|
|
МЕМБРАННЫЕ МЕХАНИЗМЫ ФОТОБИОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ
НИЗКОИНТЕНСИВНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Г.И. Клебанов
Кафедра биофизики
Российского государственного медицинского университета, Москва
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 [1-4],
2) при лечении широкого круга различных воспалительных заболеваний лазеротерапией (ЛТ), где проявляется стимулирующий эффект НИЛИ [5-8].
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 [9]. Что же касается лазеротерапии, то несмотря на широкое распространение этой лазерной технологии в клиниках России, стран СНГ, Израиля, Китая, Японии, стран Латинской Америки и др., механизм или механизмы стимулирующего действия НИЛИ далеки от своего понимания и рассматриваются в литературе только лишь на уровне гипотез [10-19], многие из которых противоречивы и умозрительны, не имеют экспериментальных доказательств наличия определенного хромофора, первичных реакций, приводящих в итоге к формированию физиологического ответа организма.
Ранее уже отмечалось, что НИЛИ весьма успешно применяется при лечении многих заболеваний [5-8]. Логично было бы предположить, что существует некое общее звено в патогенезе всех нозологических форм заболеваний, в терапии которых благотворно проявляется ЛТ. Это подразумевает наличие единого общего механизма действия НИЛИ применительно ко всем патологиям, а не множества разнообразных индивидуальных реакций для каждого конкретного заболевания. Наиболее вероятно, что таким связующим звеном является универсальный патологический процесс, а именно - воспаление, которое встречается во всех приведенных примерах применения ЛТ и либо играет роль ведущего патогенетического звена, либо носит реактивный характер.
Одной из существенных стадий в патогенезе воспалительного процесса является расстройство микроциркуляции, включая нарушение реологии крови. Воспалительный процесс в своем развитии проходит через смену фаз в цикле(ах) ишемии-реперфузии [20] с нарушением микроциркуляции. Любое воздействие, способное сократить продолжительность ишемической стадии, окажет благотворный эффект на последующее развитие заболевания.
Необходимо учитывать, что внедрение НИЛИ в клиническую практику идет 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 [ 21-23]. 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.
Молекулярно-клеточные механизмы лечебного действия НИЛИ обсуждаются сейчас в литературе лишь на уровне гипотез. Основным моментом любой гипотезы фотобиологического действия лазерного излучения на организм является установление первичного хромофора-акцептора энергии поглощенного фотона ЛО и клетки-мишени действия НИЛИ. Дело в том, что взаимодействие лазерной энергии с хромофором основывается на первом законе фотохимии: действующим является только тот квант, который поглощается. Это означает, что для запуска всех последующих биохимических и физиологических ответов организма при ЛТ необходим хромофор, способный поглощать строго определенные кванты лазерной энергии, т.е. обладающий совпадением спектра поглощения с длиной волны излучения лазерного источника.
Наиболее широко в медицине и биологии в настоящее время используется гелий-неоновый 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
[12, 13, 17],
молекулы ферментов-антиоксидантов: супероксид-дисмутаза (СОД), каталаза, церулоплазмин [14, 18],
компоненты дыхательной цепи митохондрий: флавопротеины и цитохромы [13, 24],
молекулярный кислород [15, 16].
Что касается гипотез о фотобиологическом действии НИЛИ, то в литературе рассматривается несколько предположений о механизме действия лазерного излучения:
1) реактивация металлосодерждащих ферментов-антиоксидантов [10, 11, 14, 18],
2) гипотеза о взаимодействии НИЛИ с компонентами цепи транспорта электронов в митохондриях [13, 24],
3) неспецифическое влияние на биополимеры [19],
4) фотовозбужденное образование синглетного кислорода [15, 16],
5) неспецифическое влияние на структуру воды [16].
Многие из существующих гипотез о механизмах терапевтического действия НИЛИ имеют недостатки, которые можно разделить на две группы. Во-первых, часть авторов рассматривают эффекты НИЛИ, без учета наличия хромофора. Очевидно, что поиск акцептора ЛИ является наиболее важным в проблеме действия НИЛИ. Во-вторых, некоторые предположения о механизмах действия лазерного излучения умозрительны, т.е. не подтверждены экспериментальными данными, или же эти данные противоречивы.
Суть гипотезы, предложенной Т. Й. Кару, о взаимодействии лазерного излучения с компонентами цепей переноса электронов [ 13, 24] сводится к тому, что акцепторами НИЛИ в организме человека могут быть цитохромы а и а3, цитохромоксидаза. Механизм действия лазерного излучения в рамках этой гипотезы подразумевают такую последовательность событий:
1. При гипоксии в условиях недостатка кислорода происходит восстановление ферментов-переносчиков в дыхательной цепи и падение трансмембранного потенциала митохондрий.
2. ЛО приводит к реактивации этих ферментов (например, цитохромоксидазы), что восстанавливает поток электронов в дыхательной цепи и формирует трансмембранный потенциал митохондрий, т. е. возрастает трансмембранный потенциал в митохондриях, увеличивается продукция АТФ в клетках, активируется транспорт Са 2+. Увеличение продукции АТФ и концентрации ионов Са2+ в клетке приводит к стимуляции внутриклеточных процессов [12, 24, 25].
Данная гипотеза о механизме действия НИЛИ предлагает продуманную и вполне обоснованную цепь событий, которая, возможно, реальна. Авторы опираются на данные об увеличении пролиферации различных клеток, о лазер-индуцированном респираторном взрыве фагоцитов, наблюдаемом in vitro и т. п., то есть на фактах, которые могут быть следствием, а не причиной эффектов НИЛИ. Кроме того, с помощью этой гипотезы трудно объяснить дистанционность и пролонгированность эффектов НИЛИ, отмечаемых в клинике.
Ранее на кафедре биофизики РГМУ была сформулирована концепция мембранного механизма стимулирующего действия НИЛИ [26-29]. Ее основные положения можно представить следующим образом:
1. Хромофорами лазерного излучения в красной области спектра являются эндогенные порфирины, которые способны поглощать свет в этой области спектра и хорошо известны как фотосенсибилизаторы. 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 Са 2+.
3. Увеличение содержания ионов Са 2+ в цитозоле лейкоцитов запускает Са2+-зависимые процессы, приводящие к праймингу клеток, что выражается в повышении уровня функциональной активности клетки, к повышенной 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 [5-8].
[ На следующую часть] [На Список литературы]
Copyright ї
|
|
|
