Физические основы квантовой терапии

Физико-биологические механизмы взаимодействия биологических тканей и низкоинтенсивного квантового излучения не могут считаться в достаточной степени изученными, несмотря на многочисленные научно-практические исследования.

Основным эффектом инфракрасного излучения является слабое тепловое воздействие при большой глубине проникновения. Терапевтический эффект связан с активацией процесса микроциркуляции в биоткани, активизацией молекул, потенцированием физических и биохимических процессов
.
Пульсирующее широкополосное красное излучение видимого глазом диапазона имеет чуть большую энергию квантов по сравнению с инфракрасной частью спектра (менее 2 эВ), так же недостаточную для возникновения деструктивных процессов в тканях, но активизирующую многие процессы в биологически активных зонах. Таковыми являются зоны с большим количеством рыхлой соединительной ткани, например, в области крупных суставов, паравертебральные участки зон Захарьина-Геда и некоторые другие. Кроме того, кожная кровеносная и лимфатическая сети являются иммунокомпетентными структурами.

Как указывалось выше, постоянное магнитное поле оказывает заметное потенцирующее влияние на все составляющие полифакторной квантовой терапии. Известно, что в организме постоянно идут процессы электролитической диссоциации молекул и параллельно с ними идут процессы их рекомбинации (восстановления). Энергия, выделяющаяся при диссоциации, практически полностью используется для восстановления молекул. При этом все системы стремятся к тепловому равновесию.

Фотоэлектрический эффект, при котором наведенная ЭДС достигает величин, способствующих диссоциации, усиливается постоянным магнитным полем, позволяющим на определенное время удержать молекулы в диссоциированном состоянии. При этом генерируется энергия, совершающая, с одной стороны, безизлучательные переходы в межклеточных пространствах, а с другой стороны - способствующая созданию темпepaтypнoгo градиента в структурах биообъекта. Кроме того, под влиянием магнитного поля увеличивается диэлектрическая проницаемость биополимеров, что способствует увеличению проникновения инфракрасного излучения вглубь ткани, а также усиливаются турбулентные процессы в циркулирующих жидкостях. За счет взаимоотталкивания одноименных зарядов ионизированная жидкость более плотно прижимается к стенкам русла, в результате чего усиливаются обменные процессы.

Таким образом, физической основой эффекта биостимуляции в живом организме на клеточном, тканевом, органном уровне и на уровне биообъекта в целом, является воздействие квантового излучения на атомы и молекулы. В результате поглощения квантов света возникают электронно-возбужденные состояния атомов и молекул веществ с последующей миграцией электронного возбуждения, что приводит к первичному фото физическому эффекту и запуску вторичных фотохимических реакций.

Чтобы лучше понять процессы, происходящие на атомно-молекулярном уровне и запускающие дальнейшую цепь биологических преобразований, следует прежде всего остановиться на технических характеристиках данного аппарата квантовой терапии и объяснить, что они из себя представляют и что они определяют в процессе квантовой терапии.

Длина волны инфракрасного лазерного излучения арсенид-галлиевого диода составляет 890 нм. По данным ряда отечественных и зарубежных авторов: Л.В.Черкасов (1986 г.), В.И.Матвеев (1988 г.), Л.Р.Евстигнеев (1987 г.), В.С.Синяков (1983 г.), Joon с соавт. (1987 г.), Muller (1990 г.), Т. Ohshiro (1988г.) и других глубина проникновения низкоинтенсивного лазерного излучения в биообъект зависит, главным образом, от длины волны. Для иллюстрации приведем здесь график зависимости глубины проникновения света в биоткань (т.е. прозрачности биоткани) от длины волны излучения, взятый из монографии Т. Ohshiro (1988 г.), (Рис.1).

РИС.1. Глубина относительного проникновения в биоткани в зависимости от длины световой волны

Из графика видно, что для ближнего инфракрасного диапазона спектра биологические ткани обладают наибольшей оптической прозрачностью. Таким образом, именно длина волны лазерного излучения определяет, в первую очередь, глубину проникновения энергии в биоткань.

В тоже время энергия фотонов инфракрасной области колеблется в пределах от 1 до 1,5 эВ. Для сравнения, энергия межатомных связей биополимеров лежит в пределах 2,06...12,6 эВ. Например, минимальная энергия связи (C=N) составляет 2,06 эВ, а энергия связей С-С и С=С и др. выше.

Следовательно, энергии фотонов инфракрасного излучения недостаточно, чтобы повредить сильные межмолекулярные связи биополимеров. В то же время, этой энергии достаточно для стимуляции колебательных процессов в молекулах вещества и активации электронного возбуждения атомов. При этом световая энергия почти полностью затрачивается на фотофизические реакции, то есть превращается в тепловую. Это вызывает тепловое расширение цитоплазмы и мембранных каналов, катализацию биологических процессов, изменение вязкоэластических свойств плазмолеммы и внутриклеточных мембран. При этом температурный градиент, вызываемый излучением аппарата, достаточно мал (менее 1 градуса) и значительно меньше значений, способных вызвать необратимые изменения клеточных структур (рис.2).

Рис. 2 Приблизительные тепловые пределы биологических реакций

Диапазон волн широкополосного пульсирующего инфракрасного излучения аппарата квантовой терапии составляет 860-960 нм. Энергия квантов здесь выше, чем у ИК-излучения, и достигает 1,6 эВ. Однако не когерентный неполяризованный широкополосный характер такого излучения также обеспечивает полную безопасность воздействия на биоткани. Это излучение вместе с другими составляющими квантовую терапию лечебными факторами обеспечивает более глубокое проникновение лазерного излучения в биоткани.

