Способ лазерной терапии заболевания глубоких слоев дермы

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ЛАЗЕРНОЙ ТЕРАПИИ ЗАБОЛЕВАНИЯ ГЛУБОКИХ СЛОЕВ ДЕРМЫ(71) Заявители Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук БеларусиУчреждение Российской академии наук Физический институт им. П.Н.Лебедева РАН(72) Авторы Барун Владимир ВладимировичИванов Аркадий ПетровичЗахаров Станислав Дмитриевич(73) Патентообладатели Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук БеларусиУчреждение Российской академии наук Физический институт им. П.Н.Лебедева РАН(56) ЗАХАРОВ С.Д. и др. Светокислородный эффект - физический механизм активации биосистем квазимонохроматическим излучением. Препринт 1. Физический институт имени П.Н. Лебедева РАН. - М., 2006. - С. 20-44. ИВАНОВ А.В. Физические основы лазерных методов в онкологии Автореф. дис. - М., 2003.2315639 1, 2008.2208049 1, 2003.(57) Способ лазерной терапии заболевания глубоких слоев дермы, включающий воздействие на поверхность кожи светом в желтом диапазоне спектра, отличающийся тем, что воздействие оказывают светом с длиной волны, смещенной на 5-8 нм в красную область спектра относительно максимума поглощения молекулярного кислорода в дерме при 586 нм. Изобретение относится к области спектроскопии и биомедицинской оптики, в частности к световому облучению биологической ткани при совместной лазерной терапии заболеваний поверхности кожи и глубоких слоев дермы, и может быть использовано при неинвазивном лечении и профилактике заболеваний биотканей на глубине более 1,5 мм под поверхностью кожи. Одним из механизмов воздействия лазерного излучения на биоткань является светокислородный эффект (СКЭ) 1. Он заключается в спектрально-селективном поглощении оптических фотонов молекулярным кислородом 2, растворенным в биоткани, и инициировании электронных переходов в молекуле 2 из основного триплетного в синглетные состояния. Генерируемый синглетный кислород оказывает активирующее или повреждающее (в зависимости от дозы облучения) действие на биосистему. СКЭ был обнаружен 2 путем непосредственного измерения спектров действия (СД) света на эритроциты крови 18241 1 2014.06.30 3. Оказалось, что СД совпадают в пределах экспериментальных погрешностей со спектром поглощения растворенного 2. Отсюда был сделан вывод о том, что молекулярный кислород является одним из возможных первичных фотоакцепторов облучения. Благодаря возбуждению синглетного кислорода СКЭ имеет много общего с фотодинамическим эффектом, но при этом не требует ввода фотосенсибилизатора. СКЭ используется для светотерапии различных заболеваний организма человека, включая онкологические 1, 4. Количество синглетного кислорода, образованного в единицу времени при облучении вследствие СКЭ, пропорционально световой мощности поглощенной 2. Чем оно больше,тем заметнее терапевтический эффект, особенно при лечении онкологических заболеваний. Однако доставка большой мощности излучения к требуемому участку в глубине биоткани затруднительна. Биоткань, как известно, является сильно рассеивающей и поглощающей свет средой, существенно ослабляющей падающее внешнее излучение. Глубина проникновения света в ткань варьируется от долей до нескольких миллиметров в зависимости от длины волны 5. Увеличение мощности облучения обеспечивает пропорциональный рост поглощенной световой мощности, но приводит к ряду нежелательных последствий, например к излишнему нагреву здоровых участков ткани, их возможной коагуляции и разрушению. Кроме того, бесполезно тратится избыточная энергия. Известен способ облучения биоткани при лазерной терапии путем ввода света внутрь вены по световоду 6. Хотя при этом свет не испытывает потерь и вводимая световая энергия может быть точно