Способ повышения локальной концентрации кислорода в биологических тканях пациента

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЛОКАЛЬНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ КИСЛОРОДА В БИОЛОГИЧЕСКИХ ТКАНЯХ ПАЦИЕНТА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Асимов Мустафо Мухамедович Асимов Рустам Мустафович Рубинов Анатолий Николаевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) Способ повышения локальной концентрации кислорода в биологических тканях пациента, заключающийся в том, что проводят гипербарическую оксигенацию, при этом одновременно с проведением гипербарической оксигенации или сразу после нее низкоинтенсивным лазером с длиной волны от 600 до 1000 нм воздействуют через кожу на зону, в которой необходимо повысить концентрацию кислорода, а лазером с длиной волны 414 нм воздействуют внутривенно. 9855 1 2007.10.30 Изобретение относится к области медицины, в частности способу гипербарической оксигенации, и может найти широкое применение в терапии большого спектра заболеваний, связанных с гипоксией - дефицитом кислорода в биологических тканях пациента. Известен способ локального повышения концентрации кислорода (О 2) в биологических тканях пациента, основанный на гипербарической оксигенации (ГБО) под давлением О 2 выше атмосферного 1. В известном способе устранение локальной гипоксии (дефицита кислорода) в биотканях пациента достигается путем оксигенации всего организма в целом, что и обусловливает низкую эффективность. Ближайшим по техническому решению к предлагаемому способу, является способ гипербарической оксигенации, основанный на том, что перед каждым сеансом осуществляют гипертермию дистальных отделов пораженной конечности 2. Данный способ позволяет улучшить функциональное состояние пациентов, страдающих ишемией конечностей, улучшает микроциркуляцию крови и транспортировку кислорода к тканям конечностей, способствует ограничению развития трофических язв,активизирует регенеративные процессы в мышцах кожи и костях. Известный способ позволяет восстановить кислородный баланс в тканях и стимулировать обменные процессы на клеточном уровне. Основным недостатком способа является отсутствие селективности воздействия, вследствие чего его эффективность снижается. Задачей изобретения является повышение локальной концентрации кислорода в биологических тканях пациента. Поставленная задача решается следующим образом. В способе повышения концентрации кислорода в биологических тканях пациента, основанного на гипербарической оксигенации, согласно изобретению, одновременно с проведением гипербарической оксигенации или сразу после нее низкоинтенсивным лазером с длиной волны от 600 до 1000 нм воздействуют через кожу на зону, в которой необходимо повысить концентрацию кислорода, а лазером с длиной волны 414 нм воздействуют внутривенно. Воздействие низкоинтенсивным лазерным излучением непосредственно в полосу поглощения оксигемоглобина крови обеспечивает локальное повышение концентрации кислорода в биологических тканях пациента в зоне облучения, тем самым усиливая метаболизм клеток. Сущность предлагаемого изобретения поясняется рисунками, полученными авторами на основе экспериментальных исследований. На фиг. 1. изображена схема измерений напряжения кислорода в биоткани при облучении - лазером, где 1 - кислородный датчик Кларка, 2 - электролитическая ячейка,3 - зона облучения, 4 - монитор ТСОМ, 5- - лазер на фиг. 2 изображена зависимость степени оксигенации кожи от времени облучения излучением - лазера для трех пациентов. В медицине, при многих патологиях, таких как, например, диабет, ожоги, пролежни и раны, наблюдается недостаточное снабжение тканей кислородом. Снижение доставки кислорода артериальной кровью к клеткам биотканей существенно снижает эффективность медикаментозного лечения, увеличивает риск инфицирования, образования рубцов, и в предельном случае приводит к омертвлению тканей. Этим обусловлено то обстоятельство,что проблеме зависимости эффективности заживления ран от напряженности кислорода в тканях уделяется большое внимание 3-5. В настоящее время установлено, что процесс заживления ран включает следующие основные четыре стадии 5 пролиферации фибробласта, синтеза коллагена, ангиогенез реэпителизации, скорость протекания которых зависит от величины напряжения кислорода в кожной ткани (ТсРО 2). К примеру, дополнительное снабжение кислородом приводит к росту скорости синтеза коллагенов и улучшает процесс заживления раны. Увеличение ТсРО 2 в подкожной ткани способствует повышению защитной функции к бактериям. Величина ТсРО 2 (транскутаного напряжения О 2), непосредственно указывает на содержание О 2 в коже и его состояния метаболизма. Этот параметр является определяющим 2 9855 1 2007.10.30 для установления эффективности заживления ран, особенно после ампутации конечности,когда наступает хроническая ишемия. Экспериментально установлено, что лечение ран существенно усложняется в условиях тканевой гипоксии, т.