Широкополосное пульсирующее красное излучение с длинами волн 640-740 нм имеет максимальную энергию фотона около 2 эВ. Эта энергия Диапазон волн широкополосного пульсирующего инфракрасного излучения аппарата квантовой терапии составляет 860-960 нм. Энергия квантов здесь выше, чем у ИК-излучения, и достигает 1,6 эВ. Однако не когерентный неполяризованный широкополосный характер такого излучения также обеспечивает полную безопасность воздействия на биоткани. Это излучение вместе с другими составляющими квантовую терапию лечебными факторами обеспечивает более глубокое проникновение лазерного излучения в биоткани.

Широкополосное пульсирующее красное излучение с длинами волн 640-740 нм имеет максимальную энергию фотона около 2 эВ. Эта энергия близка к энергии связи атомов углерода и азота (C=N). При поглощении тканями света этого диапазона возможна диссоциация отдельных молекул поверхностного слоя, однако, деструктивные явления не происходят. Кроме того, пульсирующий красный свет, визуализируя работу излучателя, является мощным психотерапевтическим фактором для пациента. Следует отметить, что общетонизирующее действие видимого красного света давно уже стало научным фактором (Рис.3).

Рис.3. Энергия фотонов и энергия химических связей биосубстрата (по В.И.Козлову, В.А.Буйлину С соавт., 1993).

Индукция постоянного магнитного поля аппарата квантовой терапии равна 35±10 мТл (миллитесла). Такой индукции достаточно для переориентировки молекул-диполей в жидких средах, а также части ионизированных. Теоретически обоснованно и практически доказано усилие эффекта биостимуляции при сочетанном действии составляющих квантовой терапии при указанных выше физических характеристиках излучений аппарата.

Мощность импульса лазерного излучения аппарата составляет не менне 4 Вт. При непрерывном характере излучения такой мощности речь шла бы о высокоэнергетическом воздействии. Но аппарат работает в импульсном режиме. При этом длительность каждого отдельного импульса составляет (90...130)х10-9 сек (90...130 наносекунд). За это время, соизмеримое с инерционностью молекул, в молекулы биоткани попадает достаточное количество энергии для достижения возбуждения и запуска физико-химических реакций. После окончания импульса происходит относительно медленный спад активности реакций на атомно-молекулярном уровне. Как известно, при внешних воздействиях все биосистемы стремятся восстановить свое нарушенное равновесие. Если же в биоткани есть отклонения от нормы, вызванные каким-либо патологическим процессом, то восстановление такого патологического равновесия является вредным и биоактивацию надо сохранять. Поэтому для того, чтобы закрепить биоактивацию, реализовать биологические позитивные сдвиги и раскачать вредные адаптационный механизмы при самых различных видах патологии, аппарат может генерировать разные частоты повторения импульсов, а именно: 5 Гц, 50 Гц, 1000 Гц, либо же переменную частоту в диапазоне 1...250 Гц. Количество энергии, доставленное с выбранной частотой в биоткани за время процедуры, достаточно для поддержания во времени атомарно-молекулярных превращений, возникновения усиливающего резонансного эффекта и запуска механизмов срочной адаптации на прогнозируемом уровне.

Для инфракрасной и красной частей спектра сохраняются все законы
оптики (Рис. 4).

Рис. 4. Прохождение инфракрасного излучения через биоткань
При квантовой терапии существуют 5 видов взаимодействия излучений
с биотканью:

отражение
преломление
сквозное прохождение
поглощение
рассеивание

Отражение. Коэффициент отражение от кожи (отношение отраженной мощности к падающей) лежит в пределах 10...55% и зависит от спектра излучения, а также от степени пигментации и морщинистости кожи, наличия жира и влаги, которые, в свою очередь, зависят от пола, возраста и цвета кожи (расы). В инфракрасном диапазоне кожа может отражать до 40% излучения, имеются некоторые различия, связанные с полом и возрастом больного, пигментацией его кожных покровов и др. Уменьшить отражение и тем самым повысить эффективность воздействия можно путем очистки зоны воздействия от жира и пота путем протирки спиртом или эфиром, смазывания раствором йода или бриллиантовой зелени. Ещё одним методом является непосредственный контакт излучателя с кожным покровом и легким прижатием к телу, вызывающим местный отток крови и тем самымувеличение прозрачности ткани.

Преломление и сквозное прохождение. Очень незначительная часть падающей энергии (менее 1%) теряется за счёт преломления с выходом обратно из биоткани и сквозного прохождения сквозь биоткань и потому также не участвует в биостимуляции. Ввиду незначительности эти потери энергии можно не учитывать.

Поглощение. Поглощение энергии определяется взаимодействием фотонов приходящего от излучателя аппарата первичного монохроматического, когерентного и поляризованного лазерного излучения с электронами биомолекул. При попадании фотона на электрон энергия фотона поглощается электроном, который увеличивает свою энергию путём перескока на более высокую орбиту. Затем электрон через промежуточные орбиты возвращается на исходную орбиту с излучением фотонов с различными энергиями (длинами волн излучения), равными разностям энергий электрона на промежуточных орбитах. Поглощение первичного лазерного излучения в биоткани весьма велико и величина ослабления плотности потока мощности даже в наиболее прозрачном ИК-диапазоне составляет несколько десятков (до 100) раз на каждый 1 см глубины проникновения. При этом ослабление на глубине всего 3 см доходит до 106 раз! Интенсивность поглощения энергии существенно зависит также и от структуры биоткани. Экспериментальными работами ряда отечественных и зарубежных ученых показано, что для инфракрасного излучения в диапазоне 800...1200 нм кожа поглощает 25-30%, мышцы и кости 30-80%, паренхиматозные органы до 100% излучения.

