Воздействие инфракрасного излучения

Потенциально важное исследование, открывающее новые перспективы воздействия инфракрасного света на ткани, в том числе на периферическую нервную ткань.

Оптическая стимуляция позволила добиться значительных успехов в изучении функции мозга и других биологических процессов. При этом она имеет крайне широкий потенциал терапевтического применения, начиная с восстановления слуха и заканчивая нормализацией работы сердечного ритма. В частности, импульсная лазерная стимуляция с использованием инфракрасных волн длиной > 1,5 мкм способна напрямую стимулировать нервы и мышцы без какого-либо предварительного генетического или химического вмешательства, что может быть использовано в терапии. Однако механизм инфракрасной стимуляции был загадкой, что препятствовало ее внедрению в клиническую практику.

В данной работе авторы демонстрируют, что инфракрасный свет возбуждает клетки посредством ранее неизвестного, общего для различных клеток электростатического механизма. Инфракрасные импульсы поглощаются водой, что приводит к быстрому локальному повышению температуры. Подобное нагревание обратимо изменяет электрическую емкость плазматической мембраны, приводя к ее деполяризации. Данное изменение потенциала полностью обратимо, а для его реализации достаточно лишь наиболее основных физико-химических свойств клеточных мембран.

Результаты исследования подчеркивают общеприменимость импульсной инфракрасной стимуляции и ее медицинский потенциала.

Введение

Оптические технологии, которые обеспечивают точную локальную активацию нервной или мышечной активности, играют все более важную роль в нейробиологии и разработке методов лечения неврологических, психиатрических и сердечно-сосудистых заболеваний. Большинство таких технологий требуют сенсибилизации целевой ткани с использованием светочувствительного гена или химического агента, что увеличивает техническую сложность и риск их применения, особенно в условиях клиники.

Напротив, импульсный инфракрасный лазерный свет, как было показано, способен стимулировать нейроны и другие возбудимые клетки in vivo без какой-либо предварительной генетической или химической подготовки. Исследования можно проводить минимально инвазивно, так как излучение с требуемой длиной волны можно передавать посредством оптического волокна. Инфракрасную стимуляцию можно использовать для воздействия на двигательные ветви спинномозговых и черепных нервов, кавернозные нервы предстательной железы, преддверно-улитковый нерв и миокард. Простота использования прямого инфракрасного возбуждения делает этот метод привлекательным для использования в широком круге научных и клинических ситуаций, начиная с восстановления слуха и заканчивая нормализацией работы сердца.

Исследования на животных предоставляют все увеличивающееся количество доказательств того, что инфракрасная стимуляция может быть использована для модуляции различных биологических функций. Несмотря на это, механизм ее действия до конца не изучен. Было показано, что инфракрасная стимуляция сопровождается быстрым повышением температуры ткани, которое, предположительно, возбуждает клетки, воздействуя на ионные каналы и активируя внутриклеточные вторичные мессенджеры, тем самым увеличивая проводимость мембраны. Прямых доказательств в пользу одного из предполагаемых механизмов до сих пор получено не было. Отчасти так произошло потому, что в большинстве экспериментов с инфракрасной стимуляцией исследовались ее конечные эффекты (например, генерация потенциала действия и сокращение мышц), а не промежуточные электрофизиологические изменения в клетках-мишенях.

Авторы исследования изучили механизм инфракрасной стимуляции ооцитов Xenopus laevis, культивируемых клеток млекопитающих и искусственных липидных бислоев, и описали ранее неизвестный общий механизм, при котором инфракрасные лазерные импульсы, поглощаемые водой, приводят к быстрому локальному повышению температуры, что временно увеличивает электрическую емкость мембраны, и приводит к ее деполяризации. Это открытие поможет в дальнейшем изучении инфракрасной стимуляции нервной системы и других органов и вызывает вопросы о влиянии других видов светового излучения на сигнализацию клеток.

Результаты

Инфракрасный свет вызывает деполяризующие токи в ооцитах X. laevis

Большой размер ооцитов X. laevis (~1 мм) позволяет осуществить одновременную запись электрофизиологических параметров и оптическую стимуляцию, при этом риск возникновения фотоэлектрических артефактов остается минимальным. Основываясь на предыдущих результатах, свидетельствующих о том, что инфракрасное излучение увеличивает возбудимость клеток, авторы стимулировали подготовленные ооциты, экспрессирующие потенциалзависимые натриевые (Na+) и калиевые (K+) каналы, инфракрасными лазерными импульсами. Вопреки ожиданиям, наблюдаемый эффект не зависел не только от типа ионных каналов, но и от экспрессии каналов вообще: он сохранялся даже при стимуляции ооцитов дикого типа (которые экспрессируют гораздо меньше ионных каналов, чем подготовленные).