контролируема, недостатком указанного способа является его инвазивный характер, что неприемлемо для многих пациентов. Наиболее близким является способ 7 облучения биоткани светом при лазерной терапии и хирургии, фотодинамической терапии, биостимуляции тканей, когда длину волныоблучения выбирают в максимуме полосы поглощения молекулярного кислорода. Недостатком способа является малая мощность, поглощаемая молекулярным кислородом при совместной лазерной терапии заболеваний поверхности кожи и глубоких слоев дермы. Задачей настоящего изобретения является увеличение мощности, поглощаемой молекулярным кислородом в глубине биоткани при лазерной терапии заболеваний поверхности кожи и глубоких слоев дермы. Решение поставленной задачи достигается тем, что способ лазерной терапии заболевания глубоких слоев дермы включает воздействие на поверхность кожи световым пучком в желтом диапазоне спектра с длиной волны, смещенной на 5-8 нм в красную область спектра относительно максимума поглощения молекулярного кислорода в дерме при 586 нм. На фигуре а изображен нормированный дифференциальный спектрпоглощения света молекулярным кислородом на различных глубинах в дерме,0,3 (кривая 2), 1,5 (3) и 3 мм (4). Штриховой кривой 1 показан исходный спектр поглощения 2. На фигуре б - нормированный спектр поглощениясвета молекулярным кислородом, интегральный по слою дермы 18 мм, при 11 (кривая 2), 1,5 (3), 2 (4) и 3 мм(5). Штриховой кривой 1 показан исходный спектр поглощения 2. Суть изобретения состоит в следующем. Известно 1, что желтый свет с длиной волны 580-595 нм используют для лечения как злокачественных, так и доброкачественных новообразований приповерхностных участков кожи. Соответствующими примерами патологий являются меланома и гемангиомы типа винные пятна. Эффективность такого облучения обусловлена, во-первых, сильным поглощением дериватами гемоглобина в этой области спектра и, во-вторых, заметной глубиной проникновения света на указанных длинах волн по сравнению с синим участком спектра 5. С другой стороны, примерно в этом же спектральном интервале (577-593 нм) имеется полоса поглощения растворенного молекулярного кислорода 1, которую можно использовать для светотерапии глубоких слоев дермы. 18241 1 2014.06.30 Приведем оценки эффективности облучения биоткани желтым светом в указанном интервале длин волн. Запишем дифференциальную мощность, поглощаемую молекулярным кислородом в единичном объеме опухоли на глубине , в виде 2 ( ,)22 ( )( ,) ,(1) где 2 - объемная концентрация 22 ( ) - спектр показателя поглощения 2(, ) - спектр плотности излучения на глубине . Соответствующая интегральная мощность, поглощаемая 2 в интервале глубин 11, есть (ниже опускаем индекс 2) 1 где 18 мм - толщина дермы и подкожного жирового слоя 8. Как видно из (1) и (2), поглощаемая мощность зависит от произведения (, ). При смещениидлины волны от максимума полосы поглощения 2 показатель поглощениямолекулярного кислорода уменьшается. Однако биоткань имеет особенность,заключающуюся в том, что ее показатель поглощения резко падает в интервале длин волн 580-595 нм при смещении в красную область спектра (0) за счет уменьшения соответствующих показателей основных компонентов ткани - меланина, окси- и деоксигемоглобина 5. Поэтому при 0 плотность излучения (, ) растет на любых глубинах . Таким образом, произведение (, ) может и увеличиваться, и убывать. Когда оно увеличивается, достигается требуемое повышение мощности, поглощаемой молекулярным кислородом. Приведенные соображения являются физической основой предлагаемого способа. Ниже они будут проиллюстрированы конкретными расчетами. Выразим дифференциальные и интегральные значения поглощаемой мощности в относительных единицах, т.