Рассеяние. Фотоны, излучаемые электронами возбужденных биомолекул, образуют вторичный поток излучения, распространяющийся (рассеивающийся) во все стороны сферы и возбуждающий другие молекулы биоткани и Т.д. Поскольку разнообразие биомолекул в организме велико, вторичное излучение является широкополосным, некогерентным и неполяризованным. Степень ослабления вторичного излучения значительно меньше, чем первичного лазерного, и составляет менее 10 раз на каждый 1 см глубины биоткани (на глубине 3 см всего примерно в 100...1000 раз). Поэтому именно вторичное излучение и обеспечивает большую глубину проникновения в биоткани.

Другими факторами, увеличивающими глубину эффективного воздействия, являются перенос возбужденных молекул кровью и лимфой по всему организму, а также глубокое проникновение возбуждения по каналам, соединяющим биологически активные точки и зоны кожи с внутренними связанными с ними органами. Можно полагать, что на глубинах, превышающих 3 см, основное биологическое воздействие оказывает не первичное (в частности - лазерное) излучение, а именно вторичное рассеянное широкополосное некогерентное и неполяризованное излучение, аналогичное широкополосным излучениям ИК - и красного диапазонов излучателя аппарата квантовой терапии.

Плотность потока полезной мощности и энергии на определенной глубине проникновения зависит от расстояния, пройденного излучением от излучателя до поверхности биоткани и от глубины расположения этого слоя биоткани. В воздухе энергия (плотность потока мощности расходящегося оптического луча) падает обратно пропорционально квадрату расстояния от излучателя до поверхности биоткани (кожи, слизистой). В биоткани уменьшение плотности потока мощности происходит значительно более резко (см. выше) и существенно зависит от вида биоткани. В случае воздействия на биоткань через повязку каждый слой бинта дополнительно уменьшает плотность потока мощности в 1,5-2 раза.

Наиболее важными нормативными документами при работе с медицинскими лазерами являются "Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров" N25804-91, а также ГОСТ Р50723-94 "Лазерная безопасность", в которых приведены термины, определения, условные обозначения и формулы для расчета некоторых величин лазерного воздействия на биоткани.
Для практического пользователя имеют значение следующие величины и формулы:

Римп - мощность импульсного излучения, Вт.
Е - облученность или плотность потока мощности (ППМ), Вт/см2. Облученность - это отношение мощности излучения к площади поверхности, перпендикулярной к направлению излучения, освещаемую лучом.
Н -энергетическая экспозиция или плотность потока энергии (ППЭ), Дж/см2. Энергетическая экспозиция - это произведение облученности на длительность сеанса терапии. Значения Е и Н прямо пропорциональны частоте повторения импульсов f, устанавливаемой на аппарате.

Величина Е определяет облученность за 1 секунду.

На основании вышеизложенного приведем таблицу расчета энергетической экспозиции лазерного излучения (Табл. 1).

Расчет плотности потока мощности (Е) и плотности энергии - дозы (Н) для аппарата квантовой терапии с импульсной мощностью 4 Вт.

Частота, Гц	Е, мкВт/см²	Н, мДж/см²	Н, мДж/см²	Н, мДж/см²	Н, мДж/см²
		за t = 1 мин	за t =2 мин	за t =5 мин	за t =10 мин
5	0,5	0,03	0,06	0,15	0,3
50	5	0,3	0,6	1,5	3
1000	100	6	12	30	60
-1...250	12	0,7	1,5	3,6	7

Примечания: данные в табл.1 приведены без учета потерь энергии на отражение, прело мление и сквозное прохождение и справедливы для контактной методики.

В таблице учтено только импульсное инфракрасное лазерное излучение. Другие виды лечебных воздействий биологически менее эффективны и здесь не учитываются. Их применение приводит к усилению биоэффекта, способствует большему проникновению излучения в биоткани, определять Н в виде арифметической суммы энергии всех видов излучений, составляющих квантовую терапию, неверно. Аппарат квантовой терапии позволяет при необходимости регулировать среднюю мощность широкополосного пульсирующего инфракрасного и лазерного излучений от нуля до максимума. При дистанционном сканирующем воздействии следует учитывать снижение плотности потока мощности обратно пропорциональное квадрату расстояния от излучателя до кожного покрова.

Изменение Н (энергетической экспозиции лазерного излучения) в широких пределах - от 0,01 Дж/см2 до 1 Дж/см2 не влияет на оптические свойства биоткани, то есть глубина проникновения не зависит от плотности потока мощности или энергии. Для биофизической оценки реакций, происходящих в биоткани и во всем организме в целом, а также для качественной оценки влияния силы стимулирования (дозировки) лазерного излучения на вид биоэффектов полезен закон Арндта-Шульца.

Он гласит, что в биологических системах слабые стимулы дают сильные реакции, средние - умеренные реакции, умеренно сильные слегка тормозят систему, а очень сильные полностью блокируют ее. На приведенном рисунке дано графическое изображение закона Арндта-Шульца в представлении доктора Т. Охширо (Рис. 5).

Рис. 5. Схематическая интерпретация закона Арндта-Шульца, взаимодействие лазерного луча и биоткани

На графике условно представлено состояние малого объёма клеток биоткани (1), части органа или целого органа (2), и всего организма в целом (3), отмечающееся при воздействии на них лазерного излучения и проходящее несколько последовательных стадий. Слева идет зона нечувствительности (уровни излучения много меньше уровня внешнего фона), когда ни субъективными, ни объективными методами не удается уловить первичную реакцию биообъекта. В дальнейшем при увеличении дозы (Н) начинает отмечаться повышение температуры тканей, что до уровня в 400С рассматривается как зона биостимуляции.

