Зміст

| Вступ | 2 |
| Короткий опис пристрою лазера | 7 |
| Фізико-хімічні оснескови взаємодії | 12 |
| нізкоенергетічого лазерного випромінювання з біооб'єктами | |
| Механізм терапевтичної дії низькоенергетичне | 18 |
| лазерного випромінювання | |
| Показання для лазерної терапії при різних захворюваннях | 23 |
| (огляд) | |
| Лазерна рефлексотерапія | 36 |
| Сучасні джерела випромінювання та апаратура для | 40 |
| низькоінтенсивне лазерної терапії | |
| Висновок | 50 |
| Список літератури | 51 |

Введення

В даний час в більшості країн світу спостерігається інтенсивневпровадження лазерного випромінювання в біологічних дослідженнях і впрактичній медицині. Унікальні властивості лазерного променя відкрили широкіможливості його застосування в різних галузях: хірургії, терапії ідіагностиці. Клінічні спостереження показали ефективність лазераультрафіолетового, видимого та інфрачервоного спектрів для місцевогозастосування на патологічний осередок і для дії на весь організм.

У Росії лазери застосовуються в біології та медицині вже понад 30 років.
Історично склалося так, що пріоритет у розкритті механізмів і вбіологічному застосуванні знаходиться в країнах колишнього СРСР.

За останні 15 років механізми дії багато в чому розкриті і уточнено.
Вплив низькоінтенсивних лазерів призводить до швидкого стихання гострихзапальних явищ, стимулює репаративні (відновлювальні)процеси, покращує мікроциркуляцію тканин, нормалізує загальний імунітет,підвищує резистентність (стійкість) організму.

В даний час доведено, що низькоінтенсивне лазерне випромінюванняволодіє вираженою терапевтичною дією.

Лазер або оптичний квантовий генератор - це технічний пристрій,випромінює світло у вузькому спектральному діапазоні у вигляді спрямованогосфокусованого, висококогерентного монохроматичного, поляризованогопучка електромагнітних хвиль.

Залежно від характеру взаємодії лазерного світла збіологічними тканинами розрізняють три види фотобіологіческіх ефектів:

1) Фотодеструктівное вплив, при якому тепловий,гідродинамічний, фотохімічний ефекти світла викликають деструкцію тканин.
Цей вид взаємодії лазерного використовує в лазерної хірургії.

2) фотофізичний і фотохімічні вплив, при якомупоглинений біотканямі світло порушує в них атоми і молекули, викликаєфотохімічні і фотофізичний реакції. На цьому виді взаємодіїгрунтується застосування лазерного випромінювання як терапевтичного.

3) Невозмущающее вплив, коли біосубстанція не змінює своїхвластивостей, в процесі взаємодії зі світлом. Це такі ефекти, якрозсіювання, відбиття та проникнення. Цей вид використовують для діагностики
(наприклад - лазерна спектроскопія).

Фотобіологіческіе ефекти залежать від параметрів лазерного випромінювання:довжини хвилі, інтенсивності потоку світлової енергії, часу впливу набіоткані.

У лазеротерапії застосовуються світлові потоки низької інтенсивності, небільше 100 мВт/см кв., що можна порівняти з інтенсивністю випромінювання Сонця наповерхні Землі в ясний день. Тому такий вид лазерної діїназивають низькоінтенсивних лазерним випромінюванням (Нілі), в англомовнійлітературі Low Level Laser Therapy (LLLT).

Однією з важливих характеристик лазерного випромінювання є йогоспектральна характеристика або довжина хвилі. Як вже говорилося,фотобіологіческой активністю має світло в ультрафіолетової, видимої таінфрачервоній областях спектру. Фотобіологіческіе процеси доситьрізноманітні і специфічні. Їх налічується в даний час кількадесятків.

