Экспериментальное исследование механизмов биологического действия спектральной фототерапии

Актуальность проблемы. Одной из актуальных проблем восстановительной медицины является разработка новых неинвазивных и немедикаментозных технологий активизации защитно-приспособительных саногенетических реакций, основанных на действии физических факторов различной природы на различные функциональные системы организма (А.Н.Разумов, 1997;2006). При этом немедикаментозные технологии обладают рядом неоспоримых преимуществ, к числу которых следует отнести активацию эндогенных биорегуляторов и, как следствие, отсутствие явлений привыкания, отсутствие аллергенного, тератогенного, токсического и других побочных эффектов, благотворное влияние на психоэмоциональную сферудоступностьбиосоциальную результативность по формированию культуры здоровья, утверждении здорового образа жизнивысокую технологическую и экономическую эффективность.

Особое место среди различных немедикаментозных методов занимает спектральная фототерапия — инновационная технология, сочетающая принципы физиои рефлексотерапии. Терапевтический эффект достигается за счет воздействия на организм спектром электромагнитного излучения строго определенного состава. При этом используется источник света с линейчатым спектром излучения, определенного химического элемента или группы элементов.

Одним из таких перспективных направлений является фототерапия, построенная на принципиально новых технических решениях (Е.М.Рукин, 2001;2006), суть которых заключается в применении светового излучения, генерируемого катодом спектральной лампы с микроэлементными добавками различных металлов. При этом акцептор светового излучения до настоящего времени мало изучен, хотя есть отдельные сведения о важной роли изменения элементного гомеостаза (А.В.Творогова, 2008). Вместе с тем сами по себе микрои макроэлементы, при всей их биологической значимости, могут выступать лишь в качестве, возможно, начального звена в сложной цепи реализации эффектов спектрального светового воздействия на организменном уровне.

Не вызывает сомнений, что в системе комплекса ответных реакций организма на световое воздействие существенная роль может принадлежать реакциям и процессам энергетического метаболизма (в первую очередь, углеводного и липидного обменов), благодаря которым формируются защитно-приспособительные механизмы в ответ на действие неблагоприятных и патогенных факторов. Поэтому разработка новых методов коррекции саногенетических реакций метаболического характера путем применения немедикаментозных технологий воздействия (в нашем случае использование энергетического потенциала спектрального светового потока) на живой организм является актуальной проблемой восстановительной медицины. Вместе с тем, исследований подобного плана в этой области практически нет, хотя отдельные факты терапевтической ценности воздействия лампы с полым катодом, генерирующей свет с определенным спектром, приведены в работах М. М. Шариповой (2005;2009) и А. В. Твороговой (2007;2008). Авторами доказано значимое влияние спектрального фотовоздействия на активность различных биологических процессов, однако многие вопросы механизмов этих реакций, а также возможности применения спектральной фототерапии для восстановительной коррекции* нарушенных функций при различных заболеваниях остаются открытыми.

Цель исследований: изучение механизмов влияния спектрального светового потока на различные звенья метаболизма углеводов и липидов и формирование саногенетических реакций у экспериментальных животных, испытывающих воздействия неблагоприятных и патогенных факторов.

Задачи исследования:

1. Проанализировать влияние различных спектров светового потока ламп с полым катодом на различные звенья метаболизма углеводов и липидов в условиях in vitro и in vivo.

2. Оценить влияние спектральных воздействий на ферментативную активность металлсодержащих ферментных систем клетки.

3. Исследовать биологические эффекты спектрального светового потока при различных вариантах экспериментальной патологии.

4. Изучить пространственную и временную архитектонику реализации биологических эффектов спектрального светового потока от места воздействия до гомеостаза углеводов и липидов на системном уровне.

Научная новизна. Впервые проведены исследования по изучению возможных механизмов биологического действия спектрального излучения видимого диапазона, изучаемого лампами с полым катодом (ЛПК), состав которого варьируется добавлением различных макрои микроэлементов. Доказано, что присутствие в световом потоке спектров марганца и меди способствует кратковременному повышению их концентрации в месте воздействия. Фотофорез спектрами марганца и меди их водорастворимых солей значительно увеличивает концентрацию этих ионов в местном кровотоке.