Если допустить нагрев ткани более 400С, начинается денатурация белка и изменение липидов, которые на первых порах могут быть обратимыми и играть положительную роль в развитии конечных адаптационных процессов. При температуре свыше 550С наблюдается необратимая дегенерация, а свыше 630С - коагуляция белка. Эти явления могут наблюдаться при высокоэнергетическом воздействии, применяемом в отдельных видах медицинской практики (онкология и другие) и не имеют никакого отношения к аппарату квантовой терапии. В физиотерапевтической практике квантовой терапии используется только тот участок кривой от конца зоны нечувствительности Арндта-Шульца, который соответствует состоянию биостимуляции, а также самый начальный участок зоны обратимой стимулирующей биодепрессии, на котором не может быть необратимых изменений.

Как пишет Т. Охширо, именно технические параметры определяют реакцию системы "лазер-биоткань". Для каждого вида лазеров кривые Арндта-Шульца будут отличаться от других. Однако не представляется возможным определить конкретные кривые для каждого типа лазера, поэтому рассматриваемый график носит лишь качественный, но не количественный характер.

Длительность проведения процедуры квантовой терапии может быть определена с учетом "терапевтического коридора". Это тот диапазон значений, в котором меньший уровень воздействия может дать слабо выраженный эффект биостимуляции или слишком медленный рост эффекта. В то же время больший уровень нежелателен, поскольку приводит к необратимой биодепрессии.

Для аппарата кривая Арндта-Шульца будет иметь несколько иной вид. При сохранении зоны нечувствительности следует отметить тот факт, что первичная сиюминутная реакция от ИК-излучения малой дозировки (менее 0,02 Дж/см2) может быть вначале совсем незаметна, тем не менее, проявления срочной адаптации часто наблюдаются уже при значениях Н от 0,03 до 0,1 Дж/см2 за процедуру. Подавляющее число исследователей определяет диапазон стимулирования от 0,2 Дж/см2 за сеанс (В.И. Козлов,В.А. Буйлин и др.) до 9 Дж/см2 (В.И. Елисеенко). Следует подчеркнуть, что столь большая широта "терапевтического коридора" характерна именно для квантовой терапии, для монолазерного излучения коридор более узкий.

Как указано выше, энергия фотона ИК-диапазона спектра мала для реализации гипертемпературных, денатурирующих, деструктивных, дегенеративных процессов. Однако, верхние цифры для терапевтического коридора вполне актуальны и для квантовой терапии, так как процессы быстрой стимуляции не бесконечны, поскольку ограничены запасом компенсаторных возможностей организма. Без сомнения, для реализации развития прогнозированной срочной и долговременной адаптационной перестройки более рационально циклично-регулярное, курсовое повторение низкоэнергетических процедур, чем удлинение времени их проведения или повышение плотности потока мощности излучения.

Остановимся еще на одном эффекте, характерном для квантовой терапии - эффекте усиления биологического воздействия на организм импульсного лазерного излучения по сравнению с непрерывным излучением при той же длине волны и средней мощности.

Большое число периодических изданий и монографий по лазеротерапии приводит цифры энергетической экспозиции ("терапевтического коридора") лазерного излучения Н в Дж/см2 для непрерывных лазеров. Многочисленные исследования ряда ученых убедительно доказали, что для лазеров одной длины волны биологический эффект проявляется при средней мощности импульсного излучения, значительно меньшей по сравнению с мощностью непрерывного излучения, Т.е. его биологическая эффективность выше.

Есть мнение, что это происходит из-за совпадения частот модуляции с биоритмами процессов в органах и тканях. М.Т. Александров с соавторами (1987г.) показали на примере лечения патологии челюстно-лицевоЙ области, что импульсное лазерное ИК-излучение дает такой же терапевтический эффект, как непрерывное, но при мощности примерно в Кэф = 10 раз меньшей (где Кэф - коэффициент эффективности). Это же явление отмечается целым рядом авторов, приводящих в своих трудах цифры усиления терапевтического эффекта при импульсном излучении. Эти цифры лежат в диапазоне от 7 до 10 раз. В.И. Корепанов (1995 г.) предложил для аппарата принять Кэф = 8.

Следовательно, при расчете дозировки для получения одинакового эффекта при работе с аппаратом примерно в 8 раз следует уменьшить указанные в литературе дозировки, рекомендованные для непрерывного лазера, или, сосчитав для аппарата квантовой терапии по табл. 1 энергетическую экспозицию лазерного излучения (дозу Н в Дж/см2) за одну процедуру, следует умножить полученную цифру на 8 с тем, чтобы сравнить эту эмпирическую величину с рекомендуемыми значениями "терапевтического коридора", если он приведен для непрерывного характера излучения.