В основі їх лежать фотофізичний і фотохімічні реакції, що виникаютьв організмі при дії світла. Фотофізичний реакції обумовленіпереважно нагріванням об'єкта до різного ступеня (в межах 0.1-
0.3 С) і розповсюдженням тепла в біотканях. Різниця температури більшевиражена не біологічних мембранах. що веде до відтоку іонів Na + і K +,розкриттю білкових каналів і збільшення транспорту молекул та іонів.
Фотохімічні реакції зумовлені збудженням електронів в атомах,поглинає світло речовини. На молекулярному рівні це виражається у виглядіфотоіонізації речовини, його відновлення або фотоокісленія,? ріобретает додаткову кількість енергії, і тоді один або кількайого електронів переходять у віддалені від ядра орбіти. Тобто на віддаленівід ядра орбіти, тобто на більш високі енергетичні рівні. У такихвипадках говорять. Що атом перейшов в збуджений стан. Поглинанняенергії відбувається строго визначеними порціями - квантами. Надмірнекількість енергії, отримане атомом, не може в ньому залишатися нескінченнодовго - атом прагне позбутися від надлишку енергії.

Збуджений атом за певних умов буде віддавати отримануенергію так само строго визначеними порціями, в процесі його електрониповертаються на колишні енергетичні рівні. При цьому утворюються квантисвітла (фотони), енергія яких дорівнює різниці енергії двох рівнів.
Відбувається мимовільне, або спонтанне випромінювання енергії. Збудженіатоми здатні випромінювати не тільки самі по собі, але й під дієюпадаючого на них випромінювання, при цьому випромінювань квант і квант, «що породив»його, схожі один на одного. У результаті індуковане (викликане) має туж довжину хвилі, що і викликала його хвиля. Імовірність індукованоговипромінювання буде наростати при збільшенні кількості електронів, які перейшлина верхні енергетичні рівні. Існують так звані інверснісистеми атомів, де відбувається накопичення електронів переважно набільш високих енергетичних рівнях. У них процеси випромінювання квантівпереважають над процесами поглинання.

інверсні системи використовуються при створенні оптичних квантовихгенераторів - лазерів. Подібну активну середу поміщають в оптичнийрезонатор, що складається з двох паралельних високоякісних дзеркал,розміщених по обидві сторони від активного середовища. Кванти випромінювання, що потрапили вце середовище, багато разів відбиваючись від дзеркал незліченну кількість разівперетинають активну середу. При цьому кожен квант викликає поява одногоабо декількох таких же квантів за рахунок випромінювання атомів, що знаходяться набільш високих рівнях.

Розглянемо принцип роботи лазера на кристалі рубіна. Рубін --природний мінерал кристалічної будови, винятково твердий (майжеяк алмаз). Зовнішні кристали рубіна дуже красиві. Їх колір залежить відзмісту хрому має різні відтінки: від світло-рожевого до темно -червоного. По хімічній структурі рубін - окис алюмінію з домішкою (0,5%)хрому. Атоми хрому - активна речовина рубінового кристала. Саме вониє підсилювачами хвиль видимого світла і джерелом лазерного випромінювання.
Можливе енергетичний стан іонів хрому можна представити у виглядітрьох рівнів (I, II і III). Щоб активізувати рубін і привести атомихрому в «робочий» стан, на кристал навіває спіральну лампу --накачування, що працює в імпульсному режимі і дає потужний зелене випромінюваннясвітла. Ці «зелені» кванти зараз поглинаються електронами хрому,що знаходяться на нижньому енергетичному рівні (I). Порушеною електронамдосить поглиненої енергії для переходу на верхній (III) енергетичнийрівень. Повернутися в основний стан, електрони атомів хрому можутьабо безпосередньо з третього рівня на перший, або через проміжний
(II) рівень. Імовірність переходу їх на другий рівень більше, ніж наперше.