Световое воздействие спектрами марганца и меди достоверно увеличивает скорость заживления экспериментальных ран кожи (в среднем на 10−15%), при этом отчетливо выявляется системный характер ответных реакций организма на этот физиотерапевтический фактор — в меньшей степени активизируются стрессорные реакции на фоне усиления метаболических эффектов инсулина и снижении активности проокси-дантных механизмов.

Предварительное световое воздействие спектрами меди и марганца в течение двух недель на неповрежденную кожу спины экспериментальных животных повышает их резистентность к действию мощного стрессорного воздействия — значительно (более, чем на треть) снижается степень повреждения слизистой оболочки желудка на фоне меньшего подъема активности глюкокортикоидов и увеличения продукции инсулина и оптимизации системы прои антиоксидантов. Показано, что спектральный световой поток модифицирует активность металлосодер-жащих ферментов, если в состав катода входят ионы марганца и меди, то активность ферментов возрастает, если ртути, платины и серебра — то эта активность тормозится.

Доказано, что первичный фотоэффект при облучении спектральными лампами ассоциирован с изменением активности ферментов. При этом активирующее влияние оказывает спектр именно того элемента, который входит в состав активного центра фермента. Облучение линейчатыми спектрами токсичных и условно токсичных элементов ингиби-рует ферментативную активность.

Практическая значимость. Обосновывается проведение специальных клинических исследований по возможности практического применения биологических эффектов спектрального светового потока у человека. Показана принципиальная возможность повышения резистентности организма к действию неблагоприятных факторов при профилактическом применении светового потока лампы с полым катодом, в состав которого входят марганец и медь.

Применение спектральных воздействий способствует ускоренному заживлению раневой поверхности кожи, а также способствует нормализации глюкозо-инсулиновых взаимоотношений.

Положения, выносимые на защиту:

Воздействие световым потоком линейчатого спектра, характерного для того или иного микроэлемента, способно изменять его концентрацию в кожном кровотоке в месте облучения, существенно усиливать фотофорез его водорастворимых солей и активность некоторых ферментов.

Способность спектрального светового потока изменять концентрацию в крови определенных микроэлементов (в частности, марганца и меди) оказывает стимулирующее влияние на саногенетические процессы при заживлении экспериментальной раны кожи и обладает первично-профилактическим действием в плане снижения чувствительности организма к мощным стрессорным воздействиям.

Световое воздействие линейчатым спектром некоторых микроэлементов может изменять активность металлосодержащих ферментов, принимающих участие в метаболизме углеводов и липидов.

Апробация работы. Результаты работы доложены на заседании научно-методического совета Российского научного центра восстановительной медицины и курортологии, опубликованы в журнале, рекомендованном ВАК Минобрнауки, и в виде тезисов научно-практических конференций. По теме диссертации опубликовано 1 статья и 8 тезисов.

Структура работы. Работа изложена на 109 страницах машинописи и включает введение, аналитический обзор, методическую главу, главу собственных исследований и обсуждение результатов, заключение, выводы и список литературы (164 публикации, 144 — отечественных и 20 — зарубежных авторов). Рукопись иллюстрирована 11 таблицами и 9 рисунками.

выводы.

1. Световое воздействие спектром марганца и меди на неповрежденную кожу способствует кратковременному (на 2−5 минут) увеличению концентрации этих микроэлементов в крови в месте воздействия соответственно на 18 и 24%. Фотофорез этих микроэлементов из водных растворов с помощью специфического спектрального светового потока обеспечивает значительное повышение концентрации марганца и меди в месте светового воздействия, тогда как в системном кровотоке изменение уровня этих микроэлементов было незначительным.

