В материале «Облученные лазером» ФИАН-информ рассказывал об исследованиях по применению лазеров ультрафиолетового диапазона в медицине, проводимых в ИОФ РАН. Подобные исследования проводятся и в ФИАНе, но в ином, красном и инфракрасном световом диапазоне. Здесь сначала выяснили природу фоторецептора, который запускает лечебный эффект при лазерном облучении крови красным светом внутривенно. Фоторецепторами неожиданно оказались молекулы растворенного в крови кислорода. Теоретически кислородная фоторецепция возможна и в ультрафиолете. О перспективах применения светолечения рассказал ведущий научный сотрудник ФИАН Станислав Дмитриевич Захаров.
Мы знаем, что без кислорода на нашей планете не было бы жизни. Теперь нам открылась новая грань этой необычной молекулы: присутствуя в кровеносной системе или просто в воде, она способна поглотить проникающие туда фотоны (правда, определенной частоты) и на краткое мгновение превращаться в иную, активную форму. За это время окисление биомолекул обычно не успевает произойти, молекула вынуждена вернуться в исходное состояние, передав избыточную энергию водному окружению в форме теплоты. В реальной процедуре лазерной терапии тепловой эффект ничтожен, тем не менее налицо удивительный факт: у лиц, страдающих ишемической болезнью сердца, после двухнедельного курса резко улучшаются все значимые показатели. Однако врач должен быть осторожен: стимуляция превращается в свою противоположность – у пациента обостряются скрытые болячки,- если только превысить оптимальную световую дозу. Тем не менее, повреждающий потенциал светокислородной терапии также можно использовать во благо, а именно, в онкологии - для бескровного разрушения опухолей. В этом случае вместо милливатной световой мощности от лазера требуется уже несколько ватт.
Водная компонента крови превышает половину ее объема, из-за чего механизмы светостимуляции тесно связаны со свойствами воды. На разгадку ее тайн в очень малых, наноразмерных масштабах направлены сейчас усилия многих лабораторий мира, причем в качестве технического инструментария привлекаются современные ускорители. Это сложная проблема, полагаю, сложнее бозона. Когда же в воде растворен кислород, то возникают новые вопросы, и здесь не обойтись без помощи химии и биологии. В то же время кислород в состоянии газа изучен хорошо; в ультрафиолете эта молекула способна поглощать фотоны сильнее, чем в красном. Но автоматически переносить светокислородный механизм на этот диапазон некорректно: здесь у кислорода найдется немало конкурентных классических фоторецепторов. И все же, на мой взгляд, кислородную гипотезу для УФ медицины следовало бы проверить в первую очередь.
Нельзя не сказать о предшественниках. Светолечение практиковалось в глубокой древности шумерами, но как научное направление оно берет начало от работ датского врача Нильса Финзена, отмеченных Нобелевской премией в 1903 г. Финзен применял дуговую лампу и светофильтр, пропускавший красный свет, для лечения оспы. Также примечательно, что для лечения туберкулеза он использовал ультрафиолет.
Затем в истории светотерапии было длительное затишье, вплоть до открытия лазеров. Врачи-исследователи попробовали применить первый, гелий-неоновый лазер; он также излучал в красном диапазоне. Они разработали метод внутривенного облучения, используя для ввода света в кровь стеклянные световоды; особенно известны работы сибиряков Е.Н. Мешалкина и В.С. Сергиевского, физика из Минска В.А. Мостовникова а также группы московских врачей под руководством И.М. Корочкина, которым помогали ученые из Института радиоэлектроники. Достижения москвичей в лечении болезней сердца в конце 80-х гг. были отмечены Государственной премией СССР.
Параллельно и совершенно независимо в Ленинграде (Петербурге) разрабатывался другой способ – облучение крови ультрафиолетом (УФ), для чего использовались ртутные лампы. Так как УФ поглощается кожей и почти не доходит до кровеносных сосудов, был разработан метод «временного переливания крови»: сначала в кварцевый сосуд (т.к. кварц прозрачен для УФ лучей), где кровь облучалась, а затем переливалась обратно. Обширный обзор метода можно найти в книге С.А. Снопова «Экстракорпоральная гемотерапия». Большой вклад в разработку метода внесла фотобиолог Кира Александровна Самойлова с сотудниками, поддержанная другим знаменитым лазерщиком, Нобелевским лауреатом Жоресом Ивановичем Алферовым.
