Физико-химические основы взаимодействия света и низкоинтенсивного лазерного излучения с биологическими тканями

Механизм взаимодействия света и лазерного излучения с биологическим объектом сложен и до конца не изучен. Суммируя результаты исследования различных авторов (Корочкин И.М. и соавт., 988, 1989, 1990, 1991, Кипшидзе Н.Н. и соавт., 1988, 1990, Олесин А.И. и соавт., 1990, 1991, 1994, Коновалов Е.П. и соавт., 1991, Илларионов В.Е., 1992, Бобров В.А. и соавт., 1993, Бабий Л.Н. и соавт.,1994, Катюхин Л.Н. и соавт., 1996), механизм воздействия света и низкоинтенсивного лазерного излучения представляется следующим образом. Взаимодействие светового и лазерного излучения с биологической тканью происходит по следующей закономерности: на первом этапе наблюдается поглощение энергии излучения биообъектом, причем все процессы подчиняются физическим законам (Ясногородсткий В.Н., 1987), с последующим развитием внешнего и внутреннего фотоэффекта; на втором - изменение физико-химических процессов и на третьем - развитие биологических реакций организма. При воздействии светового и лазерного излучения на биообъект часть энергии электромагнитных волн отражается. Наибольший коэффициент отражения наблюдается при воздействии на кожные покровы и составляет при облучении в оптическом диапазоне от 43 до 55%. Существуют различные причины, влияющие на величину коэффициента отражения: он уменьшается на 10-15% при охлаждении участков кожи; у женщин на 5-7% ниже, чем у мужчин, а у лиц старше 60 лет - на 10% меньше в сравнении с молодыми пациентами (Улащик В.С., 1990). Увеличение угла падения приводит к значительному повышению коэффициента отражения (в несколько раз), причем на пигментированных участках он составляет до 10% (Улащик В.С., 1990). Наименьшее отражение наблюдается при внутрисосудистом облучении светом или лазерным излучением. Глубина проникновения лазерного электромагнитного излучения зависит от длины волны: максимальное проникновение видимого излучения отмечается в красном спектре (длина волны 620-650 нм) и составляет до 20-30 мм, наименьшее - от ультрафиолетового до оранжевого спектра (от 1-20 мкм до 2,5 мм). Пик проникающей способности наблюдается в ближнем инфракрасном диапазоне при длине волны 930-950 нм (до 70-100 мм), причем, проникновение резко снижается (до 0,1-1 мм) в дальнем инфракрасном диапазоне (Корчагин В.А., 1969, Полонский А.К. и соавт., 1984, Pratesi R., Saechi C., 1986, Yoon G. et al., 1987). Максимум пропускающей способности лазерного излучения находится в диапазоне 800-1200 нм (Полонский А.К. и соавт., 1984, Yamamoto T., et al., 1981). Поглощение тканей зависит от их биологических свойств: кожа поглощает лазерное излучение в диапазоне от 600 до 1400 нм 25-40% излучения, мышцы и кости - 30-80%, кровь и паренхиматозные органы до 100% (Байбеков И.М. и соавт., 1991, Bahr F., 1986).

Внешний фотоэффект характеризуется поглощением молекулами и атомами тканей организма фотона светового или лазерного излучения, причем, электрон переходит в наиболее высокие энергетические уровни (синглетное или триплетное состояние) (Рубин А.Б., 1987).

Внутренний фотоэффект обусловлен изменением электропроводимости и диэлектрической проницаемости тканей, появлением разности потенциалов между участками как облучаемого объекта, так и необлученных тканей (возникновение фотоэлектрической силы) (Тарасов Л.В., 1987). Развитие внутреннего фотоэффекта зависит от энергетической дозы и длины волны воздействующего излучения.