Принцип действия лазера сложен. Согласно планетарной модели строения атома, предложенной английским физиком Э. Резерфордом (1871–1937), в атомах различных веществ электроны движутся вокруг ядра по определенным энергетическим орбитам. Каждой орбите соответствует определенное значение энергии электрона. В обычном, невозбужденном, состоянии электроны атома занимают более низкие энергетические уровни. Они способны только поглощать падающее на них излучение. В результате взаимодействия с излучением атом приобретает дополнительное количество энергии, и тогда один или несколько его электронов переходят в отдаленные от ядра орбиты. То есть на отдаленные от ядра орбиты, то есть на более высокие энергетические уровни. В таких случаях говорят. Что атом перешел в возбужденное состояние. Поглощение энергии происходит строго определенными порциями — квантами. Избыточное количество энергии, полученное атомом, не может в нем оставаться бесконечно долго — атом стремится избавиться от излишка энергии.
Возбужденный атом при определенных условиях будет отдавать полученную энергию так же строго определенными порциями, в процессе его электроны возвращаются на прежние энергетические уровни. При этом образуются кванты света (фотоны), энергия которых равна разности энергии двух уровней. Происходит самопроизвольное, или спонтанное излучение энергии. Возбужденные атомы способны излучать не только сами по себе, но и под действием падающего на них излучения, при этом излученный квант и квант, «породивший» его, похожи друг на друга. В результате индуцированное (вызванное) имеет ту же длину волны, что и вызвавшая его волна. Вероятность индуцированного излучения будет нарастать при увеличении количества электронов, перешедших на верхние энергетические уровни. Существуют так называемые инверсные системы атомов, где происходит накопление электронов преимущественно на более высоких энергетических уровнях. В них процессы излучения квантов преобладают над процессами поглощения.
Механизмы воздействия лазерного излучения на организм человека достаточно изучены и применяются для лечения многих заболеваний. Применение лазерного лечения основывается на взаимодействии света с биологическими тканями, и при фотохимическом воздействии поглощенный биотканями свет возбуждает в них атомы и молекулы, вызывает фотохимические реакции синтеза или распада молекул. Полученный в клетке сигнал усиливается и трансформируется, происходит активизация ферментов и биосинтетических процессов в клетке и достигается макроэффект в виде ускорения пролиферации клеток. Биологическое действие света на живой организм сопряжено с поглощением квантов определенной длины волны специальной фоторегулирующей системой, которая включает пигмент из группы порфиринов. Взаимодействие данного фотоакцептора с квантом красного света вызывает активацию окислительных систем с последующей перестройкой системы РНК, ДНК и белков, что ведет к изменению синтетической активности клеток. Одновременно с синтетической функцией происходит активация биохимических реакций с инициацией ферментов активных аллостерических центров и ростом их количества. С одной стороны, лазерное излучение взаимодействует с гемоглобином и переводит его в более выгодное конформационное состояние для транспорта кислорода. Увеличение оксигенации способствует усилению метаболизма клеток крови и других тканей организма в целом. С другой стороны, квант «лазерного излучения» повышает образование энергетической «валюты» клеток — АТФ.
В основе биостимулирующего действия лазерного излучения в красном и инфракрасном диапазонах лежат процессы активного захвата квантов света молекулами — фотосенсибилизаторами, транспортирующими энергию к негативным формам молекул с последующим разрывом ионных связей в них и образованием свободно заряженных ионов. Одновременно происходит повышение проницаемости клеточных мембран для этих ионов и ферментов, в результате чего увеличивается биоэнергетическая активность клеток в белковом, нуклеиновом и липидном обмене. При поглощении лазерного излучения оно полностью превращается в тепловую энергию. В результате происходит тепловое расширение цитоплазмы, активация различных ферментных систем и, возможно, изменение вязко-эластических свойств мембран, которые служат естественными границами раздела фаз в биологическом пространстве. Эти изменения на молекулярном уровне могут стать толчком для более глубоких вторичных эффектов.