2. Воздействие световым потоком с линиями спектра марганца и меди на раневую поверхность у экспериментальных животных увеличивает скорость репаративных процессов на 12−15%, при этом отмечается оптимизация гормональной регуляции метаболических реакций за счет активизации секреции инсулина, уменьшения уровня глюкозы в крови и усиления антиокси-дантной активности. Наличие достоверных корреляционных взаимосвязей между изменением уровня марганца и меди в крови и оптимизацией гормональной регуляции метаболических реакций позволяет предположить важную роль модификации микроэлементного статуса в проявлении биологических эффектов спектрального светового потока.

3. Профилактический курс светового воздействия с присутствием спектров марганца и меди в меньшей степени и спектральный фотофорез этих микроэлементов в большей степени способен повысить резистентность организма экспериментальных животных к мощным стрессорным воздействиям, и в основе этого феномена лежит активизация инсулиновой регуляции метаболических реакций.

4. Световой поток лампы с полым катодом, в состав которой входят различные микроэлементы (марганец, медь и ванадий) могут оказывать модифицирующее влияние на активность иммобилизированных ферментативных систем в условиях in vitro, тогда как световое воздействие на кровь практически не оказывает влияния на течение биохимических реакций при определении уровня в крови глюкозы, холестерина и триглицеридов.

5. Световое воздействие спектрами марганца и меди способно в условиях in vivo повышать активность металлосодержащих ферментов — аргиназы и церулоплазмина в среднем на 35−40%, тогда как спектры условно токсичных микроэлементов (ртути, платины и серебра) угнетали активность этих ферментов на 18−31%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Исследования последних лет в области медико-биологических наук все в большей степени стали посвящаться многочисленным проблемам воздействия на живой организм факторов слабой интенсивности, физический энергопотенциал которых зачастую вообще сложно определить. И если на одном полюсе этой проблемы находятся некие представления о телепатии, телекинезе, ясновидении, знахарстве, экстрасенсорике, т. е. того, что принято называть «информационным воздействием», то на другом полюсе, объективно существующие факторы, имеющие вполне материальную основу, энергетический потенциал которых, впрочем, ничтожно мал и теоретически никакого значимого воздействия (тем более, лечебного или профилактического) эти факторы могут и не оказывать.

Однако, объективная реальность свидетельствует об обратном. Отдельные, пусть и крайне редкие, случаи экстрасенсорного воздействия, верифицированные телепатические эффекты, некоторые виды слабых физических воздействий на практическом уровне доказывают возможность взаимодействия с живыми системами. Более того, стали появляться и научные сообщения, в которых предпринимаются попытки не только зафиксировать факт воздействия, но и объяснить тот или иной феномен. В наибольшей степени это коснулось проблемы электромагнитных излучений.

Несколько последних десятилетий XX века ознаменованы возрастающим интересом медицины к информационной терапии, не использующей инъекционные и медикаментозные методы лечения, а интенсифицирующей в организме человека процессы, способствующие повышению его защитных сил, в частности, основанные на применении различных источников электромагнитного излучения.

Большой популярностью пользуется лазерная рефлексотерапия, использующая низкоэнергетические лазеры видимого (гелий-неоновые с длиной волны 632,8 нм) и ближнего инфракрасного (полупроводниковые с длиной волны 800. 1300 нм) диапазонов излучения. Появилось большое количество физиотерапевтических аппаратов, использующих, как правило, один тип такого лазера. Лазерные физиотерапевтические приборы, работающие в сине-зеленой части спектра, практически отсутствовали. Достаточно высокая мощность лазерного излучения и ограниченность его спектрального состава явились весьма весомым ограничением в рефлексотерапии при воздействии на БАТ (БАЗ).

Ввиду того, что любая функциональная система на уровнях ткани, клетки и тем более, внутриклеточном уровне работает на относительно низком энергетическом уровне, с 1970;х годов на смену лазерным при.

