Лазерная фотодинамическая терапия: основные аспекты и собственное исследование

ЛАЗЕРНАЯ ФОТОДИНАМИЧЕСКАЯ ТЕРАПИЯ: ОСНОВНЫЕ АСПЕКТЫ И СОБСТВЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

Наумович Семен Антонович, доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой ортопедической стоматологии Белорусского государственного медицинского университета, Минск Кувшинов Андрей Вячеславович, кандидат медицинских наук, доцент кафедры ортопедической стоматологии Белорусского государственного медицинского университета, Минск

Naumovich S.A., Kuvshinov A.V. Belarusian State Medical University, Minsk Laser photodynamic therapy: main aspects and own research

Резюме. В статье отражены основные принципы воздействия лазерной фотодинамической терапии на патологически измененные клетки, а также обоснование возможности использования метода для лечения заболеваний периодонта. Представлены материалы, методы и результаты собственного экспериментально-клинического исследования.

Ключевые слова: фотодинамическая терапия, фотосенсибилизатор, лазерное излучение, заболевания периодонта.

Современная стоматология. — 2017. — №2. — С. 44-48. Summary. The article reflects the main principles of the effect of laser photodynamic therapy on pathologically altered cells, as well as the rationale for the use of the method for the treatment of periodontal diseases. The materials, methods and results of our own experimental and clinical research are presented. Keywords: photodynamic therapy, photosensitize, laser radiation, periodontal disease. Sovremennaya stomatologiya. — 2017. — N2. — P. 44-48.

Лазерная фотодинамическая терапия - метод воздействия на патологические клетки, основанный на внутриклеточном запуске цепной лавинообразной свободнорадикальной химической реакции, протекание которой приводит к разрушению структурных элементов клетки и их последующей гибели. Источником цепной реакции служит химическое вещество - фотосенсибилизатор, которое само по себе химически инертно, но способно переходить в возбужденное энергетическое состояние при облучении светом определенной длины волны и необходимой мощности. Механизм преимущественного попадания фотосенсибилизатора в патологически измененную клетку сходен с таковым при использовании цитостатических препаратов в онкологии и основан на относительной энергодефицитности таких клеток. Поэтому захват и накопление питательных веществ такими клетками (к ним можно отнести микробные, опу-

холевые, стареющие клетки) и фармакологических средств осуществляется в первую очередь.

Если цитостатик, попадая в клетки, как патологически измененные, так и здоровые, сразу начинает нарушать процессы их жизнедеятельности, то фотосенсибилизатор не оказывает на нее совершенно никакого воздействия. Это позволяет прицельно направить энергию на тот или иной патологический очаг, в чем состоит принципиальная разница между воздействием химио- и фотодинамической терапии. Инструментом такого фокусированного воздействия является излучение определенной длины волны, которое переводит молекулы вещества-фотосенсибилизатора на более высокий энергетический уровень. Длина волны света, соответствующая максимуму поглощения вещества, носит название пик поглощения фотосенсибилизатора. Для того чтобы свет дошел до клетки-мишени, иногда сквозь достаточно большой тканевой пласт, требуется высокая энергия и

направленность светового пучка. Обладая возможностями индукции высокоэнерге-тичного, когерентного и монохроматично-го светового потока для этих целей лучше всего подходит лазер [11, 13, 14, 18]. Таким образом, после попадания вещества в патологически измененные клетки (клетки опухоли, опухолеподобного образования или микробные клетки воспалительного очага) можно осуществить прицельное разрушающее воздействие, направив на них луч лазера.

После взаимодействия энергии лазерного луча с системой электронов молекулы фотосенсибилизатора последняя вступает в реакцию с молекулой кислорода, который всегда присутствует в ткани. Особенность этой реакции заключается в том, что она протекает по свободнорадикальному типу, в результате чего происходит расщепление молекулы кислорода на две свободнорадикальные частицы (синглетный кислород), чрезвычайно активные и реакционноспособные агенты. Частицы синглетного кислорода

моментально вступают в свободнора-дикальные реакции с близлежащими биологическими макромолекулами клетки-мишени, вызывая образование новых свободных радикалов, в результате чего запускается каскад лавинообразных цепных реакций, ведущий клетку к гибели. При этом клетки, поглотившие вещество-фотосенсибилизатор, но оставшиеся в стороне от активирующего действия светового потока, с последним никак не взаимодействуют [4, 15, 19].

