Воздействие гелий-неонового лазерного излучения in vitro на эритроциты

МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА

Вестник Омского университета, 2006. № 3. С. 54-56.

© H.A. Давлеткильдеев, H.A. Семиколенова, УДК 543.42.062:616.5

H.A. Юревич, 2006

ВОЗДЕЙСТВИЕ ГЕЛИЙ-НЕОНОВОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ IN VITRO НА ЭРИТРОЦИТЫ

Н.А. Давлеткильдеев*, Н.А. Семиколенова, И.А. Юревич**

* Омский филиал Института физики полупроводников СО РАН

644018, Омск, ул. 5 Кордная, 29, ** Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского кафедра микроэлектроники и медицинской физики 644077, Омск, пр. Мира, 55а

Получена 20 мая 2006 г.

In this article modification of form of human's erythrocytes under the exposure of helium-neon laser in vitro has been investigated. Damages of structure and form of erythrocytes appears at energy fluence about 2.6 J/cm2 (20 minutes of exposure of helium-neon laser in vitro) and irreversible damages appears at energy fluence about 5.1 J/cm2 (60 minutes of exposure of helium-neon laser in vitro).

1. Введение

В настоящее время лазерное излучение широко используется во многих биологических исследованиях и практической медицине. Оно основано на использовании большого числа разнообразных явлений, связанных с взаимодействием когерентного света с биотканями и клетками. Лазерное излучение может отражаться, поглощаться, рассеиваться и переизлучаться биологической средой, и исследование каждого из этих процессов несет информацию о микро- и макроструктуре среды. В зависимости от характера взаимодействия лазерного света с биологическими тканями, различают три вида фотобиологических эффектов:

1. Фото деструктивное воздействие, при котором тепловой, гидродинамический, фотохимический эффекты излучения приводят к резкому нагреву, ионизации и деструкции ткани. При этом имеет место быть коагуляция или абляция. Данный вид воздействия (используются высокоэнергетические лазеры с плотностью мощности больше 10Вт/см2) применяется в хирургической практике [1].

2. Фотофизическое и фотохимическое воздействие, при котором поглощенное биотканями излучение возбуждает в них атомы и молекулы, вызывает фотохимические и фотофизические реакции. На этом виде взаимодействия основывается применение низкоэнергетического лазерного излучения (плотность мощности излучения от 0,7 до 500 мВт/см2) как терапевтического [2].

3. Невозмугцающее воздействие, когда биосубстанция не меняет своих свойств в процессе взаимодействия со светом. Этот вид используют для диагностики [3].

Низкоинтенсивное лазерное излучение улучшает регенерацию тканей, усиливает фагоцитоз, увеличивает гемолитическую стойкость эритроцитов, стимулирует эритропоэз.

В данной статье исследуется влияние гелий-неонового лазерного излучения на эритроциты крови человека.

Экспериментальные и клинические данные показывают, что энергия квантов красного света (длина волны 633 нм) близка к энергетическому уровню, на котором работает живой организм, поэтому воздействие оптических квантовых генераторов, испускающих свет в данной спектральной области, обладает анальгезнрующим, сосудорасширяющим, противовоспалительным действием, а также оказывает стимулирующее действие на организм, активизирует его защитные механизмы, увеличивает скорость заживления ран, повышает уровень биоэнергетических процессов в тканях [4]. Но, несмотря на широкое применение низкоинтенсивного лазерного излучения, механизм биологического действия квантов красного света до сих пор не ясен.

В первых работах, выполненных in vitro, была отмечена высокая фоточувствительность к лазерному излучению эритроцитов, содержащих естественный пигмент — гемоглобин и обладающих большой светопоглощающей способностью.

Воздействие ГНЛ in vitro на эритроциты

55

Ряд авторов [5] показали, что низкоинтенсивное лазерное излучение, не вызывая повреждения эритроцитов человека, обусловливало повышение их резистентности, активацию функций мембраны клеток с перестройкой электрических и сорб-ционных свойств ее поверхности. Применение атомно-силовой микроскопии (АСМ) позволило получить более детальную картину воздействия лазерного излучения на эритроциты крови человека.

2. Методика эксперимента

Для изучения эритроцитов и их изменений при воздействии гелий-неонового лазера in vit.ro использовалась атомно-силовая микроскопия. Облучение проводилось лазером Л Г-75-1 с длиной волны излучения 630 нм и мощностью 0,1-0,5 мВт. Доза облучения крови измерялась калориметрическим твердотельным прибором ИКТ-1Н.

Для исследования использовался мазок гепа-ринизированной венозной крови, приготовленный стандартным для клинической лаборатории методом. После приготовления мазки быстро сушат на воздухе до исчезновения влажного блеска. Далее фиксируют мазки в течение 5 минут в растворе красителя эозина метиленового синего по Май-Грюнвальду. Фиксированные мазки заливают разведенной краской по Романовскому-Гимзе (1-2 капли краски на 1 мл дистиллированной воды). Окрашивание длится в зависимости от температуры воздуха в помещении от 25 до 45 мин. После окончания окраски мазки ставят вертикально в штатив для просушивания.

Исследование мазка АСМ проводилось на воздухе при комнатной температуре в полуконтактном режиме.