2 2 шли источники с «мягкой» (0,1.2 мВт/см) и средней (2.30 мВт/см) плотностями мощности излучения — полупроводниковые светодиоды, характеризующиеся достаточно узкими спектральными полосами излучения в видимом диапазоне спектра. С практикой их применения в рефлексотерапии и физиотерапии достигаются новые положительные терапевтические эффекты, в ряде случаев превышающие по эффективности результаты воздействия лазеров. Лазерные установки стали дополняться светодиодными источниками излучения, что расширило сферу применения данных комбинированных источников света в фотохромтерапии. Однако дальнейшее развитие этого направления затормозилось из-за сложности создания терапевтической аппаратуры с заданным (требуемым) составом спектра светового излучения.

Вместе с тем, благодаря открытию д.т.н. Е. М. Рукина (2003;2007) в области, названной им спектральной фототерапией и базирующейся на коррекции функций организма при воздействии на биологически активные точки (БАТ) и зоны (БАЗ) световых волн со строго определенными параметрами, в настоящее время можно считать установленными с достаточной достоверностью избирательность биопроцессов организма к длине волны источника излучения с линейчатым спектром и наличие некоторого порогового значения плотности мощности излучения (энергетической зоны) для запуска биопроцессов. Таким образом, объективно установлено, что излучение разных длин волн оказывают различное влияние на течение патологических процессов при низкоэнергетическом воздействии, что определяет развитие спектральной фототерапии (СФТ). Воздействие возможно как на клеточном уровне, уровне мембран, так и на уровне органа, системы органов и целостного организма.

Этот метод терапии, в отличие от большинства известных методов физиотерапии, не связан с механическим и тепловым воздействием на ткани, что позволяет отнести его к «лечебным факторам малой интенсивности» (информационное воздействие).

Применение СФТ может быть обусловлено следующими факторами:

• широким диапазоном терапевтического воздействия;

• высокой эффективностью лечения затяжных и хронических заболеваний, в том числе и в тех случаях, когда лекарственные средства являются противопоказанными или недостаточно эффективными;

• отсутствием (у большинства больных) побочных эффектов лечения, свойственных влиянию фармакологических препаратов;

• узким кругом противопоказаний;

• возможностью применения фототерапии в комплексе с другими методами лечения местного и общего воздействия;

• возможностью проведения лечения в виде светопунктурных воздействий (фотопунктуры) с учетом основных концепций традиционной восточной медицины;

• асептичностью (что особенно актуально в связи с появлением опасных инфекций, например, с проблемой СПИДа, гепатита С и др.);

• комфортностью процесса лечения;

• низкой трудоемкостью лечебных процедур.

Однако механизмы биологического и, тем более, терапевтического действия фотохроматического воздействия не ясны и в полной мере эта.

85 проблема относится и к предложенным Е. М. Рукиным методам применения ламп с полым катодом, в состав которого могут быть введены различные макрои микроэлементы, что позволяет получить световой поток линейчатого спектра.

Теоретически и отчасти практически доказано, что в механизме лечебного действия физических факторов имеются несколько последовательных фаз, и первая из них — поглощение энергии действующего фактора организмом как физическим телом. В этой фазе все процессы подчиняются физическим законам. При поглощении световой энергии возникают различные физические процессы, основными из которых являются внешний и внутренний фотоэффекты, электролитическая диссоциация молекул и различных комплексов.

При поглощении веществом кванта света один из электронов, находящийся на нижнем энергетическом уровне на связывающей орбитали, переходит на верхний энергетический уровень и переводит атом или молекулу в возбужденное (синглетное или триплетное) состояние. Во многих фотохимических процессах реализуется высокая реакционная способность триплетного состояния, что обусловлено его относительно большим временем жизни, а также бирадикальными свойствами.

