|
15 марта 2007 г.
Низкоинтенсивное лазерное излучение (НИЛИ) в настоящее время широко применяется в различных областях медицины и в экспериментальных исследованиях фотобиологического направления. Если сам факт возможности получения выраженного биологического эффекта при использовании очень малых доз и низких плотностей мощности НИЛИ на сегодняшний день не вызывает сомнений, то вопрос о молекулярно-клеточных и системных механизмах, лежащих в основе положительного клинического результата, достигаемого при использовании фототерапии, во многом является предметом дискуссий теоретиков и клиницистов. Для правильного понимания механизмов биофотоэффектов, на наш взгляд, наряду с анализом накапливающихся по мере развития научного знания конкретных фактов, необходимы и четкие методологические ориентиры.
В данной проблеме есть ряд "вечных" вопросов, которые многократно обсуждались на крупных научных форумах и продолжают дискутироваться по сей день. Бурное накопление новых научных данных, как ни странно, мало способствует формулировке ясных и четких ответов на эти "вечные" вопросы. Происходит это потому, что ответы на эти вопросы не могут быть получены в ходе конкретных клинических или лабораторных исследований, а лежат в плоскости методологии научного поиска.
Анализ данной проблемы необходим в связи с включением в работу по лазерной тематике нового поколения врачей и научных работников, воспитанных на литературных источниках, извлекаемых из Интернета, и не всегда знакомых с множеством публикаций отечественных авторов, стоящих у истоков возникновения лазеротерапии.
Один из "вечных" спорных вопросов лазерологии может быть сформулирован в нескольких вариантах. Одинакова ли реакция биосистемы на действие НИЛИ с разной длиной волны? Можно ли заменить лазер другим источником излучения для получения того же биоэффекта? Можно ли получить положительный клинический эффект, аналогичный лазерному, при применении обычной лампочки и т.п.? Все эти вопросы теснейшим образом связаны с проблемой специфичности действия НИЛИ.
Вопрос о специфичности биологического действия различных видов НИЛИ, а также о различии эффектов лазерного излучения и некогерентного света весьма деликатен и ответ на него во многом зависит от мировоззренческих установок исследователя и от уровня проникновения в сущность исследуемых процессов. В данном контексте нам представляется целесообразным определить специфичность как некую качественную особенность (определенность) отклика живой системы на действие НИЛИ с различными физическими характеристиками. Очевидно, что проблема специфичности лежит в плоскости соотношения философских категорий общего, единичного и особенного.
Чем определяется характер влияния НИЛИ на живую систему? В самом общем виде конечный результат отклика биосистемы на фотовоздействие зависит от трех ключевых факторов: параметров самого физического воздействия (паттерна фотовоздействия), особенностей структурно-функциональной организации и состояния живой реактивной системы в момент фотовоздействия (паттерна организма), модифицирующих условий внешней среды (паттерна среды).
Для паттерна воздействия принципиально важными параметрами являются: длина волны излучения, его когерентность, поляризация, суммарная доза облучения, плотность мощности (энергии) излучения, разовая экспозиция, параметры курсового воздействия (структура курса), постоянный или импульсный источник лазерного излучения (в последнем случае добавляются такие существенные параметры как частота следования импульсов, амплитуда и длительность импульса, величина межимпульсного интервала, наличие или отсутствие модуляции). От паттерна фотовоздействия зависит энергетическая насыщенность кванта, глубина проникновения излучения в биоткань, "выбор" соответствующих фотоакцепторных молекул, количество активированных акцепторов, вовлечение механизмов срочной или долговременной перестройки клеточного метаболизма и вытекающая отсюда быстрая обратимость или долгосрочность эффекта фотовоздействия.
Паттерн организма характеризуется наличием фотоакцепторов (молекул способных поглощать кванты света данной длины волны), их количеством, плотностью, пространственным распределением (топографией) в ткани и фотодоступностью. Однако поглощение энергетического кванта фотоакцепторными молекулами это только первый этап в многоступенчатой цепи клеточных и внеклеточных событий, приводящих к формированию интегрального ответа живой системы, которые могут быть обозначены как звенья сопряжения в реакции организма на фотовоздействие. Состояние фотоакцепторов и звеньев сопряжения в свою очередь зависит от множества факторов: генотипической нормы реакции, пола, возраста, фазы биоритмического цикла, состояния биосистемы в момент фотовоздействия (норма или патология, стресс, утомление и т.п.), предистории биосистемы (перенесенные заболевания и т.п.), характера проводимой комплексной терапии, энергообеспеченности и др.
