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.

Поделиться с друзьями
0/5 (0 оценок)

Вам может быть интересно

06.10.2024
Ионизирующее излучение. Может ли помочь низкоинтенсивная лазерная терапия?
Радиация – это ионизирующее излучение, образующееся при распаде радиоактивных веществ. Сам термин «радиация» происходит от латинского слова radius – луч.
Подробнее
24.06.2024
Лазерная терапия как метод физиотерапии в комплексном лечении остеомиелита у детей
Остеомиелит – инфекционный воспалительный процесс, поражающий все элементы кости. Возбудителями неспецифического остеомиелита являются гноеродные микроорганизмы.
Подробнее
18.06.2024
Лазерофорез гелевой композиции на основе Дигидрокверцетина при лечении больных остеоартрозом коленного сустава: экспериментальное исследование
Цель исследования. Определение стабильности фармакологической формулы геля на основе дигидрокверцетина под воздействием лазерного излучения.
Подробнее
03.05.2024
НИЛТ в лечении выпадения волос
Выпадение волос - одна из актуальных проблем для наших пациентов. В этом материалы мы предлагаем нашим читателям ознакомиться с исследованием лазерной терапии при лечении облысения.
Подробнее
03.05.2024
Светотерапия: на чем основан лечебный эффект?
Светолечение – это воздействие световых волн на организм человека в определенный период времени. Клиническая эффективность светотерапии доказана, а поклонников у такого лечения становится с каждым годом все больше.
Подробнее
03.05.2024
Лазерная медицина в андрологии
На сегодняшний день лазерная терапия занимает лидирующее место по своей эффективности, отсутствию осложнений и привыкания к ней. Существуют различные методы воздействия лазерной терапии: контактный метод, дистанционный, внутри полостной и чрескожное воздействие лазерным излучением на кровь. Последний метод можно считать одним из самых эффективных, благодаря многочисленным терапевтическим эффектам.
Подробнее
18.04.2024
Лазерофорез лекарственных веществ аппаратами РИКТА
Лазерофорез (ЛФ) – один из востребованных методов в современной лазерной медицине. Лазерофорез или фотофорез лекарственных веществ — одновременное применение лазерной терапии и лекарственного вещества в виде геля, крема, сыворотки, раствора, лечебной грязи и т. д. То есть, в основе методики ЛФ лежит сочетанное влияние двух основных факторов: низкоинтенсивного лазерного излучения (НИЛИ)  и лекарственного вещества или косметического средства. Впервые данную методику применил и описал А.А. Миненков в 1983 году (авторское свидетельство 10112923 SU), впоследствии она нашла большое распространение в медицине.
Подробнее
08.08.2023
Обзор статьи «Применение лазерной терапии при остеоартрите»
Информируем о выходе обзорной статьи «Применение лазерной терапии при остеоартрите» (авторы: Е.Н. Лазарева, В.В. Макашова, Е.Г. Осипова) в специализированном издании, адресованном широкому кругу специалистов по лазерной медицине — практикующим врачам, исследователям, разработчикам аппаратуры.
Подробнее
10.07.2023
Электротерапия в физиотерапевтическом лечении
Лечение электрическим током активно применяют в современной медицинской практике. Его используют с лечебно-профилактической целью, а также для реабилитации после перенесенных травм и заболеваний. Еще к этой разновидности физиотерапии относят лечебное действие на организм при помощи электромагнитных полей, которые имеют различные параметры. Для лечения применяют приборы, которые подают ток в непрерывном или импульсном режиме.
Подробнее
12.05.2023
Лазерная терапия: перспективы развития на отечественном рынке
В современных условиях, когда вопрос импортозамещения выходит на авансцену во всех сферах деятельности, актуальность данного вопроса имеет место и в физиотерапии, и в реабилитации.
Подробнее
10.05.2022
Лазерная терапия поможет пожилым легче перенести жару
Жара – неприятное испытание для пожилых. Пожилые люди – это те, кому за шестьдесят. По данным демографии и статистики в России сейчас около 30 млн. пожилых: 4,3% их них – это люди старше 75 лет. На каждого пожилого приходится как минимум 4-5 заболеваний, в дальнейшем на каждые 10 лет добавляется по 1-2 заболевания (а то и больше). При опросе 58% пожилых оценили свое здоровье как «плохое» и 10% - как «очень плохое», в связи с чем 74% пожилых вынуждены постоянно принимать лекарства.
Подробнее
09.05.2022
Лазерная терапия при лечении пароксизмальных состояний, эпилепсии, паркинсонизма
Пароксизмальные состояния, включающие группу самостоятельных заболеваний и профильных синдромологических расстройств со свой­ственными им судорожными состояниями (в том числе приступообраз­ными развернутыми или стертыми) и судорожной «готовностью», известны трудностями традиционного лечения, в комплексе которого исполь­зуют композиты. Практически при всех подобных состояниях в них входят противосудорожные (противоэпилептические), противопаркинсонические препараты и психотропные средства, которые вводят больным в течение весьма длительного времени (нередко всю жизнь).
Подробнее
05.05.2022
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
29.04.2022
Лазерная терапия при диагнозе гиперактивный ребенок
Под диагнозом гиперактивный ребенок понимается синдром нарушения (или дефицита) внимания с гиперактивностью (СНВГ).