При внешнем фотоэффекте электрон, поглотив фотон, покидает вещество. Однако эти проявления при взаимодействии света с биообъектом выражены весьма незначительно, поскольку в полупроводниках и диэлектриках (ткани организма являются таковыми) электрон, захватив фотон, остается в веществе и переходит на более высокие энергетические уровни (в синглетное или триплетное состояние). Это и есть внутренний фотоэффект, основными проявлениями которого являются изменения электропроводимости полупроводника под действием света (явление фотопроводимости) и возникновение разности потенциалов между различными участками освещаемого биообъекта (возникновение фотоэлектродвижущей силы — фотоЭДС). Эти явления обусловлены фоторождением носителей заряда — электронов проводимости и дырок. В результате перехода в возбужденное состояние части атомов или молекул облучаемого вещества происходит изменение диэлектрической проницаемости этого вещества (фотодиэлектрический эффект).

Фотопроводимость бывает концентрационной, возникающей при изменении концентрации носителей заряда, и подвижной. Последняя возникает при поглощении фотонов с относительно низкой энергией и связана с переходами электронов в пределах зоны проводимости. При таких переходах число носителей не изменяется, но это изменяет их подвижность.

Внутренний фотоэффект, проявляющийся в возникновении фото-ЭДС, бывает нескольких видов, основные из которых: возникновение вентильной (барьерной) фото-ЭДС в зоне переходавозникновение диффузной фото-ЭДС (эффект Дембера) — возникновение фото-ЭДС при освещении полупроводника, помещенного в магнитное поле (фотомагнитоэлектрический эффект) — эффект Кикоина-Носкова.

Кроме указанных явлений низкоэнергетическое световое воздействие нарушает слабые взаимодействия атомов и молекул облученного вещества (ионные, ион дипольные, водородные и гидрофобные связи, а также ван-дер-ваальсовые взаимодействия), при этом появляются свободные ионы, т. е. происходит электролитическая диссоциация. Дальнейшая миграция и трансформация энергии электронного возбуждения тканей биообъекта при световом воздействии запускает ряд физико-химических процессов в организме. Пути реализации энергии атома или молекулы в синглетном состоянии таковы: превращение в теплоиспускание кванта флуоресценциифотохимическая реакцияпередача энергии другой молекуле.

Образование электронных возбужденных состояний приводит к изменению энергетической активности клеточных мембран, к конформа-ционным изменениям жидкокристаллических структур, к структурной альтерации жидких сред организма, к образованию продуктов фотолиза, к изменению рН среды, что в свою очередь является пусковым моментом целого комплекса биофизических и биохимических процессов. Повышение энергетической активности биологических мембран, которые принимают прямое и очень важное участие во всех функциях клетки, приводит к изменению биоэлектрических процессов, к увеличению активности транспорта веществ через мембрану, идущего по направлению, противоположному градиенту химического и электрохимического потенциала, усиливает основные биоэнергетические процессы, в частности, окислительное фосфорилирование.

Такой физико-химический подход к анализу возможных механизмов воздействия линейчатых спектров лампы с полым катодом на организм человека, на наш взгляд, не может быть принят безоговорочно за истину, поскольку могут быть и альтернативные варианты. Одним из них является способность живых систем, физических и химических процессов к биорезонансным явлениям, поскольку известно, что волновые свойства линейчатого спектра, характерного для того или иного минерала, могут резонировать с аналогичными микрои макроэлементами в живой системе, изменять их физико-химические свойства и тем самым модулировать активность связанных с ними металлоорганических комплексов.

Есть много оснований полагать, что аналогичные процессы могут происходить и при световом воздействии. Еще известный русский биолог Александр Леонидович Чижевский одним из первых предположил, что солнечная активность существенно воздействует на все живое. «Казалось бы, смерть и Солнце не могут пристально взирать друг на друга. Однако бывают дни, когда для больного человека Солнце является источником смерти. В такие дни из жизнеподателя оно обращается в заклятого врага, от которого человеку некуда скрыться и не убежать. Смертоносное влияние Солнца настигает человека, где бы он ни находился», писал.

Чижевский в своей книге «Земное эхо солнечных бурь» (А.Л.Чижевский, 1976).