В понятие паттерна среды могут быть включены факторы, влияющие на фотореактивность: температурный режим, сезонность, климато-географические факторы, экологические условия, социальные факторы.
Следовательно, реакция живой системы на фотовоздействие определяется множеством факторов, из которых наиболее труднодоступны для конкретного анализа элементы, входящие в структуру паттерна организма.
В данном сообщении акцентируется внимание на вкладе в специфичность фотореакции только элементов паттерна воздействия.
Чрезвычайное многообразие параметров физического воздействия создает большие трудности при попытке стандартизации данного паттерна, что чрезвычайно затрудняет сравнительный анализ результатов, получаемых разными авторами или даже результатов, полученных в одной и той же лаборатории в разное время. Строгий учет всех физических параметров излучения доступен далеко не всем научным лабораториям и клиническим подразделениям. Чаще всего врачи и реже исследователи ориентируются не на данные прямой дозиметрии, а на параметры, указанные в паспорте прибора, которые, по нашим данным, в 75% случаев отличаются от реальных значений более чем на 20%.
При организации корректных исследований зависимости характера фотоэффекта от физических особенностей действующего стимула возникают и большие объективные трудности. Совершенно очевидно, что если мы хотим выяснить зависимость биоэффекта от какого-либо физического параметра фотовоздействия (например, длины волны), то в сравниваемых группах этот фактор должен изменяться, в то время как все остальные параметры воздействия должны оставаться неизменными. Причем требование жесткой стабилизации остальных параметров является абсолютным. Только в этом случае мы можем приписать различие в сравниваемых группах влиянию исследуемого фактора. Для возможности корректного сравнительного анализа (особенно в опытах in vivo) необходимо уравнять зоны воздействия по площади и плотности мощности. Достичь этого при использовании разных источников очень сложно (если вообще возможно).
Несмотря на трудности стандартизации условий, в ряде работ проводится сравнительный анализ биоэффектов или характера лечебного действия НИЛИ с различными длинами волн. При этом в случае отсутствия различий между сравниваемыми группами авторы обычно делает вывод об идентичности биоэффектов сравниваемых видов излучений, о взаимозаменяемости источников, о неспецифичности лазерного эффекта, а у доверчивого читателя создается впечатление доказательности и убедительности подобного заключения. Однако следует иметь в виду, что благодаря чрезвычайной сложности целостной живой системы, исследователь фактически имеет дело с "черным ящиком", когда ему известны параметры воздействия (по крайней мере он имеет возможность их всесторонне оценить) на входе, и интегральная реакция биосистемы, формализованная в виде ряда зарегистрированных параметров, - на выходе.
Вместе с тем, обнаружение сходства изменений какого-либо параметра или функции еще не является доказательством идентичности интимных механизмов, лежащих в основе данного эффекта, поскольку однотипный конечный результат при реакции биосистемы может быть достигнут разными путями. Это можно проиллюстрировать на примере сравнительного анализа возможных изменений внутриклеточного анаэробного метаболизма глюкозы (гликолиза) при действии двух физических факторов (рис.1).