Сегодня основными сферами применения фотодинамической терапии в медицине являются лечение онкологических, воспалительных и язвенно-некротических процессов различных органов и тканей, а также заболеваний кожи. В своей работе мы изучали возможность использования фотодинамической терапии для лечения заболеваний периодонта. Как известно, данный вид патологии трудно поддается излечению, несмотря на большое количество средств и методов, регулярное появление новых технологий и фармацевтических средств. Большую роль в появлении и развитии заболеваний пе-риодонта играет патогенная микрофлора, полностью элиминировать которую крайне сложно и которая является причиной стойкого прогрессирования болезни и возникновения рецидивов.

Трудность ее элиминации связана со следующими причинами:

- микробная устойчивость к соответствующим препаратам общего и местного действия;

- недостаточная концентрация этих препаратов в десневой жидкости и микробной бляшке;

- локализация клеток микробов в толще эпителиального пласта, что делает их недоступными для действия механических средств и антисептических агентов;

- числа пациентов с иммунодефицит-ными состояниями.

Фотодинамическая терапия позволяет справиться с первыми тремя причинами безуспешности периодонтологического лечения. Развитие микробной устойчивости к фотодинамической терапии исключено, а высокая проникающая способность веществ-фотосенсиби-

лизаторов и лазерного излучения позволяет воздействовать на микробные клетки, недоступные для механического и антисептического воздействия. Кроме того, после проведения процедуры фотодинамической терапии (ФДТ) на поверхности десны образуется особая фотокоагуляционная пленка, препятствующая ее реинфицированию. Таким образом, применение фотодинамической терапии после проведения стандартного периодонтологического лечения способствует практически полной санации инфекционного очага в периодонте, делая возможным выход на длительную ремиссию [5, 9, 10, 12, 17, 21].

Результаты собственного исследования

Наша работа состояла из двух этапов: экспериментального и клинического. В ходе экспериментального этапа мы разработали метод и провели моделирование воспалительного процесса в периодонте лабораторных животных (крыс) [6, 7], после чего провели инструментальную, микробиологическую и морфологическую оценку эффективности использования фотодинамической терапии для лечения этого процесса. На основании результатов эксперимента было получено разрешение Министерства здравоохранения Республики Беларусь на проведение клинических исследований.

В своей работе мы разработали и внедрили метод лазерной фотодинамической терапии заболеваний периодонта [8]. При проведении ФДТ используются препараты и оборудование исключительно белорусского производства: в качестве фотосенсибилизатора - препарат «Фотолон» [1, 20, 22, 23], разработанный научно-фармацевтическим центром Республиканского унитарного предприятия «Белмедпрепараты» (создан на базе химического вещества хлорин е6, в основе химической структуры и механизма фотодинамического действия которого лежит молекула хлорофилла), в качестве источника излучения - оптические квантовые генераторы, разработанные Институтом физики им. Б.И. Степанова Национальной академии наук Республики Беларусь, «Родник-1» и «ФДТ-лазер» [2, 11, 13, 14, 18].

Экспериментальный этап работы проводился на 125 лабораторных животных. В зависимости от метода лечения они были разделены на 5 групп (п=25): первую составили крысы со здоровым периодон-том; вторую - животные с экспериментальным периодонтитом, лечение которого не проводилось; третью - животные с экспериментальным периодонтитом, которым проводилась лазеротерапия; четвертую - крысы с экспериментальным периодонтитом, которым проводилась фотодинамическая терапия; пятую -животные, облучение периодонтальных тканей которых осуществлялось лазером по схеме, используемой для ФДТ но без применения фотосенсибилизатора. Оценка результатов проведенного лечения включала наблюдение за общим состоянием животных и изучение состояния тканей периодонта. Использовали инструментальные, микробиологические и гистологические методы.