Физические основы квантовой терапии

Физико-биологические механизмы взаимодействия биологических тканей и низкоинтенсивного квантового излучения не могут считаться в достаточной степени изученными, несмотря на многочисленные научно-практические исследования. Основным эффектом инфракрасного излучения является слабое тепловое воздействие при большой глубине проникновения. Терапевтический эффект связан с активацией процесса микроциркуляции в биоткани, активизацией молекул, потенцированием физических и биохимических процессов . Пульсирующее широкополосное красное излучение видимого глазом диапазона имеет чуть большую энергию квантов по сравнению с инфракрасной частью спектра (менее 2 эВ), так же недостаточную для возникновения деструктивных процессов в тканях, но активизирующую многие процессы в биологически активных зонах. Таковыми являются зоны с большим количеством рыхлой соединительной ткани, например, в области крупных суставов, паравертебральные участки зон Захарьина-Геда и некоторые другие. Кроме того, кожная кровеносная и лимфатическая сети являются иммунокомпетентными структурами. Как указывалось выше, постоянное магнитное поле оказывает заметное потенцирующее влияние на все составляющие полифакторной квантовой терапии. Известно, что в организме постоянно идут процессы электролитической диссоциации молекул и параллельно с ними идут процессы их рекомбинации (восстановления). Энергия, выделяющаяся при диссоциации, практически полностью используется для восстановления молекул. При этом все системы стремятся к тепловому равновесию. Фотоэлектрический эффект, при котором наведенная ЭДС достигает величин, способствующих диссоциации, усиливается постоянным магнитным полем, позволяющим на определенное время удержать молекулы в диссоциированном состоянии. При этом генерируется энергия, совершающая, с одной стороны, безизлучательные переходы в межклеточных пространствах, а с другой стороны - способствующая созданию темпepaтypнoгo градиента в структурах биообъекта. Кроме того, под влиянием магнитного поля увеличивается диэлектрическая проницаемость биополимеров, что способствует увеличению проникновения инфракрасного излучения вглубь ткани, а также усиливаются турбулентные процессы в циркулирующих жидкостях. За счет взаимоотталкивания одноименных зарядов ионизированная жидкость более плотно прижимается к стенкам русла, в результате чего усиливаются обменные процессы. Таким образом, физической основой эффекта биостимуляции в живом организме на клеточном, тканевом, органном уровне и на уровне биообъекта в целом, является воздействие квантового излучения на атомы и молекулы. В результате поглощения квантов света возникают электронно-возбужденные состояния атомов и молекул веществ с последующей миграцией электронного возбуждения, что приводит к первичному фото физическому эффекту и запуску вторичных фотохимических реакций. Чтобы лучше понять процессы, происходящие на атомно-молекулярном уровне и запускающие дальнейшую цепь биологических преобразований, следует прежде всего остановиться на технических характеристиках данного аппарата квантовой терапии и объяснить, что они из себя представляют и что они определяют в процессе квантовой терапии. Длина волны инфракрасного лазерного излучения арсенид-галлиевого диода составляет 890 нм. По данным ряда отечественных и зарубежных авторов: Л.В.Черкасов (1986 г.), В.И.Матвеев (1988 г.), Л.Р.Евстигнеев (1987 г.), В.С.Синяков (1983 г.), Joon с соавт. (1987 г.), Muller (1990 г.), Т. Ohshiro (1988г.) и других глубина проникновения низкоинтенсивного лазерного излучения в биообъект зависит, главным образом, от длины волны. Для иллюстрации приведем здесь график зависимости глубины проникновения света в биоткань (т.е. прозрачности биоткани) от длины волны излучения, взятый из монографии Т. Ohshiro (1988 г.), (Рис.1). <img src="http://www.med-apparatus.ru/images/gtukil.ipg.gif"> РИС.1. Глубина относительного проникновения в биоткани в зависимости от длины световой волны Из графика видно, что для ближнего инфракрасного диапазона спектра биологические ткани обладают наибольшей оптической прозрачностью. Таким образом, именно длина волны лазерного излучения определяет, в первую очередь, глубину проникновения энергии в биоткань. В тоже время энергия фотонов инфракрасной области колеблется в пределах от 1 до 1,5 эВ. Для сравнения, энергия межатомных связей биополимеров лежит в пределах 2,06...12,6 эВ. Например, минимальная энергия связи (C=N) составляет 2,06 эВ, а энергия связей С-С и С=С и др. выше. Следовательно, энергии фотонов инфракрасного излучения недостаточно, чтобы повредить сильные межмолекулярные связи биополимеров. В то же время, этой энергии достаточно для стимуляции колебательных процессов в молекулах вещества и активации электронного возбуждения атомов. При этом световая энергия почти полностью затрачивается на фотофизические реакции, то есть превращается в тепловую. Это вызывает тепловое расширение цитоплазмы и мембранных каналов, катализацию биологических процессов, изменение вязкоэластических свойств плазмолеммы и внутриклеточных мембран. При этом температурный градиент, вызываемый излучением аппарата, достаточно мал (менее 1 градуса) и значительно меньше значений, способных вызвать необратимые изменения клеточных структур (рис.2). <img src="http://www.med-apparatus.ru/images/hihohi.ipg.gif"> Рис. 2 Приблизительные тепловые пределы биологических реакций Диапазон волн широкополосного пульсирующего инфракрасного излучения аппарата квантовой терапии составляет 860-960 нм. Энергия квантов здесь выше, чем у ИК-излучения, и достигает 1,6 эВ. Однако не когерентный неполяризованный широкополосный характер такого излучения также обеспечивает полную безопасность воздействия на биоткани. Это излучение вместе с другими составляющими квантовую терапию лечебными факторами обеспечивает более глубокое проникновение лазерного излучения в биоткани. Широкополосное пульсирующее красное излучение с длинами волн 640-740 нм имеет максимальную энергию фотона около 2 эВ. Эта энергия Диапазон волн