Инфракрасный свет вызывает деполяризующие токи в клетках млекопитающих

Чтобы определить, была ли реакция ооцитов на стимуляцию уникальной для этого типа клеток, исследователи провели эксперименты по инфракрасной стимуляции клеток линии HEK. Лазерные импульсы 200 мкс (0,7 мДж) и 1 мс (3,7 мДж) вызывали мембранные токи, подобные тем, которые наблюдались в ооцитах. Максимальные амплитуды тока 73 ± 20 пА наблюдались с импульсами 1 мс. Из-за небольшого размера клеток линии НЕК по отношению к диаметру оптического волокна и глубине проникновения света, как ячейка, так и записывающая пипетка облучались световыми импульсами. Однако замена H2O во внеклеточном растворе на D2O уменьшала наблюдаемую реакцию тока в клетках НЕК на 75,8 ± 12,6 %.

Инфракрасный свет изменяет емкость искусственных бислоев

Наблюдение за индуцированными токами в ооцитах и ​​клетках линии НЕК и отсутствие изменения реакции при добавлении блокаторов каналов и транспортеров привели авторов к мысли о том, что за такую реакцию на стимуляцию отвечает общий для всех типов мембран механизм. В частности, авторы отметили, что реакция зависит не от абсолютного показателя температуры, а от скорости ее изменения. Это позволило предположить, что температура изменяет электрическую емкость мембраны, создавая ток, пропорциональный производной емкости.

Обсуждение

Потенциальная польза инфракрасной стимуляции была продемонстрирована многочисленными исследованиями in vivo, но отсутствие знаний о лежащих в ее основе механизмах препятствовало прогрессу в отношении важных научных и клинических применений. Авторы этого исследования обнаружили важный, ранее неизвестный механизм инфракрасной стимуляции, обусловленный переходными изменениями электрической емкости мембран.

Все три модели демонстрировали сходные электрофизиологические реакции на инфракрасную стимуляцию, вызванную лазерным импульсом. Эти токи были полностью обратимы и легко воспроизводимы. После нормализации данных по энергии импульса, изначальному заряду мембраны и приблизительной площади облучения, изменение заряда мембраны оказалось сходным у ооцитов, клеток линии НЕК и искусственных бислоев. Эти данные свидетельствуют о том, что в этих трех системах работает общий механизм изменения электрической емкости мембраны, а для достижения эффекта необходимы только самые основные элементы клеточной мембраны, представленные искусственным бислоем. В соответствии с этим заключением становится понятно, почему реакция ооцитов не изменялись при активной работе потенциалзависимых каналов и не нивелировалась при обработке клеток блокаторами ионных каналов.

Токи во всех трех системах значительно уменьшились при замене H2O на D2O. Это непосредственно подтверждает, что вода является основным хромофором, участвующим в инфракрасной стимуляции мембраны клеток. Временной профиль водно-опосредованных изменений температуры показывает ее быстрое, близкое к линейному нарастание во время лазерного импульса, за которым следует более медленный экспоненциальный спад, согласующийся со временем отдачи тепла водой.

Литература по оптической стимуляции клеток упускала из виду возможность емкостного механизма. Однако температурное изменение емкости мембран неудивительно, если учесть их физические свойства. Емкость определяется ионами, расположение которых вблизи мембраны зависит от баланса электрических и тепловых сил. Таким образом, реализация классической теории двухслойных конденсаторов породила прогнозы, которые в значительной степени подтвердили данные в искусственных бислоях и согласуются с ранними работами над гигантскими аксонами кальмаров, показывающими, что более высокие температуры привели к увеличению емкости мембран, и наблюдение, что индуцированные светом скачки температуры в ооцитах вызывали токи смещения заряда. Полученные результаты не исключают возможности того, что другие потенциальные явления изменения емкости, такие как изменения механического давления, также играют определенную роль. Такие потенциальные вклады потребуют дальнейшего изучения.

