.

Глава 2. Материалы и методы исследования.

2.1. Характеристика экспериментального материала.

Экспериментальные исследования проводились на базе лаборатории структурно-функционального анализа клеток института Биофизики Клетки Российской Академии Наук (г. Пущино).

Целью экспериментальных исследований явилось сравнение эффективности лазеров с длиной волны 644 нм, 890 нм и 514 нм на стимуляцию тканевого дыхания сетчатки. Экспериментальная часть работы проводилась на 18 кроликах (36 глаз) породы «шиншилла», массой 2−3 кг. Для выявления изменений тканевого дыхания сетчатки, возникающих под действием излучения было сформировано шесть групп, каждая из трех животных. В целом было проведено две серии экспериментов. В первой серии экспериментов были задействованы первые три группы. На правых глазах всех кроликов производился курс лазерного воздействия одним из лазеров по описанной ниже методике, левые глаза служили контролем. Через 24 часа после окончания курса производился забой животных путем введения воздуха через ушную вену. Для исследования использовали сетчатку. Во вторую серию вошли оставшиеся три группы. Так же как и в первой серии осуществлялось лазерное воздействие на сетчатку. В отличие от первого эксперимента забой животных проводили через 7 суток после окончания курса лазерстимуляции тем же способом. Для исследования использовали сетчатку. Полученные образцы исследовали гистохимически по описанной ниже методике.

2.2. Аппаратура и методика выполнения лазерной стимуляции сетчатки.

Для сравнения эффективности лазерстимуляции сетчатки кролика в зависимости от длины волны использовали три лазерных генератора.

1. Аппарат лазерный низкоэнергетический «0рион-05» производство НПП «Жива».

2. Лазер офтальмологический терапевтический ЛОТ-СИ.

3. Аргоновый лазер «Coherent Radiation «.

2.2.1. Аппарат лазерный низкоэнергетический «0рион-05» производство НПП «Жива».

Регистрационное удостоверение № 292/1299/95−311−210. Министерства Здравоохранения и медицинской промышленности России. Лазерный аппарат представляет собой переносной, портативный прибор, состоящий из блока управления и индикации, излучателя, блока питания от сети. Принцип действия лазерного аппарата основан на генерации полупроводником направленного низкоинтенсивного электромагнитного излучения с длинной волны 890 нм, относящееся к ближнему инфракрасному диапазону спектра.

Рис. 1. Общий вид аппарата лазерного низкоэнергетического «0рион-05».