Поглощаемые тканями инфракрасные лучи целиком превращаются в тепловую энергию вибрации молекул. Тепловое расширение протоплазмы клеток может обусловить гидродинамические эффекты, которые становятся исходным импульсом общего действия инфракрасного лазера. Даже кратковременное повышение температурных колебаний в критических участках молекулы приведет к ее переводу в новое конформационное состояние с другой реакционной способностью. Фотоактивация в сложном биологическом объекте, таком как организм человека, происходит в виде многоступенчатого процесса. В организме человека, помимо специализированных фоторецепторов, имеется достаточно много фоторецепторов с универсальными свойствами. К их числу относятся гемоглобин, имеющий различные полосы поглощения в зависимости от состояния в окси- или дезоксиформе: порфирины, циклические нуклеотиды, железо и медьсодержащие ферменты (каталаза, супероксиддисмутаза), ферменты окислительно-восстановительного цикла, цитохромы, пигменты и другие вещества. Интенсивность воздействия лазерного излучения определяется как характером самого излучения (длина волны, плотность излучаемой мощности, экспозиция, модуляции по частоте и амплитуде и т.д.), так и свойствами биосистем. Глубина проникновения лазерного луча в биообъект зависит от длины волны, излучения и методики воздействия (контактная, дистантная). Проникающая способность излучения постепенно увеличивается от ультрафиолетовой до оранжевой спектральной области.
Характер действия лазерного излучения на биологический объект во многом зависит от длины и мощности лазера. При воздействии ЛИ на костную ткань происходит активизация регенерации костной ткани в виде ускоренной пролиферации остеобластов и остеокластов при одновременном усилении клеточной дифференцировки; ускорение процесса перестройки костной мозоли, повышение содержания в кости кальция, фосфора и белка, увеличение объема кости, васкуляризация костной ткани. Под влиянием лазерного излучения низкой интенсивности на суставный хрящ наблюдается противовоспалительное действие НИЛИ, увеличение уровня фибриногена, пролиферация фибробластов. Положительный эффект от лазерной терапии при деформирующих артрозах и артритах выражался в ликвидации или уменьшении болевого синдрома, нормализации или увеличении объема движений в пораженном суставе, исчезновении скованности и облегчении ходьбы. ЛИ стимулирует деление изолированных мышечных клеток. В основе этого эффекта лежит свойство данного излучения усиливать антиапоптозные процессы, что свидетельствует о протективной роли ЛИ в активизации регенерации тканей. Влияние ЛИ на дистрофические изменения в скелетной мышцы проявляется в антипарабиотическом действии (выведение очага альтерации из экзальтационной стадии парабиоза), улучшении обмена веществ и переноса кислорода в мышце за счет васкуляризации мышечной ткани, в увеличении объема митохондрий, ответственных за энергетические процессы.
Результаты экспериментальных исследований подтверждают стимулирующее воздействие лазерного излучения низкой интенсивности на заживление ран.
Положительное воздействие НИЛИ на течение раневых процессов мягких тканей проявляется в сокращении экссудативной фазы воспаления, снижении микробной обсемененности раны, повышении фагоцитарной активности макрофагов, стимуляции ангио- и фибриллогенеза, процессов эпителизации раны, в ускорении сроков заживления.
Все методы ЛТ, применяемые для лечения больных ортопедо-травматологического профиля можно разделить на две большие группы — инвазивная ЛТ (производится с нарушением целостности ткани) и неинвазивная (без нарушения целостности ткани).
Наиболее часто применяют наружную (чрескожную) лазеротерапию. Облучение проводят по полям, зонам, точкам акупунктуры. Используют варианты стабильной (неподвижной) и лабильной (сканирование лазерным лучом) методики. Облучение можно проводить сфокусированным и расфокусированным лазерным лучом, через воздушную или через жидкую среду. Кроме того, можно выделить дистантное (с определенным зазором между кожей и излучателем) и контактное (без зазора) воздействие.