широкополосного пульсирующего инфракрасного излучения аппарата квантовой терапии составляет 860-960 нм. Энергия квантов здесь выше, чем у ИК-излучения, и достигает 1,6 эВ. Однако не когерентный неполяризованный широкополосный характер такого излучения также обеспечивает полную безопасность воздействия на биоткани. Это излучение вместе с другими составляющими квантовую терапию лечебными факторами обеспечивает более глубокое проникновение лазерного излучения в биоткани. Широкополосное пульсирующее красное излучение с длинами волн 640-740 нм имеет максимальную энергию фотона около 2 эВ. Эта энергия близка к энергии связи атомов углерода и азота (C=N). При поглощении тканями света этого диапазона возможна диссоциация отдельных молекул поверхностного слоя, однако, деструктивные явления не происходят. Кроме того, пульсирующий красный свет, визуализируя работу излучателя, является мощным психотерапевтическим фактором для пациента. Следует отметить, что общетонизирующее действие видимого красного света давно уже стало научным фактором (Рис.3). <img src="http://www.med-apparatus.ru/images/KIKIKO.ipg.gif"> Рис.3. Энергия фотонов и энергия химических связей биосубстрата (по В.И.Козлову, В.А.Буйлину С соавт., 1993). Индукция постоянного магнитного поля аппарата квантовой терапии равна 35±10 мТл (миллитесла). Такой индукции достаточно для переориентировки молекул-диполей в жидких средах, а также части ионизированных. Теоретически обоснованно и практически доказано усилие эффекта биостимуляции при сочетанном действии составляющих квантовой терапии при указанных выше физических характеристиках излучений аппарата. Мощность импульса лазерного излучения аппарата составляет не менне 4 Вт. При непрерывном характере излучения такой мощности речь шла бы о высокоэнергетическом воздействии. Но аппарат работает в импульсном режиме. При этом длительность каждого отдельного импульса составляет (90...130)х10-9 сек (90...130 наносекунд). За это время, соизмеримое с инерционностью молекул, в молекулы биоткани попадает достаточное количество энергии для достижения возбуждения и запуска физико-химических реакций. После окончания импульса происходит относительно медленный спад активности реакций на атомно-молекулярном уровне. Как известно, при внешних воздействиях все биосистемы стремятся восстановить свое нарушенное равновесие. Если же в биоткани есть отклонения от нормы, вызванные каким-либо патологическим процессом, то восстановление такого патологического равновесия является вредным и биоактивацию надо сохранять. Поэтому для того, чтобы закрепить биоактивацию, реализовать биологические позитивные сдвиги и раскачать вредные адаптационный механизмы при самых различных видах патологии, аппарат может генерировать разные частоты повторения импульсов, а именно: 5 Гц, 50 Гц, 1000 Гц, либо же переменную частоту в диапазоне 1...250 Гц. Количество энергии, доставленное с выбранной частотой в биоткани за время процедуры, достаточно для поддержания во времени атомарно-молекулярных превращений, возникновения усиливающего резонансного эффекта и запуска механизмов срочной адаптации на прогнозируемом уровне. Для инфракрасной и красной частей спектра сохраняются все законы оптики (Рис. 4). <img src="http://www.med-apparatus.ru/images/rirorori.ipg.gif"> Рис. 4. Прохождение инфракрасного излучения через биоткань При квантовой терапии существуют 5 видов взаимодействия излучений с биотканью: <ol> <li>отражение </li> <li>преломление </li> <li>сквозное прохождение </li> <li>поглощение </li> <li>рассеивание</li> </ol> Отражение. Коэффициент отражение от кожи (отношение отраженной мощности к падающей) лежит в пределах 10...55% и зависит от спектра излучения, а также от степени пигментации и морщинистости кожи, наличия жира и влаги, которые, в свою очередь, зависят от пола, возраста и цвета кожи (расы). В инфракрасном диапазоне кожа может отражать до 40% излучения, имеются некоторые различия, связанные с полом и возрастом больного, пигментацией его кожных покровов и др. Уменьшить отражение и тем самым повысить эффективность воздействия можно путем очистки зоны воздействия от жира и пота путем протирки спиртом или эфиром, смазывания раствором йода или бриллиантовой зелени. Ещё одним методом является непосредственный контакт излучателя с кожным покровом и легким прижатием к телу, вызывающим местный отток крови и тем самымувеличение прозрачности ткани. Преломление и сквозное прохождение. Очень незначительная часть падающей энергии (менее 1%) теряется за счёт преломления с выходом обратно из биоткани и сквозного прохождения сквозь биоткань и потому также не участвует в биостимуляции. Ввиду незначительности эти потери энергии можно не учитывать. Поглощение. Поглощение энергии определяется взаимодействием фотонов приходящего от излучателя аппарата первичного монохроматического, когерентного и поляризованного лазерного излучения с электронами биомолекул. При попадании фотона на электрон энергия фотона поглощается электроном, который увеличивает свою энергию путём перескока на более высокую орбиту. Затем электрон через промежуточные орбиты возвращается на исходную орбиту с излучением фотонов с различными энергиями (длинами волн излучения), равными разностям энергий электрона на промежуточных орбитах. Поглощение первичного лазерного излучения в биоткани весьма велико и величина ослабления плотности потока мощности даже в наиболее прозрачном ИК-диапазоне составляет несколько десятков (до 100) раз на каждый 1 см глубины проникновения. При этом ослабление на глубине всего 3 см доходит до 106 раз! Интенсивность поглощения энергии существенно зависит также и от структуры биоткани. Экспериментальными работами ряда отечественных и зарубежных ученых показано, что для инфракрасного излучения в диапазоне 800...1200 нм кожа поглощает 25-30%, мышцы и кости 30-80%, паренхиматозные органы до 100% излучения. Рассеяние. Фотоны, излучаемые электронами возбужденных биомолекул, образуют вторичный поток излучения, распространяющийся (рассеивающийся) во все стороны сферы и возбуждающий другие молекулы биоткани и Т.