Периоды высокой активности Солнца, которые происходят раз в 11 лет, вызывают социальные и природные катаклизмы — войны, революции, мутацию микроорганизмов, эпидемии, повышенную смертность. На годы солнечной активности попадают периоды грандиозных исторических событий: 1848-й, 1906;й, 1917;й, 1928;й, 1937;й, 1947;й, 1958;й, 1968;й, 1979;й, 1991;й. В фазе спада, напротив, прекращались войны, заключались перемирия, затихали эпидемии.

В начале XX века врачи Фор и Сарду провели статистику учета больных по всем клиникам Франции и заподозрили, что «пик» недомоганий зависит от каких-то природных явлений. Оказалось, что за два — три дня до отмеченных дат астрономы наблюдали взрывы на Солнце. Объяснить эту зависимость тогда естественно не смогли.

Ряд специалистов считают, что Солнце каким-то образом воздействует на нервную систему, вызывая массовый психоз. Оппоненты возражают: подобное невозможно, так как организм человека достаточно устойчив, а влияние солнечных полей слишком слабо. В жизни есть более мощные социальные факторы, вызывающие исторические.

Долгое время многие ученые скептически относились к утверждению Чижевского, что Солнце вызывает массовые эпидемии. Однако в последнее время уже выявлено, что повышенная солнечная активность снижает иммунитет человека, приводит к мутации микробов, вызывает резкое изменение динамических характеристик оседания крови больных ишемической болезнью сердца (цит. по В. Г. Широносову, 2000). Но каков механизм воздействия?

Ученые многих стран заметили «при повышенном уровне солнечного излучения в крови резко увеличивается число лимфоцитов, ответственных за состояние иммунитета. То есть организм борется с вредным внешним воздействием. Почему же часто столь неэффективно? Используя принципиально новую методику и микрофлуориметр „Радикал ДИФ-2“, удалось зафиксировать, что солнечная радиация почти вдвое снижает способность лимфоцитов синтезировать белки — строительный материал будущих антител, которые и подавляют инфекцию. Значит, защитные силы организма ослабляются. Возможно, это и является одной из причин возникновения эпидемий во время неспокойного Солнца. Ученые пока не могут сказать, какая конкретно составляющая солнечного излучения „виновата“, но предполагают, что хотя она довольно слабая по интенсивности, все же за счет резонансных эффектов приводит к серьезным последствиям. Известно, что рота солдат, идущих в ногу, разрушила мост. Похожее может происходить и в нашем организме, когда „слабые“ солнечные поля начинают резонировать с колебаниями, происходящими в клетках» .

Такой подход к объяснению механизмов светового воздействия линейчатых спектров, характерных для различных химических элементов, в большей степени импонирует нам, но есть и другие методологические подходы к решению поставленной нами проблемы.

С одной стороны роль микрои макроэлементов в физиологических и патологических реакциях изучена достаточно полно (А.П.Авцын с со-авт., 1991; А. В. Скальный, И. А. Рудаков, 2004) и описывать значимость того или иного элемента для поддержания жизнедеятельности организма не имеет никакого смысла, поскольку эти вопросы крайне широко представлены в соответствующей научной литературе. Подчеркнем также и то обстоятельство, что практически вся эта литература посвящена системным изменения макрои микроэлементного гомеостаза, поэтому недостаток или избыток (элемента, как правило, оценивается исходя из фармакологических принципов. В нашем случае, при воздействии светового облучения линейчатыми спектрами лампой с полым катодом изменения содержания соответствующих микроэлементов имело место только в месте воздействия, тогда как в системном кровотоке никаких существенных изменений ионного гомеостаза не отмечалось.

Однако в рамках настоящего исследования мы не имели возможности изучить все возможные вариации состава катода лампы с соответствующими линейчатыми спектрами и их сочетаниями, поскольку эта проблема носит глобальный характер и требует значительного увеличения объема исследовательской работы. Полагаем, что часть проблемы, поставленная перед нами, решена в полной мере и, по сути, является прологом для продолжения исследований в этом направлении, поскольку данный физический фактор практически не имеет противопоказаний, прост в применении, аппаратура для его применения сертифицирована.