Способ определения локальной суммарной концентрации кислорода в кожной ткани при лазерной терапии

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛОКАЛЬНОЙ СУММАРНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ КИСЛОРОДА В КОЖНОЙ ТКАНИ ПРИ ЛАЗЕРНОЙ ТЕРАПИИ(71) Заявители Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук БеларусиИнститут прикладных проблем физики и биофизики Национальной академии наук Украины(72) Авторы Асимов Мустафо МухамедовичАсимов Рустам МустафовичРубинов Анатолий НиколаевичМамилов Сергей АлександровичПлаксий Юрий Степанович(73) Патентообладатели Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук БеларусиИнститут прикладных проблем физики и биофизики Национальной академии наук Украины(57) Способ определения локальной суммарной концентрации кислорода в кожной ткани при лазерной терапии, заключающийся в том, что у пациента определяют частоту пульса Р, концентрацию гемоглобина в крови , степень насыщения гемоглобина крови кислородом до воздействия и при воздействии лазером на кожу - 2 и 2 соответственно, причем 2 определяют на расстоянии 3-3,5 см от точки воздействия лазером, и локальную суммарную концентрацию свободного молекулярного кислорода О 2 рассчитывают по формуле где Т - длительность воздействия лазером- верхний предел концентрации гемоглобина в крови в норме 22-2. Изобретение относится к области медицины, в частности фототерапии и лазерной терапии. Оно может найти широкое применение в дозиметрии оптического излучения для определения эффективности терапевтического воздействия света и низкоинтенсивного лазерного излучения. Известен способ дозиметрии оптического излучения 1, основанный на биологическом отклике при воздействии светом или лазерным излучением на организм. По величине суммарной энергии, определяемой произведением плотности мощности на время воздействия излучения на биологическую ткань, достигается терапевтический эффект. Биологический отклик на воздействие излучения определяют по изменению активности важнейших ферментов метаболизма, проницаемости клеточных мембран, скорости синтеза белков,ДНК, РНК, деления клеток, регенерации тканей, репарации повреждения генетического аппарата клеток, активности иммунной системы и т.п. По отклику совокупности или одного из перечисленных факторов и определяют суммарную величину энергии излучения, обеспечивающей терапевтический эффект (терапевтическую дозу). Недостатком данного способа является низкая достоверность и точность,обусловленная отсутствием привязки к механизму биостимулирующего воздействия излучения, которое и приводит к наблюдаемым изменениям перечисленной выше совокупности параметров. В клинической практике приходится эмпирическим путем подбирать терапевтическую дозу по плотности мощности излучения и времени излучения без учета индивидуальных особенностей пациента, исходного состояния организма и тканей, стадии патологического процесса. При этом отсутствует дифференцированный подход к выбору параметров процедуры с учетом стадии заболевания и состояния больного. Ближайшим по техническому решению к предлагаемому способу является способ, основанный на фотоиндуцированном повышении деформируемости эритроцитов крови 2(прототип). Согласно данному способу, изменения деформируемости эритроцитов от энергии облучения имеют оптимум, по которому и предлагается подбирать терапевтическую дозу излучения. Данный способ имеет определенное преимущество по сравнению с известными способами тем, что предлагает свести привязку терапевтической дозы к определенному параметру, вместе с тем не приводит к повышению достоверности и точности дозиметрии для фототерапии, включая и лазерную. Основным недостатком способа является отсутствие адекватной связи биологического отклика организма по широкому спектру параметров с влиянием деформируемости эритроцитов, что снижает достоверность способа. Задачей изобретения является повышение достоверности и точности определения суммарной концентрации кислорода в кожной ткани при лазерной терапии. Поставленная задача решается следующим образом. В способе определения локальной суммарной концентрации кислорода в кожной ткани при лазерной терапии, заключающейся в том, что у пациента определяют частоту пульса . концентрацию гемоглобина в крови Н, степень насыщения гемоглобина крови кислородом до воздействия и при воздействии лазером на кожу - 2 и 2 соответственно, причем и 2 определяют на расстоянии 3-3,5 см от точки воздействия лазером, и локальную суммарную концентрацию свободного молекулярного кислорода 2 рассчитывают по формуле 2/2 / 100,2 11235 1 2008.10.30 где- время воздействия светом или лазерным излучением, - верхний предел концентрации гемоглобина в норме,22 - 2. Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем, где на фигуре схематично изображено локальное повышение концентрации свободного молекулярного кислорода в кожной ткани при фотодиссоциации оксигемоглобина крови в кожных кровеносных капиллярах под воздействием кванта света. В основе способа лежит использование фотодиссоциации оксигемоглобина крови. Оксигемоглобин транспортирует кислород ко всем клеткам организма. Кислород является ключевым элементом в метаболизме клеток в тканях различных органов. Фотовозбуждение оксигемоглобина светом, включая направленное лазерное излучение, приводит к высвобождению молекулярного кислорода от связанного состояния с атомом железа в гемоглобине (фигура). Следовательно, воздействуя на оксигемоглобин различными способами, например внутривенно или через кожный покров на кровеносные капилляры,можно увеличивать локальную концентрацию свободного молекулярного кислорода в тканях. Универсальность этого явления позволяет использовать его в качестве объективного параметра в дозиметрии оптического излучения для фототерапии и лазерной терапии. Измерение величины насыщения крови кислородом 2 в кожных кровеносных сосудах проводилось следующим образом. Двухволновый пульсоксиметрический датчик, состоящий из двух светоизлучающих диодов 660 нм и 900 нм, располагался на указательном пальце левой руки, охватывая первые две фаланги. Измерения проводились на первой фаланге, чуть ниже ногтя. Белый свет, а также и лазерное излучение направлялись в область сустава между второй и третьей фалангами. Расстояние между точками облучения и измерения порядка 3-3,5 сантиметров. В эксперименте использовался гелий неоновый - лазер с длиной волны излучения 632 нм и мощностью 20 мВт. Диаметр лазерного излучения был около 7-8 мм. При облучении третьей фаланги излучением - лазера наблюдается снижение уровня 2 артериальной крови в кожных кровеносных сосудах. Снижение уровня сатурации артериальной крови при воздействии лазерным излучением связано с фотодиссоциацией оксигемоглобина, что обеспечивает повышение локальной концентрации свободного молекулярного кислорода в ткани. Поток кислорода (2) через облучаемую ткань за один удар сердца можно описать(2)4 О 2 / (4 О 2)С(2/ 100),где С - коэффициент поступления крови в ткань, зависящий от распределения сопротивлений в кровеносной системе организма, - концентрация гемоглобина в крови в граммах/литр, - ударный объем сердца - это объем крови в литрах, выбрасываемый сердцем за один удар,2 - степень насыщения гемоглобина кислородом (сатурация) в процентах,О 2 - концентрация кислорода. Примем во внимание стандартный поток кислорода (2) через облучаемую ткань,который реализуется при 2100 и- норме для возраста. Тогда(2)(2) и его можно выразить таким образом(2)4 О 2 / (4 О 2). Стандартный поток кислорода через облучаемую ткань характеризует поток кислорода, необходимый для снабжения ткани при нормальном состоянии организма и в отсутствии нагрузки. За норму принимается содержание гемоглобина в крови, соответствующее стандартным для данной возрастной категории и полном насыщении крови кислородом. 3 11235 1 2008.10.30 Для определения текущего транспорта кислорода через ткань нормируем локальный ударный поток кислорода через облучаемую ткань к стандартному потоку кислорода(2)/(2/ 100) Этот параметр позволяет нам оценивать текущую эффективность транспорта кислорода в зависимости от концентрации гемоглобина в крови и степени его сатурации. Так, количество кислорода, поступающего в ткань, при облучении 2(2) - (2),где 2 - нормированный поток кислорода без облучения,2 - нормированный поток кислорода при облучении. Количество кислорода, поступившего в ткань, может быть определено следующим выражением 2(2)-(2),где Т - время облучения, а- частота пульса. Подставляя значения для (2) и (2), получим О 2(/(2 / 100) - /(2 / 100 Т/(2 - 2) / 100/2 / 100. Таким образом, суммарное количество кислорода, поступившего в ткань, определяется из соотношения О 2 - Т/2 / 100),где по измерению объективных параметров, как частота пульса, концентрации гемоглобина, величины высвобождения молекулярного при фотодиссоциации оксигемоглобина при воздействии светом или лазерным излучением, а также времени воздействия, определяется суммарная концентрация кислорода для достижения необходимого терапевтического эффекта. Тем самым обеспечивается высокая степень достоверности и точности за счет количественной привязки параметров источника излучения к индивидуальным особенностям состояния пациента в каждом конкретном случае. Источники информации 1. Мостовников В.А., Улащик , Мостовникова Г.Р., Плавский В.Ю., Плавская Л.Г.,Русакевич П.С., Сердюченко Н.С., Рыбин И.А. Параметры низкоинтенсивного лазерного излучения видимого и ближнего инфракрасного спектральных диапазонов, определяющие его биологическую активность и высокий эффект терапевтического действия. Лазеры в биомедицине. Материалы Международной конференции. Гродно. Октябрь 1-3, 2002. Т. 1. Мн., 2003.- С. 30-40. 2. Захаров С.Д., Иванов А.В., Корочкин И.М., Армичев А.В., Бабенко Е.В., Данилов В.П.,Еремеев Б.В., Панасенко Н.А., Перов С.Н., Солдатов А.Н. Доказательство пускового механизма низкоинтенсивной лазерной терапии (НИЛТ) через фотовозбуждение молекулярного кислорода. Лазеры в биомедицине. Материалы международной конференции. Гродно. Октябрь 1-3, 2002. Т. 1. - Мн., 2003. - С. 48-57. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4