д. Поскольку разнообразие биомолекул в организме велико, вторичное излучение является широкополосным, некогерентным и неполяризованным. Степень ослабления вторичного излучения значительно меньше, чем первичного лазерного, и составляет менее 10 раз на каждый 1 см глубины биоткани (на глубине 3 см всего примерно в 100...1000 раз). Поэтому именно вторичное излучение и обеспечивает большую глубину проникновения в биоткани. Другими факторами, увеличивающими глубину эффективного воздействия, являются перенос возбужденных молекул кровью и лимфой по всему организму, а также глубокое проникновение возбуждения по каналам, соединяющим биологически активные точки и зоны кожи с внутренними связанными с ними органами. Можно полагать, что на глубинах, превышающих 3 см, основное биологическое воздействие оказывает не первичное (в частности - лазерное) излучение, а именно вторичное рассеянное широкополосное некогерентное и неполяризованное излучение, аналогичное широкополосным излучениям ИК - и красного диапазонов излучателя аппарата квантовой терапии. Плотность потока полезной мощности и энергии на определенной глубине проникновения зависит от расстояния, пройденного излучением от излучателя до поверхности биоткани и от глубины расположения этого слоя биоткани. В воздухе энергия (плотность потока мощности расходящегося оптического луча) падает обратно пропорционально квадрату расстояния от излучателя до поверхности биоткани (кожи, слизистой). В биоткани уменьшение плотности потока мощности происходит значительно более резко (см. выше) и существенно зависит от вида биоткани. В случае воздействия на биоткань через повязку каждый слой бинта дополнительно уменьшает плотность потока мощности в 1,5-2 раза. Наиболее важными нормативными документами при работе с медицинскими лазерами являются "Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров" N25804-91, а также ГОСТ Р50723-94 "Лазерная безопасность", в которых приведены термины, определения, условные обозначения и формулы для расчета некоторых величин лазерного воздействия на биоткани. Для практического пользователя имеют значение следующие величины и формулы: <ul> <li>Римп - мощность импульсного излучения, Вт. Е - облученность или плотность потока мощности (ППМ), Вт/см2. Облученность - это отношение мощности излучения к площади поверхности, перпендикулярной к направлению излучения, освещаемую лучом. </li> <li>Н -энергетическая экспозиция или плотность потока энергии (ППЭ), Дж/см2. Энергетическая экспозиция - это произведение облученности на длительность сеанса терапии. Значения Е и Н прямо пропорциональны частоте повторения импульсов f, устанавливаемой на аппарате. </li> </ul> Величина Е определяет облученность за 1 секунду. На основании вышеизложенного приведем таблицу расчета энергетической экспозиции лазерного излучения (Табл. 1). Расчет плотности потока мощности (Е) и плотности энергии - дозы (Н) для аппарата квантовой терапии с импульсной мощностью 4 Вт. <table class="MsoNormalTable" cellspacing="0" cellpadding="0" border="1"> <tbody> <tr> <td width="94" valign="top"> Частота, Гц </td> <td width="100" valign="top"> Е, мкВт/см2 </td> <td width="99" valign="top"> Н, мДж/см2 </td> <td width="102" valign="top"> Н, мДж/см2 </td> <td width="102" valign="top"> Н, мДж/см2 </td> <td width="94" valign="top"> Н, мДж/см2 </td> </tr> <tr> <td width="94" valign="top"> </td> <td width="100" valign="top"> </td> <td width="99" valign="top"> за t = 1 мин </td> <td width="102" valign="top"> за t =2 мин </td> <td width="102" valign="top"> за t =5 мин </td> <td width="94" valign="top"> за t =10 мин </td> </tr> <tr> <td width="94" valign="top"> 5 </td> <td width="100" valign="top"> 0,5 </td> <td width="99" valign="top"> 0,03 </td> <td width="102" valign="top"> 0,06 </td> <td width="102" valign="top"> 0,15 </td> <td width="94" valign="top"> 0,3 </td> </tr> <tr> <td width="94" valign="top"> 50 </td> <td width="100" valign="top"> 5 </td> <td width="99" valign="top"> 0,3 </td> <td width="102" valign="top"> 0,6 </td> <td width="102" valign="top"> 1,5 </td> <td width="94" valign="top"> 3 </td> </tr> <tr> <td width="94" valign="top"> 1000 </td> <td width="100" valign="top"> 100 </td> <td width="99" valign="top"> 6 </td> <td width="102" valign="top"> 12 </td> <td width="102" valign="top"> 30 </td> <td width="94" valign="top"> 60 </td> </tr> <tr> <td width="94" valign="top"> -1...250 </td> <td width="100" valign="top"> 12 </td> <td width="99" valign="top"> 0,7 </td> <td width="102" valign="top"> 1,5 </td> <td width="102" valign="top"> 3,6 </td> <td width="94" valign="top"> 7 </td> </tr> </tbody> </table> Примечания: данные в табл.1 приведены без учета потерь энергии на отражение, прело мление и сквозное прохождение и справедливы для контактной методики. В таблице учтено только импульсное инфракрасное лазерное излучение. Другие виды лечебных воздействий биологически менее эффективны и здесь не учитываются. Их применение приводит к усилению биоэффекта, способствует большему проникновению излучения в биоткани, определять Н в виде арифметической суммы энергии всех видов излучений, составляющих квантовую терапию, неверно. Аппарат квантовой терапии позволяет при необходимости регулировать среднюю мощность широкополосного пульсирующего инфракрасного и лазерного излучений от нуля до максимума. При дистанционном сканирующем воздействии следует учитывать снижение плотности потока мощности обратно пропорциональное квадрату расстояния от излучателя до кожного покрова. Изменение Н (энергетической экспозиции лазерного излучения) в широких пределах - от 0,01 Дж/см2 до 1 Дж/см2 не влияет на оптические свойства биоткани, то есть глубина проникновения не зависит от плотности потока мощности или энергии. Для биофизической оценки реакций, происходящих в биоткани и во всем организме в целом, а также для качественной оценки влияния силы стимулирования (дозировки) лазерного излучения на вид биоэффектов полезен закон Арндта-Шульца. Он гласит, что в биологических системах слабые стимулы дают сильные