Більша частина поглиненої енергії переходить на проміжний (II)рівень. За наявності достатнього інтенсивного збудливого випромінюванняпредставляється можливість отримати на другому рівні більше електронів, ніжзалишилося на основному. Якщо тепер висвітлити активізований кристал рубінаслабким червоним світлом (цей фотон відповідає переходу з II в I основнестановище), то «червоні» кванти як би підштовхнуть збуджені іони хрому,і вони з другого енергетичного рівня перейдуть на першому. Рубін при цьомувипроменить червоне світло. Так як кристал рубіна являє собою стрижень,торцеві поверхні якого виготовляються у вигляді двох що відображаютьдзеркал, то відбившись від торців рубіна, «червона» хвиля знову пройдечерез кристал і на своєму шляху кожного разу буде залучати до процесувипромінювання все більше число нових частинок, що знаходяться на другомуенергетичному рівні. Таким чином, у кристалі рубіна безперервнонакопичується світлова енергія, яка виходить через його межі черезодну з торцевих напівпрозорих дзеркальних поверхонь у виглядіспопеляючого червоного променя в мільйон разів перевершує по яскравості промінь
Сонця.

Крім рубіна, як активної речовини застосують та іншікристали, наприклад, магнію окис, топаз, уваровіт, розчин неодіма всклі і т.д.

Існують і газові лазери, в яких активною речовиною єгази (наприклад, суміш аргону і кисню, гелію і неону, окис вуглецю), атакож напівпровідникові лазери. Є лазери, в яких якактивної речовини використовуються рідини. Залежно від пристроюлазера його випромінювання може відбуватися у вигляді окремих блискавичнихімпульсів ( «пострілів»), або безперервно. Тому розрізняють лазериімпульсної і безперервної дії. До першого належить рубіновий лазер, адо других - газові. Напівпровідникові лазери можуть працювати як вімпульсної, так і в безперервному режимі.

Лазерне випромінювання має свої характерні риси. Цекогерентність, монохроматичністю і спрямованість.

Монохроматичні - значить одноколірний. Завдяки цій властивості проміньлазера являє собою коливання однієї довжини хвилі, наприклад, звичайнийсонячне світло - це випромінювання широкого спектра, що складається з хвильрізної довжини і різного кольору. Лазери мають свою, строго певнудовжину хвилі. Випромінювання гелій-неонового лазера - червоне, аргонового --зелене, гелій кадмієвого - синє, неодимовий - невидиме (інфрачервоне).

монохроматичністю лазерного світла надає йому унікальну властивість.
Викликає здивування той факт, що лазерний промінь певної енергіїздатний пробити сталеву пластину, але на шкірі людини не залишає майженіякого сліду. Це пояснюється вибірковість дії лазерноговипромінювання. Колір лазера викликає зміни лише в тому середовищі, яке йогопоглинає, а ступінь поглинання залежить від оптичних властивостей матеріалу.
Зазвичай кожен матеріал максимально поглинає випромінювання лише певноїдовжини хвилі.

Виборче дію лазерних променів наочно демонструє досвід зподвійним повітряною кулею. Якщо вкласти зелений гумовий шар всередину кулі збезбарвної гуми, то вийде подвійний повітряна куля. При пострілірубіновим лазером розривається тільки внутрішня (зелена) оболонка кулі,яка добре поглинає червоне лазерне випромінювання. Прозорий зовнішнійкуля залишається цілим.

Червоне світло рубінового лазера інтенсивно поглинається зеленимирослинами, руйнуючи їх тканини. Навпаки, зелене випромінювання аргоновоголазера слабо абсорбується листям рослин, але активно поглинаєтьсячервоні кров'яні тільця (еритроцити) і швидко пошкоджує їх.

Другою відмітною рисою лазерного випромінювання є йогокогерентність.