SaveSave
Поделиться с друзьями

Вам может быть интересно

01.12.2022
Поллиноз, сенная лихорадка, аллергический ринит? Лазеротерапия в помощь!
Наступление весны часто омрачается таким заболеванием, как поллиноз (сенная лихорадка, аллергический ринит, аллергический риноконъюнктивит) – это аллергическая патология, вызываемая пыльцой определённых растений и/или спорами плесени.
Подробнее
16.11.2022
Лазерная терапия при отморожении
Низкоинтенсивная лазерная терапия при отморожении направлена на восстановление микроциркуляторного кровотока охлажденных тканей с последующим снижением объема некротических тканей, уменьшение болевого синдрома, интоксикации, сокращение сроков излечения
Подробнее
16.11.2022
Реабилитация детей с аноректальной патологией после хирургического лечения
Проблема хирургического лечения пороков развития аноректальной области не потеряла своей актуальности до настоящего времени и остается одной из сложнейших в детской хирургии. В последние годы увеличилось число детей с данной патологией, а результаты хирургической коррекции различных форм атрезии ануса и прямой кишки (врождённые отсутствия или приобретенные заращения естественных отверстий и каналов в организме) не всегда благоприятные. Так, по данным литературы, от 10 до 30% оперированных детей в последующем страдают от недержания кала и около 70% от хронического запора, что резко снижает качество их жизни и оказывает огромное влияние на их социальный статус.
Подробнее
17.11.2022
Лазерные технологии в современной медицине
Создание в 60-х годах прошлого века источников когерентного светового излучения – лазеров – послужило толчком к разработке различных модификаций медицинских лазерных аппаратов.
Подробнее
17.11.2022
Лазерная терапия в жизни пожилого человека
Международный день пожилого человека, признанный Генеральной Ассамблеей ООН в 1990 году, отмечается 1 октября. Цель этого дня – привлечение внимания общественности к проблемам людей пожилого возраста, что позволит им жить дольше, более качественно, полноценно и разнообразно. В этот день проводятся спонсорские концерты, спектакли, кинопоказы, концерты художественной самодеятельности, спортивные соревнования.
Подробнее
17.11.2022
Лазерная терапия находит все более широкое применение в реабилитации пациентов, перенесших COVID-19
Очередное тому подтверждение – получение патента ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр реабилитации и курортологии» Минздрава России.