В основе СНВГ лежит функциональная незрелость или нарушения специфической системы головного мозга – ретикулярной информации, ответственной за память, внимание, обучение. Сбои в обработке информации приводят к тому, что зрительные, звуковые, эмоциональные и другие раздражители становятся избыточными для ребенка и приводят к СНВГ.
Подробнее
29.04.2022
Лазерная терапия при лечении депрессивных состояний
Клинические исследования установили, что вторичные биологические эффекты воздействия лазерного излучения на больной организм, опосредует повышение энергетики нейроцитов и других структур головного мозга и их биопотенциал. На эхоэнцефалограмме (ЭЭГ) это регистрируется в виде существенного (на 80-200%) повышения активности и амплитуды a-ритма, восстановления его модулированности и межполушарной ассиметрии, а на компьютерных томограммах, в форме ликвидации застойных очагов возбуждения.
Подробнее
27.04.2022
Лазерная медицина во фтизиатрии
В марте 2003 в Министерстве здравоохранения РФ в рамках итоговой коллегии Минздрава России прошла 3-я ежегодная конференция «Современные информационные ресурсы в организации здравоохранения». В числе рассматриваемых вопросов, рассматривалась и одна из актуальнейших тем: «Развитие системы противотуберкулезной помощи населению». Тема действительно актуальна. Кроме специалистов, мало кто знает, что по данным Всемирной организации здравоохранения Россия входит в число 18 стран, на долю которых приходится 80% мировой заболеваемости туберкулезом (4).
Подробнее
02.03.2022
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
21.02.2022
Низкоинтенсивная лазерная терапия в практике трихолога
В статье пойдет речь об эффективности процедуры низкоинтенсивной лазерной терапии (НЛТ) при воспалительных процессах кожи головы.
Подробнее
20.02.2022
Лазерная медицина в ангиологии (при заболеваниях сосудов)
В данной статье мы рассмотрим различные методики применения лазерной терапии при заболеваниях сосудов.
Подробнее
09.02.2022
Лазерная медицина в неврологии
Накоплены многочисленные факты эффективного использования лазерной терапии во многих областях медицины, в том числе в неврологии и нейро­хирургии. Для лечебных воздействий чаще всего применяют гелий-неоновые лазеры (ГНЛ) и инфракрасные импульсные полупроводниковые лазеры (ИИПЛ), лучшим представителем этого класса является аппарат РИКТА.
Подробнее


Список избранного пуст

Избранные товары

Товар Удалить