Техносфера - Лазерные технологии в сельском хозяйстве

Содержание

От редакторов ...............................................................................................5

Глава 1. Лазерные технологии в растениеводстве ...................................8

ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О МЕХАНИЗМЕ ДЕЙСТВИЯ ЛАЗЕРНОГО

ИЗЛУЧЕНИЯ...............................................................................................8

1.1.

Критерии оптимальных параметров лазерной терапии

С.Л. Загускин, С.С. Загускина .......................................................8

1.2.

К вопросу о механизмах терапевтического действия

низкоинтенсивного лазерного излучения (НИЛИ)

С.В. Москвин ................................................................................. 29

1.3.

Возможные пути действия низкоинтенсивного лазерного

излучения на мембранные структуры в клетках растений

Л.В. Дударева, Е.Г. Рудиковская, С.П. Макаренко,

С.В. Ланкевич, В.М. Сумцова, Р.К. Саляев ................................ 49

1.4.

Исследование эффекта лазерного облучения семян на

развитие и продуктивность некоторых сельскохозяйственных

культур Л.Ф. Кабашникова .......................................................... 62

1.5.

Повышение функциональной активности репарационной

системы генома яблони домашней, барбариса обыкновенного,

ирги колосовидной под влиянием когерентного

электромагнитного излучения Г.Я. Щербенев ........................... 78

ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРОВ

В РАСТЕНИЕВОДСТВЕ .......................................................................... 89

1.6.

Лазерная стимуляция в растениеводстве; способы

и технологические приемы облучения (обзорная

информация) А.В. Будаговский ................................................... 89

1.7.

Лазерная технология промышленного возделывания

сельскохозяйственных культур

П.С. Журба, Т.П. Журба, Д.Л. Трещев ...................................... 117

1.8.

Использование лазера в лесном хозяйстве

А.П. Максименко, В.А. Герш, Е.Н. Гвоздык .............................. 124

1.9.

Лазерная технология вегетативного размножения растений

А.В. Будаговский ......................................................................... 129

1.10.

Применение лазерного излучения для повышения

функциональной активности плодовых растений

в культуре in vitro Р.П. Евсеева ................................................. 147

1.11.

Применение лазера в селекции косточковых культур

Н.М. Туровцева ........................................................................... 161

1.12.

Разработка технологии лазерного облучения плодов и ягод

в послеуборочный период

А.В. Будаговский, О.Н. Будаговская .......................................... 165

1.13.

Влияние лазерного облучения на естественную убыль

яблок в предреализационный период В.П. Менщиков........... 190

НОВЫЕ МЕТОДЫ ЛАЗЕРНОЙ ДИАГНОСТИКИ

РАСТЕНИЙ ............................................................................................. 193

1.14.

Применение лазерной фотоакустики для измерения эмиссии

этилена листьями огурца, пораженными мучнистой росой

Г.А. Гуди ...................................................................................... 193

1.15.

Лазерные методы функциональной диагностики растений

О.Н. Будаговская ........................................................................ 212

Глава 2. Лазерные технологии в животноводстве ................................ 236

2.1.

Лазерные технологии в животноводстве: отечественный

опыт и сегодняшние возможности

В.Н. Христофоров, И.И. Балковой, А.Я. Грабовщинер ............. 236

2.2.

Новые технологии содержания и выращивания животных,

основанные на использовании лазеров и биостимуляторов

В.А. Синяев .................................................................................. 244

2.3.

Лазерные аппараты серии «СТП» и опыт их использования

в животноводстве и птицеводстве

Т.В. Крылова, В.А. Синяев .......................................................... 247

2.4.

Развитие и использование лазерной биотехнологии

в зооветеринарной практике Кыргызстана

Ю.Г. Быковченко, К.М. Беккулиев, В.М. Петунина ................. 251

Глава 3. Лазерные технологии в производстве и ремонте

сельхозтехники ......................................................................................... 256

3.1.

Повышение износостойкости деталей сельскохозяйственной

техники и почвообрабатывающих орудий лазерным

упрочнением и наплавкой В.П. Бирюков ................................ 256

3.2.