реакции, средние - умеренные реакции, умеренно сильные слегка тормозят систему, а очень сильные полностью блокируют ее. На приведенном рисунке дано графическое изображение закона Арндта-Шульца в представлении доктора Т. Охширо (Рис. 5). <img src="http://www.med-apparatus.ru/images/ninino.ipg.gif"> Рис. 5. Схематическая интерпретация закона Арндта-Шульца, взаимодействие лазерного луча и биоткани На графике условно представлено состояние малого объёма клеток биоткани (1), части органа или целого органа (2), и всего организма в целом (3), отмечающееся при воздействии на них лазерного излучения и проходящее несколько последовательных стадий. Слева идет зона нечувствительности (уровни излучения много меньше уровня внешнего фона), когда ни субъективными, ни объективными методами не удается уловить первичную реакцию биообъекта. В дальнейшем при увеличении дозы (Н) начинает отмечаться повышение температуры тканей, что до уровня в 400С рассматривается как зона биостимуляции. Если допустить нагрев ткани более 400С, начинается денатурация белка и изменение липидов, которые на первых порах могут быть обратимыми и играть положительную роль в развитии конечных адаптационных процессов. При температуре свыше 550С наблюдается необратимая дегенерация, а свыше 630С - коагуляция белка. Эти явления могут наблюдаться при высокоэнергетическом воздействии, применяемом в отдельных видах медицинской практики (онкология и другие) и не имеют никакого отношения к аппарату квантовой терапии. В физиотерапевтической практике квантовой терапии используется только тот участок кривой от конца зоны нечувствительности Арндта-Шульца, который соответствует состоянию биостимуляции, а также самый начальный участок зоны обратимой стимулирующей биодепрессии, на котором не может быть необратимых изменений. Как пишет Т. Охширо, именно технические параметры определяют реакцию системы "лазер-биоткань". Для каждого вида лазеров кривые Арндта-Шульца будут отличаться от других. Однако не представляется возможным определить конкретные кривые для каждого типа лазера, поэтому рассматриваемый график носит лишь качественный, но не количественный характер. Длительность проведения процедуры квантовой терапии может быть определена с учетом "терапевтического коридора". Это тот диапазон значений, в котором меньший уровень воздействия может дать слабо выраженный эффект биостимуляции или слишком медленный рост эффекта. В то же время больший уровень нежелателен, поскольку приводит к необратимой биодепрессии. Для аппарата кривая Арндта-Шульца будет иметь несколько иной вид. При сохранении зоны нечувствительности следует отметить тот факт, что первичная сиюминутная реакция от ИК-излучения малой дозировки (менее 0,02 Дж/см2) может быть вначале совсем незаметна, тем не менее, проявления срочной адаптации часто наблюдаются уже при значениях Н от 0,03 до 0,1 Дж/см2 за процедуру. Подавляющее число исследователей определяет диапазон стимулирования от 0,2 Дж/см2 за сеанс (В.И. Козлов,В.А. Буйлин и др.) до 9 Дж/см2 (В.И. Елисеенко). Следует подчеркнуть, что столь большая широта "терапевтического коридора" характерна именно для квантовой терапии, для монолазерного излучения коридор более узкий. Как указано выше, энергия фотона ИК-диапазона спектра мала для реализации гипертемпературных, денатурирующих, деструктивных, дегенеративных процессов. Однако, верхние цифры для терапевтического коридора вполне актуальны и для квантовой терапии, так как процессы быстрой стимуляции не бесконечны, поскольку ограничены запасом компенсаторных возможностей организма. Без сомнения, для реализации развития прогнозированной срочной и долговременной адаптационной перестройки более рационально циклично-регулярное, курсовое повторение низкоэнергетических процедур, чем удлинение времени их проведения или повышение плотности потока мощности излучения. Остановимся еще на одном эффекте, характерном для квантовой терапии - эффекте усиления биологического воздействия на организм импульсного лазерного излучения по сравнению с непрерывным излучением при той же длине волны и средней мощности. Большое число периодических изданий и монографий по <a href="https://lazero.ru/">лазеротерапии</a> приводит цифры энергетической экспозиции ("терапевтического коридора") лазерного излучения Н в Дж/см2 для непрерывных лазеров. Многочисленные исследования ряда ученых убедительно доказали, что для лазеров одной длины волны биологический эффект проявляется при средней мощности импульсного излучения, значительно меньшей по сравнению с мощностью непрерывного излучения, Т.е. его биологическая эффективность выше. Есть мнение, что это происходит из-за совпадения частот модуляции с биоритмами процессов в органах и тканях. М.Т. Александров с соавторами (1987г.) показали на примере лечения патологии челюстно-лицевоЙ области, что импульсное лазерное ИК-излучение дает такой же терапевтический эффект, как непрерывное, но при мощности примерно в Кэф = 10 раз меньшей (где Кэф - коэффициент эффективности). Это же явление отмечается целым рядом авторов, приводящих в своих трудах цифры усиления терапевтического эффекта при импульсном излучении. Эти цифры лежат в диапазоне от 7 до 10 раз. В.И. Корепанов (1995 г.) предложил для аппарата принять Кэф = 8. Следовательно, при расчете дозировки для получения одинакового эффекта при работе с аппаратом примерно в 8 раз следует уменьшить указанные в литературе дозировки, рекомендованные для непрерывного лазера, или, сосчитав для аппарата квантовой терапии по табл. 1 энергетическую экспозицию лазерного излучения (дозу Н в Дж/см2) за одну процедуру, следует умножить полученную цифру на 8 с тем, чтобы сравнить эту эмпирическую величину с рекомендуемыми значениями "терапевтического коридора", если он приведен для непрерывного характера излучения.

01/07/2021 10:09:54 am

Мед-Аппарат

Мед-Аппарат медицинские аппараты и физиотерапия. Доска объявлений медтехники.

Россия

www.med-apparatus.ru

Мед-Аппарат медицинские аппараты и физиотерапия. Доска объявлений медтехники.

Возврат к списку

Материалы по теме:

МедСтатьи