Глюкоза
гексокиназа
Глюкозо-6-Ф
глюкозо-6-Ф-изомераза
Фруктозо-6-Ф
Блок 1. 6-фосфофруктокиназа
Фруктозо-1,6-диФ
альдолаза АТФ
Диоксиацетон-Ф Глицеральдегид-3Ф
+NAD глицеральдегид-Ф-дегидрогеназа
1,3-Дифосфоглицерат
фосфоглицераткиназа
3-Фосфоглицерат
фосфоглицеромутаза
2-Фосфоглицерат
Блок 2. енолаза
Фосфоенолпируват
пируваткиназа АТФ
Пируват
+NADH лактатдегидрогеназа
Лактат
Рис. 1. Гликолитический путь распада глюкозы в клетке
Обычно в качестве показателя интенсивности гликолитических процессов выбирают содержание конечного продукта данного пути - молочной кислоты (лактата). Предположим авторами работы была поставлена цель провести сравнительный анализ влияния на течение гликолиза двух видов лазерного излучения (1 и 2). Исследования показали, что при обоих воздействиях происходит снижение суммарного уровня лактата, поскольку оба вида излучения вызывают метаболический блок, ингибируя активность определенных ферментов гликолиза (соответственно, блок 1 и 2). Однако вывод об идентичности действия на организм двух исследуемых факторов на основании исследования только уровня лактата был бы преждевременным и просто ошибочным, поскольку более тонкий анализ позволил бы обнаружить существенные различия в их биоэффектах. Так, при блоке 1, происходит ингибиция фосфофруктокиназы, что приводит к накоплению трех предшествующих продуктов гликолиза и возникновению дефицита всех последующих продуктов, в частности триоз, выполняющих важные регуляторные функции внутри клетки. Кроме того, в этом случае развивается полный энергодефицит (отсутствие выработки гликолитической АТФ), который не может компенсироваться другими источниками энергии, учитывая специфичность участия гликолитической АТФ в энергообеспечении ряда внутриклеточных процессов. При этом не наблюдается существенных изменений в системе NAD-NADH, сопряжено работающих на последующих этапах гликолиза. Иная картина наблюдается при блоке 2, связанном с ингибицией енолазы. В этом случае накапливается значительно большее количество предшественников на фоне дефицита только трех конечных продуктов. В то же время, возникает частичный энергодефицит, вследствие синтеза только одной молекулы гликолитической АТФ и наблюдаются изменения в системе NAD-NADH, вследствие отсутствия регенерации NAD на конечных этапах гликолиза.
Итак, более глубокий анализ обнаруженных изменений показывает, что несмотря на внешнее сходство во влиянии на гликолиз двух исследованных вариантов фотовоздействия, вывод об идентичности их биоэффектов является в принципе неверным. Аналогично ходу рассуждений в приведенном примере, при сравнении биоэффектов разных длин волн лазерного излучения обычно сопоставляется их влияние на произвольно выбранные функции (параметры) и обнаружение сходства возникающих изменений не дает оснований для заключения об идентичности механизмов их развития. В подобного рода исследованиях выявленные различия носят закономерный (абсолютный) характер, в то время как выявленное сходство относительно и свидетельствует лишь о недостаточно глубоком анализе сути явления.
На наш взгляд, ответ на вопрос о специфичности биоэффектов разных источников фотовоздействия лежит не в плоскости эксперимента или конкретного клинического наблюдения, а в области методологии научного поиска. Существует хорошо известный и весьма важный для естествоиспытателя философский принцип адекватного соответствия следствия породившей его причине, из которого следует, что если на входе (на этапе фотовоздействия) мы имеем особенность действующего фактора (различие в длине волны, когерентности, поляризации, дозе и т.п.), то на выходе (в характере биореакции) также должны существовать особенности. Иными словами, специфика действующего фактора находит отражение в специфике результата действия (в отклике биосистемы). Если мы эти особенности не видим - это не означает, что их нет, а свидетельствует лишь о том, что мы неглубоко (или не там) ищем. Специфика лазерного эффекта не лежит на поверхности (явление и сущность), и возможность ее выявления зависит от корректности проведения сравнительного эксперимента, от чувствительности и точности методов исследования.
При таком подходе снимается с повестки дня вопрос: может ли быть получен биоэффект идентичный лазерному воздействию при использовании электрической лампочки или другого физического источника излучения? Ответ будет априорно отрицательным, поскольку даже при феноменологическом сходстве результата его интимный механизм и "биологическая цена" в каждом случае будут различны. Из этого никак не вытекает бесперспективность сравнительного анализа эффектов двух разных источников излучения. Наоборот, изначальное признание специфики действия на живую систему НИЛИ с различными характеристиками диктует необходимость проведения сравнительных исследований в целях поиска оптимального паттерна воздействия для достижения необходимого полезного результата (лечебного или корригирующего эффекта).
При этом, естественно, ни в коей мере не исключается и возможность сходства (наличия общего) в действии различных физических факторов. Безусловно, при использовании красного света и излучения ИК-диапазона могут быть получены однотипные эффекты по влиянию на процессы регенерации ткани, клеточной пролиферации, на течение воспалительного процесса, состояние сосудистого тонуса и т.п. Однако, учитывая различие тонких механизмов этих эффектов, при каких-то заболеваниях и патологических процессах более эффективным может оказаться красный свет, при каких-то - ИК-излучение. |