Применение лазерного излучения для упрочнения

и восстановления деталей сельскохозяйственного

машиностроения

И.Ф. Буханова, В.В. Дивинский, В.М. Журавель ...................... 264

От редаторов
В современных экологических условиях наибольшую актуальность приобретают
прецизионные агротехнологии, основанные на строго дозированном
использовании различных регуляторных факторов. Особое
место среди факторов воздействия занимает излучение видимой области
спектра. Свет играет чрезвычайно важную роль в жизни растений и
животных, управляя различными механизмами, вплоть до экспрессии
генов. Фотобиологические процессы хорошо изучены, однако среди них
наблюдают феномен так называемой «лазерной стимуляции», имеющий
важное практическое значение, но не получивший должного теоретического
обоснования. Он заключается в повышении функциональной
активности живых организмов под воздействием света с высокой
статистической упорядоченностью (когерентностью).
Исследования биологического действия лазерного излучения были
начаты в середине шестидесятых годов прошлого века, т.е. сразу после
появления первых серийных моделей лазеров. В известной монографии
С. Файна и Э. Клейна (Fine S., Kleine F., 1965) рассмотрены в основном
эффекты, связанные с поражением тканей и органов человека интенсивным
лазерным излучением. Но вскоре стало ясно, что не меньший
интерес представляет воздействие на живые организмы слабых
когерентных полей. Наибольшее внимание к этому направлению проявили
советские ученые. В середине семидесятых годов в Алма-Ате,
Кишиневе, Львове, Минске, Москве, Саратове сформировались научные
школы и методические центры, ставившие своей целью изучение и
практическое использование биорегуляторного действия лазерного излучения.
Было показано, что кратковременное (от единиц секунд до
десятков минут) воздействие высококогерентного света с интенсивностью,
не превышающей естественный фон, способно существенно повысить
функциональную активность животных и растительных клеток.
Для сельского хозяйства такой неэнергоемкий и экологически чистый
регуляторный фактор представляет особый интерес. На базе лазерных
источников излучения созданы способы и технологические приемы,
позволившие сократить применение гормональных препаратов и
пестицидов, повысить продуктивность и экологическую устойчивость
многих сельскохозяйственных культур и животных, улучшить качество
получаемой продукции.
В растениеводстве лазеры применяли для предпосевной обработки
семян, досветки овощных культур в закрытом грунте, облучения вегетирующих
растений. В 70–80-е годы своеобразным координационным
центром стали конференции по фотоэнергетике растений, проводимые
по инициативе А.А. Шахова и В.М. Инюшина. На них рассматривали
как научные, так и производственные вопросы применения лазеров в
биологии и сельском хозяйстве. По материалам конференций издава6
лись тематические сборники, иногда до 2 раз в год. Доступность информации
и возможность ее обсуждения в среде специалистов весьма
благоприятно сказались на развитии научного направления. Применение
лазеров дало высокий экономический эффект. По данным А.А. Шахова,
в 1977–1982 годах получен дополнительно миллион центнеров
продукции растениеводства. В этот период СССР был безусловным лидером
в области стимуляции растительных организмов когерентным
светом. Созданные лазерные установки и технологические приемы экспортировались
за рубеж, где их успешно применяли.
Социальный и экономический кризис 90-х годов затормозил разработку
и внедрение наукоемких технологий. Однако в настоящее время
вновь появляется интерес к лазерной стимуляции. Предыдущий опыт
показывает, что такой технологический прием перспективен для отрасли,
так как обеспечивает более полную реализацию генетического потенциала
культурных растений и животных. Рентабельность световой
обработки экономически обоснована и подтверждается многолетними
результатами применения в сельскохозяйственном производстве различных
стран. Однако проблему создания лазерных агротехнологий
нельзя считать до конца решенной. Недостаточно исследован механизм
биорегуляторного действия когерентного света. Выбор оптимальных
режимов обработки требует более глубокого обоснования. Многие разработанные
ранее облучательные установки низкотехнологичны и не
позволяют перестраивать параметры используемого лазерного излучения
в достаточно широких пределах. Эти вопросы требуют глубокого
анализа и всестороннего обсуждения.
Лазерная ассоциация стремится возродить традиции и сделать регулярными
конференции и семинары по применению лазеров в биологии
и сельском хозяйстве. Материалы таких конференций могут стать научно-
методической базой для разработки и внедрения экологически чистых
энергосберегающих технологий с использованием когерентного
света. В основу настоящего сборника положены сообщения, сделанные
на научно-практических семинарах «Лазеры в растениеводстве и ветеринарии
» (Минск, 2005) и «Лазерные технологии в сельском хозяйстве:
отечественный опыт и сегодняшние возможности» (Москва, 2007). Включенные
в сборник статьи отражают широкий спектр взглядов на механизм
действия и возможности применения лазерного излучения. Некоторые
из приведенных рассуждений и трактовок представляются