Инструментальные методы включали проведение пробы Шиллера - Писарева, определение индекса кровоточивости и измерение количества десневой жидкости. Наблюдение за качественными и количественными изменениями в микрофлоре периодонтальных тканей осуществлялось с использованием бактериологического метода. Микробный материал высевался на питательные среды, рассчитанные на следующие виды микроорганизмов: а-гемолитический стрептококк, р-гемолитический стрептококк, негемолитический стрептококк, стафилококк, энтеробактерии, бациллы, кандиды, анаэробы. Результаты выражались в колониеобразующих единицах (КОЕ), а именно в десятичном логарифме, взятом от количества КОЕ. Динамика морфологической картины оценивалась путем проведения гистологического исследования.

Результаты экспериментального этапа работы показали, что фотодинамическая терапия оказывает выраженное антимикробное действие в отношении грамположительных и грамотрицательных бактерий, а также грибов. Тип дыхания не является фактором, определяющим восприимчивость микроорганизмов к

Рис. 1, 2. Картина экспериментальной патологии

Рис. 4. Больная К., 51 год. Диагноз: хро- Рис. 5. Нанесение фотосенсибилизатора на нический периодонтит средней степени. поверхность слизистой оболочки Подготовка к проведению процедуры ФДТ

Рис. 6, 7. Равномерное распределение мази при помощи кисточки и воздушной струи

Рис. 8, 9. Лазерное облучение обработанной слизистой оболочки

ФДТ процедура в равной степени вызывает гибель аэробов, факультативных и облигатных анаэробов. Способность фотосенсибилизатора растворяться в белково-липидных комплексах мембран, а также монохроматичность и когерентность электромагнитных волн в лазерном

световом потоке обеспечивают возможность проникновения фотохимического воздействия на определенную глубину в ткань и уничтожение микроорганизмов, расположенных в межклеточных пространствах эпителиального пласта и недоступных для действия механических

Рис. 3. Состояние периодонта лабораторного животного на третьи сутки после второй процедуры фотодинамической терапии

и фармакологических средств. Данные морфологической оценки полностью согласовывались с результатами клинического и бактериологического исследования. На гистологических препаратах, сделанных через неделю после проведенного лечения, регистрировались лишь незначительные признаки остаточного воспаления. Внутритканевые колонии бактерий и грибов не обнаруживаются [3, 5, 9, 10, 20] (рис. 1-3).

После подтверждения эффективности воздействия фотодинамической терапии на воспалительный процесс в тканях периодонта лабораторных животных и получения соответствующих разрешений мы приступили к проведению клинических исследований. Участие приняли 84 человека в возрасте от 26 до 55 лет без выраженной соматической патологии. Диагностику заболеваний периодонта проводили в соответствии с международной классификацией ICD-DA 1994 WHO. У больных с диагнозом хронический простой периодонтит проводилась также дифференцировка по степени тяжести патологии.

В исследование включались пациенты с диагнозом хронический простой маргинальный гингивит, а также хронический простой периодонтит легкой и средней степени тяжести.

В зависимости от проводимого лечения все больные были разделены на 2 группы.

Первая (основная) группа включала 44 человека: 14 - с хроническим простым маргинальным гингивитом, 11 -с хроническим простым периодонтитом легкой степени, 19 - с хроническим простым периодонтитом средней сте-

пени тяжести. Пациентам данной группы осуществлялся следующий комплекс лечебных мероприятий: санация полости рта, коррекция личной гигиены, проведение профессиональной гигиены, избирательное пришлифовывание зубов, кюретаж периодонтальных карманов, фотодинамическая терапия.

Вторая (контрольная) группа включала 40 человек: 12 - с хроническим простым маргинальным гингивитом, 10 - с хроническим простым периодонтитом легкой степени и 18 - с хроническим простым периодонтитом средней степени. Проводился весь набор лечебных процедур, аналогичный первой группе, но без выполнения фотодинамической терапии.