Патент «Способ физиотерапии аносмии после коронавирусной инфекции» получен в июле 2021 года.
Подробнее
17.11.2022
Лазерная терапия в практической ветеринарии
Данная статья посвящена одному из самых эффективных в настоящее время методов безлекарственной терапии животных, а именно – лазерной терапии.
Подробнее
17.11.2022
Применение лазерной терапии в лечении туберкулеза
Во всем мире 24 марта отмечается Всемирный день борьбы с туберкулезом. Туберкулез является одной из десяти ведущих причин смертности в мире. По данным ВОЗ, на планете ежегодно туберкулезом заболевают 10 млн. человек, 1,5 млн. из них умирает от этого заболевания. В России на протяжении нескольких лет благодаря усилиям медиков и приоритетного отношения государства к данной проблеме отмечаются темпы снижения  заболеваемости и смертности от туберкулеза. Тем не менее, проблема остается актуальной и значимой.
Подробнее
17.11.2022
Низкоинтенсивное лазерное воздействие на кровь
Лазерная терапия – экологически чистая медицинская технология, получившая за более чем полувековую историю широкое распространение среди медицинских работников и рядовых пользователей. За это время разработаны и апробированы высокоэффективные лазерные методики широкого спектра заболеваний. Одной из самых распространенных методик лечения, профилактики и реабилитации является низкоинтенсивное лазерное воздействие на кровь.
Подробнее
17.11.2022
Лазерная терапия в неонатологии
Лазерная терапия (ЛТ) в педиатрии, получившая признание в России, практически не применяется в странах Запада. Исключением является только лечение и профилактика осложнений химиолучевой терапии у детей с онкологическими заболеваниями. Между тем эффективность лазерной терапии, доказанная при лечении многих заболеваний у детей, может существенно повысить качество медицинской паллиативной помощи и снизить затраты на её проведение.
Подробнее
17.11.2022
Аппараты РИКТА в поликлинической практике
Каждому из нас знакомо понятие «поликлиника» — обычно это многопрофильное лечебно-профилактическое учреждение для оказания медицинской помощи амбулаторно. «ПОЛИ» – это значит «много». Поэтому ничего удивительного, что больше четверти века лазерно-полифакторные аппараты РИКТА успешно используются для оснащения ЛПУ, поликлиник, госпиталей, санаториев, медицинских кабинетов в детских и образовательных учреждениях, фельдшерско-акушерских пунктов, косметологических кабинетов, центров спортивной медицины, спортивных школ и клубов в России и за рубежом.
Подробнее
17.11.2022
Лазерная терапия в акушерско-гинекологической практике
Те, кто с нами давно, знают, что лазерная терапия (ЛТ) – современный и высокоэффективный метод профилактики и лечения широкого круга заболеваний. В этой статье рассказывается о применении лазерной терапии при лечении заболеваний женской половой сферы при помощи аппаратов лазерной-полифакторной терапии РИКТА.
Подробнее
17.11.2022
Как РИКТА поможет при вакцинации людям с хроническими заболеваниями?
Мы дождались появление вакцин от COVID-19. Но есть категория людей, относительно вакцинирования которых нет однозначного ответа, вакцинироваться им или нет. Речь идет о людях с хроническими заболеваниями.
Подробнее
17.11.2022
Лазерная терапия при синдроме хронической усталости
Впервые синдром хронической усталости (СХУ) был описан англичанином А. Ллойдом в 1986 году. Синдром сопровождается хроническим утомлением, имеющим постоянный характер, не проходящим даже после длительного сна и отдыха, многочисленными суставными, мышечными, инфекционными и нейропсихическими симптомами. Заболевание может длиться 5-8 месяцев, иногда и несколько лет. В процессе заболевания у пациента постепенно снижается умственная и физическая работоспособность, снижается активность иммунной системы.
Подробнее
18.11.2022
Лазерную терапию рекомендовано использовать в реабилитации больных covid-19
На сайте Минздрава РФ главный реабилитолог, специалист по медицинской реабилитации Минздрава России, профессор Галина Иванова выражает мнение, что реабилитация нужна всем переболевшим, но особенно в ней будут нуждаться пациенты, перенесшие инфекцию в среднетяжелой и тяжелой формах. Особое внимание, по мнению главного специалиста по реабилитации в нашей стране, следует уделить восстановлению жизненной емкости легких.
Подробнее
18.11.2022
Совет доктора! Применение аппаратов РИКТА в домашних условиях
Вы приобрели аппарат РИКТА для лечения себя и членов своей семьи. Это означает, что у Вас один из лучших российских физиотерапевтических аппаратов для домашнего лечения.
Обязательно ознакомьтесь с Методическим руководством, прилагаемым к каждому нашему аппарату.
Подробнее
18.11.2022
Как поможет лазерная терапия при вирусных инфекциях
Острые респираторные вирусные инфекции, знакомые всем как ОРВИ, – это инфекционное заболевание, вызываемое вирусами, передается воздушно-капельным путем и имеет массовое распространение. В простонародье его называют простудой. Причина заболевания: паравирусы, аденовирусы, риновирусы, респираторные коронавирусы и другие возбудители – насчитывается более 200 разновидностей вирусов.
Подробнее
18.11.2022
Магнитолазерная терапия в лечении гипертонической болезни на санаторном этапе
В статье обсуждается анализ результатов показателей положительной динамики клинических и лабораторных показателей под влиянием магнитолазерной терапии по сравнению с медикаментозной терапии.
Подробнее
18.11.2022
Влияние магнитоинфракрасной лазерной терапии на показатели функции внешнего дыхания у детей с бронхиальной астмой
В работе представлены данные, полученные при исследовании флоуметрических показателей у групп детей с разной тяжестью течения бронхиальной астмы, получавших комплексную общепринятую терапию, и у групп детей с разной тяжестью течения бронхиальной астмы, получавших лечение в сочетании с курсом магнитоинфракрасной лазерной терапии.
Подробнее
18.11.2022
Применение лазерной терапии в гинекологии
Лазерная терапия — физиотерапевтический метод лечения широкого круга заболеваний с помощью низкоинтенсивного лазерного излучения. Преимущество методики заключается в том, что лазер оказывает воздействие исключительно на проблемный участок, не затрагивая при этом соседние ткани.
Подробнее


Список избранного пуст

Избранные товары

Товар Удалить