3. Результаты и обсуждение

Рис. 1. АСМ-изображение эритроцитов крови человека до облучения

Исследовались мазки крови здорового человека до облучения, после облучения крови гелий-

Рис. 2. АСМ-изображение эритроцитов крови человека после облучения in vitro гелий-неоновым лазером плотностью дозы 2,6 Дж/см2

Рис. 3. АСМ-изображение эритроцитов крови человека после облучения in vitro гелий-неоновым лазером плотностью дозы 5,1 Дж/см2

неоновым лазером плотностью дозы 2,6 Дж/см" (20 минут облучения крови т vit.ro гелий-неоновым лазером) и 5,1 Дж/см" (60 минут облучения крови т vit.ro гелий-неоновым лазером). Полученные данные приведены на рис. 1-3. АСМ-изображение эритроцитов крови человека до облучения представлено на рис. 1 . Эритроциты при этом имеют двояковогнутую дисковидную форму. После облучения крови человека плотностью дозы облучения 2,6 Дж/см" гелий-неоновым лазером ш vit.ro (рис. 2) наблюдается увеличение вогнутости в центре диска эритроцитов, а при облучении плотностью дозы 5,1 Дж/см" (рис. 3) происходит полное разрушение структуры эритроцитов.

АСМ дает представление об изменении формы эритроцитов в процессе взаимодействия с лазерным излучением. Для более наглядного представления приведены структуры среза вдоль эритроцита (рис. 4-5). На рис. 4 представлен срез вдоль эритроцита крови человека до облучения. Диаметр эритроцита - 7,4 мкм, высота - 0,651 мкм, глубина вогнутости в центре эритроцита -0,105 мкм. После облучения крови гелий-неоновым лазером плотностью дозы 2,6 Дж/см" происходит изменение структуры эритроцита (рис. 5): диаметр эритроцита становится равным 7,2 мкм, высота - 0,668 мкм, глубина вогнутости в центре

56

H.A. Давлеткильдеев, H.A. Семиколенова, H.A. Юревич

эритроцита - 0,585 мкм. Следовательно, после а необратимое разрушение - при 5,1 Дж/см (60 облучения крови гелий-неоновым лазером плот- минут облучения гелий-неоновым лазером), ностью дозы 2,6 Дж/см2 эритроциты становятся уже, но при этом увеличиваются в размерах по высоте. Следует отметить, что вогнутость посередине эритроцита резко возрастает, практически не оставляя перемычки между двумя вогнутостями у одного эритроцита.

4. Выводы

Рис. 4. Срез вдоль эритроцита крови человека до облучения

Рис. 5. Срез вдоль эритроцита человека после облучения крови in vitro гелий-неоновым лазером плотностью дозы 2,6 Дж/см2

Для сравнения оптимальной дозой облучения большинства клеточных типов in vivo при низкоинтенсивной лазерной терапии является доза 10 Дж/см2 [6]. При больших дозах происходит альтернация клеток, а при дозе свыше 30 Дж/см -часто необратимые повреждения клеток [7]. Воздействие на организм человека излучения красного спектра приводит к нарушению микроциркуляции в тканях при облучении их дозой более 10 Дж/см2 [8]. Результаты данной работы свидетельствуют о том, что нарушение строения и формы эритроцитов происходит уже при плотности дозы облучения крови in vitro 2,6 Дж/см2 (20 минут облучения гелий-неоновым лазером),

1. Исследовано изменение формы эритроцитов крови человека при облучении гелий-неоновым лазером in vitro допороговой и критической дозой.

2. АСМ выявила нарушение строения и формы эритроцитов после лазерного облучения крови in vitro, что подтверждает необходимость дальнейшего изучения воздействия лазерного излучения на эритроциты как in vitro, так и in vivo.

[1] Грундвалд Э., Дивер Д., Кин Ф. Мощная инфракрасная лазерохимия. М.: Мир, 1981.

[2] Скобелкин O.K. Применение низкоинтенсивных лазеров в клинической практике. М.: 1997. С. 8.

[3] Лисовая H.A. Новый подход к лабораторной диагностике нарушений гомеостаза: диагностические возможности лазерной корреляционной спектроскопии в детской нефрологии / / Нефрология и диализ. 2001. Т. 3. № 1.

[4] Маслова М.Г., Чертюк В.М. Низкоэнергетические лазеры в эксперименте и клинике. Владивосток: Изд-во Дальневост. ун-та, 1991.

[5] Девят.ков Н.Д., Зубкова С. И. и др. Применение лазеров в хирургии и медицине // Материалы междунар. симпозиума М., 1988. Т.1

[6] Байбеков И.М., Касымов А.Х., Козлов В.И., Му-са.ев Э.Ш., Самойлов Н.Г. Морфологические основы низкоинтенсивной лазеротерапии / Под ред. В.И. Козлова и И.М. Байбекова. Ташкент: Изд-во Ибн Сины, 1991. 223 с.

[7] Крюк С.А., Мост.овников В.А., Хохлов И.В. Терапевтическая эффективность низкоинтенсивного лазерного излучения. Минск: Наука и техника, 1986. 286 с.

[8] Каплет М.А., Степанов В.А., Воронина О.Ю. Физико-химические основы действия лазерного излучения в ближней ПК-области на биоткани // Лазеры и медицина: Материалы междунар. конф. Ташкент, 1989. М., 1989. С. 85-86.