Оценка результатов лечения осуществлялась с использованием индексных методик и полярографического исследования. Применяли индекс гигиены полости рта 1рина - Вермиллиона (OHI-S), индекс кровоточивости Мюллемана (SBI), индекс гингивита PMA и периодонтальный индекс Рассела (PI).

Для изучения интенсивности кислородного обмена в тканях периодонта использовали метод полярографии. В качестве измерительного прибора применяли компьютерный полярографический комплекс «Polar-1», подключенный к контактному неивазивному датчику. В данной системе величина постоянного тока в тканях периодонта определяет сигнал, который после математической обработки регистрируется на экране монитора в виде полярографической кривой. Величина тока является линейной функцией концентрации кислорода в тканях десны и характеризует ее функциональное состояние. Полярографическое исследование проводилось до лечения, через 5-7 суток после лечения, а также спустя 6 и 12 месяцев [5, 8, 12].

Разработанная нами методика фотодинамической терапии

Клиническая методика выполнения процедуры фотодинамической терапии основывалась на приемах, разработанных на экспериментальном этапе исследования.

При помощи губно-щечного ретрак-тора отводятся в стороны мягкие ткани

приротовой области. На высушенную поверхность десны одного секстанта гладилкой наносится мазь Фотолон из расчета 0,1 мл на 1 см2, при помощи кисточки и воздушной струи она равномерно распределяется по поверхности слизистой оболочки и вносится в полость зубодесневых карманов. Критерием правильности нанесения мази служит образование тонкой равномерной полупрозрачной пленки. Период экспозиции препарата составляет 7-10 минут (за это время действующее вещество проникает в ткань и вступает во взаимодействие с микробными клетками). Далее осуществляется запуск фотохимической реакции при помощи лазерного излучения (длина волны Х=670 нм, плотность мощности 125 мВт/см2, доза 50 Дж/см2). В качестве квантового источника исполь-зрвали аппарат лазерный терапевтический «Родник-1». Длина волны 670 нм соответствует максимуму спектрального поглощения Фотолона и лежит в пределах так называемого «окна прозрачности» биологических тканей. Это позволяет добиться максимального квантового выхода фотохимической реакции, а также уничтожения микробных клеток, расположенных в подповерхностных слоях эпителия. Остатки мази удаляются струей воды.

Процедура проводится последовательно на каждом из четырех секстантов. Сеанс фотодинамической терапии осуществляется однократно. В случае необходимости (тяжелая форма заболевания, недостаточный клинический эффект после первого воздействия) проводится второй сеанс с интервалом в 1 неделю [8] (рис. 4-9).

Процедура фотодинамической терапии выполняется после проведения обязательного комплекса периодонтологических вмешательств.

Выводы:

1. Фотодинамическая терапия является эффективным и безопасным методом лечения болезней периодонта, включение которого в комплекс периодонтологиче-ских мероприятий обеспечивает значительное усиление лечебного эффекта и увеличение сроков ремиссии.

2. Фотодинамическая терапия оказывает выраженное антимикробное действие в отношении грамположительных и грамотрицательных бактерий, а также грибов. Тип дыхания не является фактором, определяющим восприимчивость микроорганизмов к ФДТ: процедура в равной степени вызывает гибель аэробов, факультативных и облигатных анаэробов.

3. Способность фотосенсибилизатора и лазерного излучения проникать в ткань на определенную глубину обеспечивает возможность уничтожения микроорганизмов, расположенных подповерхностно, в межклеточных пространствах эпителиального пласта, и недоступных для действия механических и антисептических средств.

4. Включение фотодинамической терапии в комплекс клинических мероприятий по лечению заболеваний периодонта обеспечивает нормализацию индексных (PMA, SBI, PI) и полярографических показателей, стабильность достигнутых результатов на протяжении 12 месяцев [5].