При контактном воздействии лазерное излучение при помощи световода либо излучающей головки подается непосредственно на кожу без зазора между ними. Различают контактное, контактное с компрессией (дозированное давление на кожу торцом световода или излучающей головкой) и контактно-зеркальное воздействие (по сторонам световода располагают отражающее зеркало). Для усиления поглощения лазерного излучения (в патологически измененных тканях) можно использовать некоторые красители, поскольку в окрашенных зонах поглощение лазерной энергии в красном диапазоне увеличивается до 60–70 % что, естественно, усиливает терапевтический эффект.
Воздействие на организм с лечебной или профилактической целью НИЛИ через точки акупунктуры получило название пунктурной лазеротерапии, или лазеропунктуры. Акупунктурные эффекты базируются на фило- и онтогенетически сложившихся взаимоотношениях кожи и внутренних органов, взаимодействии соматической и висцеральной афферентации в структурах нервной системы на различных уровнях. Акупунктурные зоны отличаются более высокой чувствительностью к различного рода физическим воздействиям, поэтому при их стимуляции следует ожидать более выраженный лечебный эффект при небольшой дозе воздействия. Таким образом, низкоэнергетическая лазерная стимуляция точек акупунктуры позволяет в значительной степени расширить терапевтический диапазон. Поскольку акупунктурные зоны обладают более высокой концентрацией не только нервных, но и сосудистых элементов, при лазеропунктуре воздействию подвержены большой объем крови и значительное количество кровяных клеток, что вызывает эффект подобный тому, который получают при лазерном облучении крови. Для лазеропунктуры наиболее часто используют маломощные лазеры, генерирующие излучение в красной и ближней инфракрасной областях оптического спектра. Лазеропунктуру осуществляют как в непрерывном режиме генерации излучения, так и в импульсном.
К методам инвазивной лазерной терапии, применяемым в ортопедии и травматологии, относят: Внутрисосудистое лазерное облучение крови (ВЛОК); Лазеропунктура (инвазивная) — глубокая лазерная стимуляция точек акупунктуры (ТА) через полую иглу, в которую введен световод; Внутритканевая ЛТ (внутрикостная, периостальная, миофасциальная, внутрисуставная). Одним из вариантов лазерной терапии является внутрисосудистое лазерное облучение крови (ВЛОК), которое в настоящее время нашло весьма широкое практическое применение. В основе лечебного действия лазерного излучения в данном случае лежит взаимодействие когерентного монохроматического излучения со структурами крови, прежде всего клеточными элементами, а также влияние на гемоглобин и перевод его в более «удобное» для транспорта кислорода конформационное состояние.
Показанием для внутрикостной лазеротерапии является выраженная болезненность костных структур. Показанием для периостальной лазеротерапии служит умеренно и слабо выраженная болезненность костных структур. Внутрикостную и периостальную лазеротерапию можно дополнять миофасциальной лазеростимуляцией. Для воздействия на костные структуры производят внутрикостную пункцию (глубина 0,3–1 см), миофасциальные уплотнения — внутримышечную пункцию (глубина 4–5 см), при периостальном воздействии пунктируют надкостницу (глубина 0,1–0,2 см) , при проведении внутрисуставной ЛТ производят пункцию сустава. Пункцию выполняют с помощью инъекционной иглы с мандреном, насаженной на шприц. После достижения необходимой глубины мандрен удаляют и вместо него вводят гибкий световод, подсоединенный к источнику лазерного излучения.
Следует подчеркнуть, что при внутрикостной лазеротерапии, помимо местного биостимулирующего эффекта, значительную роль играет воздействие лазерного излучения на кровь, циркулирующую в лакунах губчатого вещества кости. Это способствует возникновению не только локального, но и определенного регионарного биостимулирующего действия, обусловленного общностью гемоциркуляции.
Инвазивная лазеротерапия применяется в тех случаях, когда использование наружного или сочетанного методов не может оказать желаемого эффекта: это больные с выраженными болевыми симптомокомплексами на поздних стадиях деформирующего артроза и с тяжелыми нейродистрофическими синдромами.
Благодаря высокой клинической эффективности, широкому спектру показаний к применению при малом количестве побочных эффектов, простоте проведения процедур и высокой экономичности использования, лазеротерапия стала одним из основных методов восстановительного лечения больных с патологией опорно-двигательного аппарата.