Когерентність, в перекладі з англійської мови (coherency), означаєзв'язок, узгодженість. А це означає, що в різних точках простору водин і той же час або в одній і тій же точці в різні відрізки часусвітлові коливання координовані між собою. У звичайних світловихджерелах кванти світла випускаються безладно, хаотично,
Неузгоджено, тобто некогерентного. У лазері випромінювання має вимушенийхарактер, тому генерація фотонів відбувається злагоджено і понапрямку і по фазі. Когерентність лазерного випромінювання зумовлює йогострогу спрямованість - поширення світлового потоку вузьким пучком вмежах дуже маленького кута. Для світла лазерів кут расходіомсті можебути менше 0,01 хвилини, а це означає, що лазерні промені поширюютьсяпрактично паралельно. Якщо синьо-зелений промінь лазера направити наповерхню Місяця, яка знаходиться на відстані 400000 км. Від Землі, тодіаметр світлової плями на Місяці буде не більше 3 км. Тобто на дистанції
130 км. Лазерний промінь розходиться менше, ніж на 1 м. При використаннітелескопів лазерний промінь можна було б побачити на відстані 0,1 світловогороку (1 світловий рік = 10 в 13 ступені км .).

Якщо ми спробуємо сконцентрувати за допомогою збирає лінзи світлозвичайної електролампочки. То не зможемо отримати точкове пляма. Цепов'язано з тим, що переломлюються здатність хвиль різної довжини, зяких складається світ, по-різному, і промені хвиль з однаковою довжиною збираютьсяв окремий фокус. Тому пляма виходить розмитим. Унікальна властивістьлазерного випромінювання (монохроматичністю і мала розбіжність) дозволяють здопомогою системи лінз сфокусувати його на дуже малу площу. Ця площаможе бути зменшена настільки, що за розмірами буде дорівнює довжині хвиліфокусованої світла. Так, для рубінового лазера найменший діаметрсвітлової плями складає приблизно 0,7 мкм. Таким чином можна створитинадзвичайно високу щільність випромінювання. Тобто максимальносконцентрувати енергію. Лазер з енергією в 100 джоулів дає такі жспалаху, як і електрична лампочка потужність в 100 ват при горінні впротягом однієї доби. Однак, спалах лазера триває мільйонні долі секундиі, отже, та сама енергія виявляється спресованої в мільйон разів.
Ось чому у вузькому спектральному діапазоні яскравість спалаху потужних лазерівможе перевищувати яскравість Сонця в більйон раз. За допомогою лазерів можнадосягти щільності енергії випромінювання близько 10 в 15 ступені ват на метрквадратний, в той час, як щільність випромінювання Сонця складає лишеблизько 10 в 7 ступеня ват на метр квадратний. Завдяки такій величезнійщільності енергії в місці фокусування пучка миттєво випаровується будь-якийречовина.

Воістину мав рацію відомий французький фізик Луї де Бройль (р.1892р.), який сказав: «Лазер уготовано велике майбутнє. Важко передбачити,де і як він буде застосовуватися, але я думаю, що лазер - це цілатехнічна епоха ». Але за даними зарубіжної преси, вже у 1965 році в
США в розробках, виробництві та застосуванні всіх типів лазерів бралиучасть 367 фірм, у 1966 році - 721, в 1967 році - 800. В даний час вцій галузі працюють понад 1000 фірм. У наведену цифру не включенокількість центрів і лабораторій, які працюють за замовленням Міністерстваоборони США. Нині в США випускають близько 2000 різновидів промисловихмоделей тільки газових лазерів. У 1985 році випуск лазерів в США досягмільйона штук.

Лазери широко використовуються в якості вимірювальних приладів. З їхдопомогою спостерігають за штучними супутниками Землі. Для цієї мети наштучному супутнику поміщають світловий відбивач. Супутником висвітлюютьсвітлом, що йде від лазера, і реєструють відображене світло. Таким чиномвизначають положення штучних супутників Землі з точністю до 1,5-2метра. За допомогою лазера вдалося виміряти відстань від Землі до Місяця зточністю до 4 метрів. Лазерний далекомір використовують в системах посадкилітаків, в підводних системах огляду і навіть як мініатюрний локатор длясліпих. Лазер масою в 60 грам монтують в тростину, які використовуютьнезрячі. При появі близького перешкоди ручка тростини починає злегкапідстрибувати.

Той же принцип, що й при вимірюванні відстані, використовується длявивчення рельєфів місцевості, оцінки стану морської поверхні.

Успішно використовуються лазери в радіолокації, при цьому значнопідвищується точність визначення швидкості рухається, і йогомісцезнаходження.