С целью повышения эффективности комплексного лечения заболеваний периодонта рекомендуем включение фотодинамической терапии в перечень лечебных мероприятий, осуществляемых при его выполнении.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Кочубеев, Г.А. ФДТ-лазер и фотодинамическая терапия базалиомы и метастазов пигментной меланомы с использованием Фотолона и хлорина Е6 / Г.А. Кочубеев, Э.А. Жаврид, Т.В. Ходина, Б.М. Джагаров // Лазеры в биомедицине: материалы Между-нар. научн. конф. / НАН Беларуси; Редкол.: А.Н. Рубинов. - Минск, 2004. - С.158-162.

2. ВФС РБ 05551-2001. Временная фармакопейная статья «Фотолон 0,025 г 0,05 г и 0,1 г для инъекций». Издание официальное. Мин-во здравоохр. Республики Беларусь. Фармакопейный Комитет. - Минск, 2001.

3. Кувшинов, А.В. Морфологическое обоснование применения метода фотодинамической терапии для лечения заболеваний периодонта / А.В. Кувшинов, Н.К. Сугак // Мед. журнал. - 2007. - №2. - С.57-60.

4. Кувшинов, А.В, Наумович С.А. Основные механизмы фотодинамической терапии / Кувшинов А.В., Наумович С.А. // Соврем. стоматология. - 2012. - №1. - С.18-21.

5. Кувшинов, А.В. Применение фотодинамической терапии в комплексном лечении заболеваний периодонта / Автореф. дис. ... канд. мед. наук / А.В. Кувшинов. - Минск, 2009. - 20 с.

6. Кувшинов, А.В. Способ моделирования периодонтита у лабораторного животного: Пат. №10847 Республики Беларусь, МПК7 A61K6/00, G09B23/28 / Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр штылектуал. уласнасцi - 2008. -№3. - С.165.

7. Морозова, Г.А. Ортопедические методы и лазерное излучение в системе комплексной терапии генерализованного пародонтита: Автореф. дис. ... канд. мед. наук / Г.А. Морозова. - Смоленск, 1998. - 17 с.

8. Наумович, С.А., Кувшинов А.В. Методика лечения заболеваний периодонта с применением фотодинамической терапии / Инструкция по применению, утвержденная Министерством здравоохранения РБ 03.12.2010 г. Регистрационный номер №1351110.

9. Наумович, С.А. Фотодинамическая терапия в лечении заболеваний периодонта / Наумович С.А., Кувшинов А.В. // Мед. журнал. -2007. - №1. - С.71-75.

10. Наумович, С.А. Новое в лечении заболеваний периодонта: фотодинамическая терапия / С.А. Наумович, В.Ю. Плавский, П.Т. Петров, А.В. Кувшинов // Соврем. стоматология. -2007. - №2. - С.34-38.

11. Наумович, С.А. Лазерные технологии в стоматологии / С.А. Наумович, А.В. Кувшинов, А.П. Дмитроченко, А.Н. Доста, А.П. Пашук // Соврем. стоматология. - 2006. - №1. - С.4-14.

12. Наумович, С.А. Клиническое обоснование возможности применения метода фотодинамической терапии в комплексном лечении заболеваний периодонта / Наумович С.А., Трухачева Т.В., Кувшинов А.В. // Соврем. стоматология. - 2012. - №2. - С.83-87.

13. Плавский, В.Ю. Современные тенденции

в разработке аппаратуры для низкоинтенсивной лазерной терапии / В.Ю. Плавский, В.А. Мостовников, Г.Р. Мостовникова, А.Б. Рябцев, Н.К. Никеенко // Лазерно-опти-ческие технологии в биологии и медицине: Материалы Междунар. научн. конф. / Институт молекулярной и атомной физики НАН Беларуси; Редкол.: А.Н. Рубинов. - Минск, 2004. - С.62-72.

14. Рубинов, А.Н. К вопросу о механизме биологического действия низкоинтенсивного лазерного излучения / А.Н. Рубинов, А.А. Афанасьев // Лазеры в биомедицине: Материалы Междунар. науч. конф. / Институт молекулярной и атомной физики НАН Беларуси; Редкол.: А.Н. Рубинов. - Минск, 2003. - С.9-17.