е. недостаточного снабжения кислородом. Так, при величине ТсРО 2 ниже 20 мм.рт.ст заживление ран происходит крайне трудно. Умеренное заживление происходит при величине ТсРО 2 от 20 до 40 мм.рт.ст. В условиях, когда значение ТсРО 240 мм.рт.ст., то заживление ран идет успешно. Следовательно, величина ТсРО 2 является объективным показателем, по которому можно судить о локальном состоянии ткани и эффективности метаболизма клеток. Суть в предложенном способе заключается в том, что при воздействии лазерным излучениемна кровь чрескожно, или внутривенно, часть излучения неизбежно поглощается 2. При этом индуцируется фотодиссоциация 2, с квантовым выходом с высвобождением кислорода (О 2) и восстановлением гемоглобина 2 О 2. Вызванное фотодиссоциацией дополнительное высвобождение кислорода позволяет устранить тканевую гипоксию, стимулировать аэробный метаболизм клеток и, как следствие, достигнуть желаемого терапевтического эффекта. Экспериментальные измерения повышения степени оксигенации кожной ткани при воздействии лазерным излучением проводились полярографическим методом с использованием кислородного монитора ТСМ-2 фирмыДания. Выбор данного метода обусловлен тем, что транскутантный мониторинга кислорода (ТСОМ -) позволяет непосредственно определить напряжение О 2 в кожной ткани ТсРО 2 в величинах мм.рт.ст. Для локального облучения крови в кожных кровеносных сосудах было выбрано излучение - лазера (рис. 4) с длиной волны 632,8 нм, которая, как было показано в модельных расчетах, попадает в эффективную полосу поглощения 2 и проникает достаточно глубоко в кожную ткань. Выходное излучение лазера составляла 1,1 мВт, имела гауссовый профиль и при диаметре луча 2,5 мм, что обеспечивала мощность облучения 225 Вт/м 2. Исследование эффекта лазерного излучения на степень оксигенации проводились на кожной ткани предплечья добровольцев, в условиях, исключающих предшествующую физическую и эмоциональную нагрузку, в положении сидя при комнатной (22,5 С) температуре. Эти меры необходимы, чтобы исключить влияния указанных факторов на результаты измерений. Результаты измерений зависимости ТсРО 2 от времени воздействия лазерного излучения на кожные кровеносные сосуды тканей предплечья трех пациентов приведены на фиг. 2. Исходная величина ТсРО 2, в отсутствие облучения, индивидуальна для каждого из трех пациентов и характеризует начальную напряженность О 2 в тканях. Зависимость ТсРО 2 от времени воздействия излучением - лазера представлена в нормированном к исходной величине ТсРО 2 виде. Как видно, степень оксигенации ткани растет в зависимости от времени воздействия лазерным излучением и спустя 10 минут выходит на стационарный уровень. Полученные данные наглядно демонстрируют, что во всех трех исследуемых случаях воздействие лазерным излучением приводит к росту величины ТсРО 2. Следует отметить, что несмотря на некоторый разброс в измерениях величины ТсРО 2 в один и тот же момент времени, наблюдается общая закономерность увеличения ТсРО 2 и выход на стационарный уровень. Наблюдаемый разброс вызван индивидуальными особенностями состояния кожной ткани,что и вносит определенную погрешность в измерение величины ТсРО 2 методом ТСОМ. Следует отметить то, что кинетика роста величины ТсРО 2 обусловлена дополнительным высвобождением О 2 в ткань в результате лазерно-индуцированной фотодиссоциации оксигемоглобина. Таким образом, если микроциркуляция крови обеспечивает транспорт 3 9855 1 2007.10.30 кислорода в ткань и поддерживает его напряженность на уровне 30 мм.рт.ст., то воздействуя лазерным излучением - лазера мощностью всего лишь 1,1 мВт можно увеличить локальную величину ТсРО 2 до уровня 50 мм.рт.ст. Таким образом достигается повышение степени оксигенации биоткани при воздействии низкоинтенсивным лазерным излучением. Экспериментально зарегистрировано также повышение парциального напряжения РО 2 в плазме капиллярной крови при внутривенном воздействии низкоинтенсивным лазерным излучением. При этом величина напряжения кислорода в ткани возрастает на 80 от первоначальной (до облучения) величины. Таким образом, полученные результаты убедительно демонстрируют, что лазерноиндуцированная фотодиссоциация 2 позволяет увеличить локальную концентрацию свободного молекулярного кислорода в тканях и достичь необходимого терапевтического эффекта. Источники информации 1. Ефуни С.Н. Руководство по гипербарической оксигенации. - М. Медицина, 1986. С. 156-159. 2. Патент РФ 2209616, 2001. 3..,.,.,.-,26, 12-17, 1988. 4.,,. (1984).. . ., 116, 293-296. 5..,.,.. (1987).. . . . Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4