Лазери застосовують для вимірювання швидкості обертання землі і при стикуваннякосмічних кораблів. Вони незамінні в обчислювальній техніці. У різнихлабораторіях світу ведуться інтенсивні розробки телевізійних систем наоснові лазерів. Одне з найбільш перспективних напрямків дослідженьпов'язане з використанням лазерів в системах кольорового телебачення. Заяскравості зображення і якістю відтворення кольору кольорові телевізори злазерними системами значно перевершують сучасні електронно-променевіапарати.

Унікальні властивості лазерних променів, що дозволяють сфокусувати їх надуже малу площу поверхні (до 10 в мінус 8 ступеня сантиметрівквадратних), зробили лазер незамінним при виготовленні елементівмікроелектроніки та виконанні операцій, що вимагають високої точності. Так,лазери широко застосовуються при виготовленні та обробці деталей у часовийпромисловості в Швейцарії. Сфокусований лазерний промінь потужних лазернихустановок, що має величезну щільність енергії, використовується для зварювання,безперервної різання металів і обробки надтвердих матеріалів, уЗокрема, алмаза і корунду.

Названі приклади далеко не повністю відображають ті галузі науки ітехніки, де широко і успішно використовуються лазерні промені. Але лазер придбавне тільки технічні професії. Його чудодійні промені повернули здоров'ятисячам людей. Однак, перш ніж лазер стали застосовувати в клініці,необхідно було з'ясувати механізм біологічної дії лазерноговипромінювання, всебічно досліджувати явище променів на різні клітини тканинсистеми людського організму і окремо, і на весь організм вцілому.

Представляється цікавим зрозуміти фізико-хімічні аспективпливу лазерного випромінювання на людину.

Фізико-хімічні основи взаємодії низькоенергетичне лазерноговипромінювання з біооб'єктами

Біомеханізм лазерної терапії досить складний і до кінця не вивчений.
Вплив на живий організм низькоенергетичне лазерним випромінюванням злікувальною метою відноситься до методів фізичної терапії. Проте, до цих пірще не розроблена загальна теорія фізіотерапії. Спроби створити клініцистівробочі схеми механізму терапевтичної дії низькоенергетичнелазерного випромінювання зводяться в основному до систематизації змінпараметрів гомеостазу, що, ймовірно, є лише наслідком, при томунеспецифічним, цього впливу.

Як уже зазначалося, в даний час переважає емпіричний підхіддо розробки нових методів лазерної терапії. Це пов'язано з відставаннямтеоретичного та експериментального обгрунтування механізму взаємодіїлазерного випромінювання з біооб'єктами, з недостатнім знанням клініцистамиоснов фізики і біофізики. Лише спираючись на фізико-хімічні явища івідповідні їх закони і поняття. Можна з певною часткоюдостовірності побудувати теоретичну модель цього механізму і визначитиосновні напрямки експериментального її підтвердження, що дозволитьбільш повно обгрунтувати патогеніческую спрямованість лазерної терапії іоптимальні дози впливу при тієї чи іншої патології.

У всіх фотобіологіческіх процесах енергія світла необхідна дляподолання бар'єрів активаційних хімічних перетворень. Ці процесивключають наступні стадії: поглинання світла тканинним фото сенсибілізатората освіта електронно-збуджених станів міграції енергіїелектронного збудження, первинний фотофізичний акт і появапервинних фото продуктів проміжної стадії, що включає перенесення заряду,освіта первинних стабільних хімічних продуктів, фізіолого -біохімічні процеси, кінцевий фотобіологіческій ефект.

При дії лазерним променем на біооб'єктами частина випромінювання вЗгідно з властивостями опромінюваної поверхні відбивається, інша частинапоглинається. Першими на шляху проникнення лазерного випромінювання в біооб'єктамилежать шкірні покриви. Коефіцієнт відображення шкірою електромагнітних хвильоптичного діапазону досягає 43-55% і залежить від різних причин:охолодження ділянки впливу знижує значення коефіцієнта відбиття на
10-15%; у жінок він на 5-7% вище, ніж у чоловіків, у осіб старше 60 років, нижчев порівнянні з молодими: збільшення кута падіння променя веде до зростаннякоефіцієнта відображення в десятки разів. Істотний вплив на коефіцієнтвідображення надає колір шкірних покривів: чим темніше, тим цей параметрнижче; так на пігментовані ділянки він становить 6-8%.