15. Скобелкин, О.К. Перспектива клинического применения фотодинамической терапии злокачественных новообразований / О.К. Скобелкин, Е.Ф. Странадко, А.Ф. Миронов, А.С. Колобанов, Г.Д. Литвин, М.И. Петухов // Перспективные направления лазерной медицины: науч. тр. / Академия наук РФ, Мин-во здравоохр. Украины; Под ред. И.О. Матейко. - М., 1992. - С.27-35.

16. Способ моделирования периодонтита у лабораторного животного: Пат. №10847 РБ, МПК7 A61K6/00, G09B23/28/ А.В. Кувшинов // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр нтылектуал. уласнасцк - 2008. - №3. - С.165.

17. Странадко, Е.Ф. Фотохимическое воздействие на патогенные микроорганизмы, вызывающие гнойно-воспалительные заболевания мягких тканей / Е.Ф. Странадко, П.И. Толстых, У.М. Корабоев // Фотодинамическая терапия: Материалы III Всеросс. симпозиума / Мин-во

здравоохр. РФ; Редкол.: С.Е. Гаврилин. - М., 1999. - С.83-91.

18. Улащик, В.С. Новые биомедицинские аспекты низкоинтенсивного лазерного излучения / В.С. Улащик, В.А. Мостовников, Г.Р. Мостовникова, В.Ю. Плавский, И.А. Рыбин, А.Б. Рябцев, Г.А. Татур // Лазеры в медицине: Сб. ст. и докл. Междунар. конф. / Вильнюсский университет; Редкол.: В. Сака-линскас. - Вильнюс, 1995. - С.24-28.

19. Henderson, B.W. How does photodynamic therapy work / B.W. Henderson // Photochem. Photobiol. - 1992. - Vol.55. - P.145-150.

20. Kuvshinov A. V. / Experimental study of Photolon (Fotolon) ointment as a remedy for photodynamic treatment in stomatology / Kuvshinov A.V., Sliakhtsin S.V, Trukhachova TV., Naumovich S.A. // J. Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. - 2008. - Vol.5, Suppl.1. - P.12.

21. Meisel, P. Photodynamic therapy for periodontal diseases: State of the art / P. Meisel, Th. Kocher // J. of Photochem. and Photobiol. B: Biology. - 2005. - Vol.79. - P.159-170.

22. Philipp, C.M. Chlorin-e6-(Fotolon)-PDT. Clinical experiences in the treatment of intraepithelial carcinoma (Morbus Bowen) / C.M. Philipp, U. Muller, P. Urban, H.P. Berlien // Photodynamic Diagnosis and Therapy in Clinical Practice: Materials of Intern. Conf. / Edit. board: V.A. Berlioni, et al. - Brixen, 2006. - P.40.

23. Shliakhtsin, S.V Evaluation of toxicological properties and photodynamic activity of Photolon ointment (an experimental study) / S.V. Shliakhtsin, TV Trukhachova, YP. Istomin, L.N. Dunetz, A.V. Kuvshinov // Photodynamic Therapy: Back to the Future, Edited by D.H. Kessel. - 2009.

Поступила 06.02.2017

г

Республиканская научно-практическая конференция с международным участием «Комплексная реабилитация пациентов в клинике ортопедической стоматологии», посвященная 50-летию кафедры ортопедической стоматологии Белорусского государственного медицинского университета, пройдет 29 сентября 2017 года в Минске во Дворце Республики

Программа конференции - на сайте mednovosti.by

Коллектив редакции журнала «Современная стоматология», а также стоматологическая общественность Беларуси искренне поздравляют сотрудников кафедры ортопедической стоматологии Белорусского государственного медицинского университета во главе с профессором Семеном Антоновичем Наумовичем с полувековым юбилеем! Желают здоровья, процветания и

благополучия, творческих успехов, новых открытий и побед!