В начале 90-х гг., в результате исследований, выполненных в ФИАНе при поддержке Нобелевского лауреата Николая Геннадиевича Басова, одного из первооткрывателей лазера, стало ясно, что в основе лазерной терапии лежит светокислородный эффект (СКЭ), который учёные определили как повреждение, а при небольших дозах - активирование живых клеток в результате фотогенерации нестабильного (синглетного) кислорода из обычного О2, растворённого во внеклеточной водной среде.
В ходе исследований на эритроцитах человека удалось обнаружить, что наиболее эффективным с точки зрения возбуждения светокислородного эффекта являются на удивление малые световые дозы и излучение в инфракрасной кислородной полосе 1264 нм.
Сравнение спектров действия (зависимость относительной эффективности СКЭ от длины волны)
на клетки со спектром поглощения кислорода O2
Вот как Станислав Дмитриевич объясняет возможный механизм светокислородной терапии:
«И в артериальной, и венозной крови человека много растворенного кислорода, и хотя он слабо взаимодействует с фотонами по причинам, связанным с фундаментальными принципами квантовой механики, в водной среде такой запрет заметно ослаблен. Поглотив фотон, молекула О2, перестраивает свою электронную оболочку за очень короткое время (фемтосекунды); новое состояние отличается от исходного, обладающего магнитным полем, отсутствием электронного магнетизма. Свербыстрое исчезновение магнитного поля сопровождается мощной «магнитной встряской» в соседней молекуле воды, обладающей ядерным магнетизмом за счет ядер водорода (таких молекул в воде большинство). Раз уж магнитная перестройка началась, она распространяется по всему водному объему как магнитный переключатель, пока не доберется до одной из водных (гидратных) оболочек клеток или биомолекул. Можно сказать, что в гидратной оболочке возникает магнитный дефект, и когда их наберется достаточно много, то гидратная оболочка перестраивается, вызывая структурные изменения в белковой молекуле (или клетке). Когда же количество таких активированных белков превысит критический уровень, в новое состояние лавинообразно переходит вся кровь. В конечном счете, это приводит к лечебному эффекту».
Перенос магнитного возбуждения в водных средах на большие расстояния и сопутствующие физико-химические эффекты – беспрецедентный и мало изученный процесс, бросающий вызов научному сообществу.
«Светокислородный эффект недавно наблюдался в чистой (дистиллированной) воде С.В. Гудковым и др. в Пущино, в академическом Институте экспериментальной и теоретической физики. Кратковременное и очень слабое (милливатты) инфракрасное облучение на длине волны 1264 нм приводило к продолжительной квазипериодической люминесценции воды, возникающей из-за рекомбинации радикалов, причем была отмечена связь с биоритмами. Подтверждается, что биологический отклик является следствием структурных изменений в воде. И хотя у физиков еще много дел, для медицинских и биотехнологических применений путь открыт. И теоретически и практически доказано, что светокислородная терапия эффективна и более безопасна, чем нынешние фармпрепараты, при условии следования проверенным и немудреным рекомендациям. Задержка только в одном: метод крайне дешевый, а потому сейчас отторгается чрезмерно коммерциализированным здравоохранением. Вместе с энтузиастами ультрафиолетовой терапии скорее бы удалось пробить эту стену», - говорит С.Д. Захаров.
К одной цели можно двигаться разными путями. Терапия с использованием красного света развивается уже больше века в Европе, Азии и Америке. Примерно столько же времени насчитывает и история медицинского ультрафиолета. Эти два направления развивались совершенно независимо. Теперь они пересеклись – на время или навсегда?...
Беседовала И.Герасимова, АНИ «ФИАН-информ»