Глибина проникнення низькоенергетичне лазерного випромінювання вбіооб'єктами залежить, в першу чергу, від довжини електромагнітної хвилі.
Експериментальними дослідженнями встановлено, що проникаюча здатністьвипромінювання від ультрафіолетового до оранжевого діапазону поступовозбільшується від 1-20 мкм до 2,5 мм, з різким збільшенням глибинипроникнення в червоному діапазоні (до 20-30 мм), з піком проникаючездібності в ближньому інфрачервоному (при довжині хвилі = 950 нм - до 70 мм) ірізким зниженнямдо часток міліметра надалі інфрачервоному діапазоні.
Максимум пропускання шкірою електромагнітного випромінювання знаходиться вдіапазоні довгих хвиль від 800 до 1200 нм.

Поглинання низькоенергетичне лазерного випромінювання залежить від властивостейбіологічних тканин. Так в діапазоні довжин від 600 до 1400 нм шкіра поглинає
25-40% випромінювання, м'язи і кістки - 30-80%, паренхіматозні органи (печінка,нирки, підшлункова залоза, селезінка, серце) - до 100.

У механізмі лікувальної дії фізичних факторів є кількапослідовних фаз, і перший з них - поглинання енергії чинногофактора організмом як фізичним тілом. У цій фазі всі процесипідкоряються фізичним законам. При поглинанні світлової енергії виникаютьрізні фізичні процеси, основними з яких є зовнішній івнутрішній фотоефекти, електролітична дисоціація молекул і різнихкомплексів.

При поглинанні речовиною кванта світла один з електронів, що знаходитьсяна нижньому енергетичному рівні на зв'язує орбіталі, переходить наверхній енергетичний рівень і переводить атом або молекулу в збуджений
(синглетно або тріплетное) стан. У багатьох фотохімічних процесахреалізується висока реакційна здатність тріплетного стану, щообумовлено його відносно великим часом життя, а також бірадікальнимівластивостями.

При зовнішньому фотоефекті електрон, поглинувши фотон, залишає речовина.
Однак, ці прояви при взаємодії світла з біооб'єктами вираженіне на багато, оскільки в напівпровідниках і діелектриках (тканиниорганізму є такими) електрон, захопивши фотон, залишається в речовиніі переходить на більш високі енергетичні рівні (в синглетно аботріплетное стан). Це і є внутрішній фотоефект, основнимипроявами якого є зміни електропровідності напівпровідникапід дією світла (явище фотопровідності) і виникнення різниціпотенціалів між різними ділянками освітлюваного біооб'єктами
(виникнення фотоелектродвіжущей сили - фотоЕДС). Ці явища обумовленіфоторожденіем носіїв заряду - електронів провідності і дірок. Урезультаті переходу в збуджений стан частини атомів або молекулопромінюється речовини відбувається зміна діелектричної проникностіцієї речовини (фотодіелектріческій ефект).

Фотопровідність буває концентраційної, що виникає при змініконцентрації носіїв заряду, і рухомий. Остання виникає припоглинання фотонів з відносно низькою енергії і пов'язана з переходамиелектронів в межах зони провідності. За таких переходах числоносіїв не змінюється, але це змінює їх рухливість.

Внутрішній фотоефект, що виявляється у виникненні фото-ЕРС, буваєдекілька видів, основні з яких:

1. Виникнення вентильний (бар'єрної) фото-ЕРС в зоні переходу.

2. Виникнення дифузної фото-ЕРС (ефект Дембера).

3. Виникнення фото-ЕРС при освітлення напівпровідника, який міститься в магнітне поле (фотомагнітоел