е. запишем(, )(, ) /(, )( )(, ) / (, ) ,(3)( )( ) / ,(4) где 586 нм длина волны, соответствующая максимуму полосы поглощения 2 в желтой области спектра. Значенияипоказывают, во сколько раз различаются поглощаемые мощности при облучении поверхности кожи на длинах волн соответственнои . Если 1 или 1, достигается требуемый эффект увеличения поглощаемой мощности при смещении длины волныотносительнона- . Результаты расчетов, произведенных авторами по методике 9, представлены на фигуре. Случай а соответствует дифференциальным, а б - интегральным спектрам поглощения молекулярного кислорода. Штриховой кривой 1 показан исходный спектр поглощения 2 в биоткани 1, нормированный на значение в максимуме при 586 нм. Отметим, что расчеты проводились при широкой вариации объемных концентраций меланина и кровеносных сосудов, типичных для нормальных и патологически измененных биотканей 5. Кроме того, были рассмотрены пространственно-однородная и слоистая структура дермы 8, 9. Оказалось, что спектрыи , нормированные согласно(3) и (4), практически не зависят ни от указанных концентраций, ни от структуры дермы. Поэтому результаты фигуры носят общий характер. Из фигуры а видно, что при малых 0,3 мм (кривая 2) дифференциальный спектрпрактически совпадает со спектром поглощения 2. На всех длинах волн в полосе поглощения молекулярного кислорода 1. С увеличением глубины,1,5 мм (кривые 3 и 4), имеют место значения 1, сначала на 15-20 превышающие поглощенную мощ 3 18241 1 2014.06.30 ность при облучении на 586 нм, а затем в несколько раз. При этом смещение длины волны 5-8 нм. Подобное поведение демонстрирует интегральный спектр поглощениямолекулярного кислорода (фигура б). При 11 мм (кривая 2) 2 поглощает примерно одинаковую мощность в случае облучения на длинах волни смещенных наотносительно. Здесь 1 . При увеличении глубины 11,5 мм (кривые 3-5) имеет место рост поглощаемой мощности до 3-4 раз в случае облучения поверхности кожи на смещенной длине волны . Приведенные примеры показывают, что за счет смещения длины волны облучения на 5-8 нм относительноможно добиться роста мощности, поглощаемой молекулярным кислородом в глубоких слоях дермы (1,5 мм), в несколько раз. Соответствующим образом усиливается и терапевтический эффект облучения. Источники информации 1. Захаров С.Д., Иванов А.В. Светокислородный эффект в клетках и перспективы его применения в терапии опухолей // Квант, электрон. - 1999. - Т. 29. -3. - С. 192-214. 2. Захаров С.Д., Еремеев Б.В., Перов С.Н. Сравнение эффектов лазерного воздействия на эритроциты на длинах волн 1,26 и 0,63 микрон // Кр. сообщ. по физ. ФИАН. - 1989.1. - С. 15-16. 3. Захаров С.Д., Иванов А.В., Корочкин И.М., Данилов В.П. Прямое возбуждение фотонами эндогенного молекулярного кислорода фотофизический акт терапевтического действия лазерного излучения // Лазерная медицина. - 2006. - Т. 10. - С. 4-9. 4. Патент 2325200 (2), МПК 61 33/3861 5/06761 35/0061 33/3861 5/0661 35/00, 2007. 5. Барун В.В., Иванов А.П., Волотовская А.В., Улащик В.С. Спектры поглощения и глубина проникновения света в нормальную и патологически измененную кожу человека // Журнал прикладной спектроскопии. - 2007. - Т. 74. -3. - С. 387-394. 6. Патент 1697738 1, МПК 61 5/06, 1989. 7. Патент 2009/0012587, МПК 61 5/06761 18/18, 2009. 8. Меглинский И.В., Матчер С.Д. Анализ пространственного распределения чувствительности детектора в многослойной случайно- неоднородной сильно рассеивающей и поглощающей свет среде методом Монте Карло // Опт. и спектроск. - 2001. - Т. 91. -4. С. 692-697. 9. Барун В.В., Иванов А.П. Поглощение света кровью при низкоинтенсивном лазерном облучении кожи // Квант, электрон. - 2010. - Т. 40. -4. - С. 371-376. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5