спорными, но абсолютно бесспорны основанные на многократно подтвержденных
практических результатах выводы о высокой эффективности
использования лазерных технологий в сельском хозяйстве и необходимости
их широкого освоения отечественными специалистами этой
отрасли экономики.
В задачи редакторов не входила какая-нибудь принципиальная корректировка
представленных материалов. Исправлению были нуты лишь стилистические ошибки, препятствующие пониманию смысла.
В то же время хочется отметить, что в ряде работ с точки зрения
редакторов присутствуют методические погрешности, фактические неточности
и противоречивые выводы. Хочется надеяться на возможность
обсуждения всех дискуссионных вопросов на будущих семинарах, конференциях
и страницах сборников по одному из интереснейших научных
направлений – применению лазеров в биологии и сельском хозяйстве.
А.В. Будаговский,
И.Б. Ковш
ГЛАВА 1
ЛАЗЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
В РАСТЕНИЕВОДСТВЕ
ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О МЕХАНИЗМЕ
ДЕЙСТВИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
1.1.Критерии оптимальных параметров
лазерной терапии
С.Л. Загускин, С.С. Загускина,
НИИ физики Ростовского государственного университета,
Ростов-на-Дону
Применение лазеров в растениеводстве, в животноводстве и в медицине
в значительной мере лимитируется отсутствием теоретического обоснования
и точных сведений об оптимальных параметрах лазерного
воздействия на живые организмы. Эмпирический поиск оптимальных
параметров оказался практически невозможным. Причина этого не только
в разнообразии и индивидуальном различии морфологических структур
растительных и животных организмов, тканей, клеток, но и в постоянном
изменении их состояния, чувствительности к лазерному
воздействию. Определить оптимальные параметры лазерного воздействия,
при которых можно было бы гарантировать полезный эффект
биостимуляции для повышения всхожести семян, жизнеспособности и
роста растений, повышения иммунитета, избирательного подавления
паразитов растений, лечения различных заболеваний растений, животных
и человека можно только при учете всех факторов, определяющих
ответные реакции живых организмов. В данной работе мы ограничимся
обоснованием критериев оптимальных параметров лазерного облучения
для достижения лечебного эффекта у человека и животных.
Механизм лазерного воздействия
Лечебный эффект лазерного воздействия без побочных негативных влияний
возможно прогнозировать и гарантировать только при учете направленности
реакций конкретного организма, органа, ткани и клеток, подвергающихся
лазерному облучению. Оптимальные параметры лазерного
облучения существенно отличаются для разных органов и тканей одного и
1.1. Критерии оптимальных параметров лазерной терапии 9
того же организма, для отдельных клеток и других структур, находящихся
в разном исходном состоянии в момент лазерного воздействия.
Несмотря на прямые экспериментальные подтверждения этих зависимостей
[1], рекомендуемые в разных методических руководствах параметры
плотности мощности для одной и той же длины волны лазерного воздействия
отличаются иногда на порядок и более. Неопределенность
усиливает использование величины дозы лазерного воздействия без указания
мощности, площади и длительности облучения. Специальные исследования
показали, что использование одной и той же дозы при разном
соотношении плотности мощности и длительности лазерного воздействия
может приводить к совершенно разным результатам (табл. 1.1.1).
Причинами такого положения являются доминирование только клинических
показателей без сравнительных инструментальных и лабораторных
исследований, формальное следование инструкциям для конкретных
аппаратов лазерной терапии без учета индивидуальных
хронобиологических особенностей больных и течения заболеваний. Одни
и те же параметры лазерной терапии, обеспечивавшие положительный
лечебный эффект у одних больных, у других пациентов с таким же заболеванием
нередко оказываются неэффективными или, наоборот, вызывают
передозировку и негативные реакции. Более того, одни и те же
первоначально «удачные» параметры для одного и того же больного
могут оказаться неэффективными или вызывать побочные эффекты в
другое время суток, в другие дни или в другой сезон года.
Для решения этих проблем в первую очередь мы исследовали ритмы
живой клетки и механизмы ее реакций на лазерное воздействие.
Большинство существующих гипотез о терапевтическом механизме лазерного
воздействия основано на фактах поглощения лазерных фотонов,
полученных в спектрофотометрических исследованиях растворов
различных веществ. В качестве первичных акцепторов лазерного воздействия
(He-Ne-лазер, = 633 нм) предполагались порфирины, катаТаблица
1.1.1. Сравнение эффектов лазерного облучения разной плотности
мощности и длительности при одинаковой дозе 0,3 Дж/см2
Эффект лазерной терапии
0,5 мВт/см 1 мВт/см2 5 мВт/см2 
10 мин 5 мин 1 мин
Переход части геля в золь нет + ++
Активность СОД + + нет
Уровень микроциркуляции нет ++ +
Продукция Т-лимфоцитов нет ++ +
Нормализация ЧП/ЧД ++ + нет
Нормализация уровня и ритмов ++ + нет
фрактальной размерности ЧП
Критерии оптимальности
параметров лазерной терапии
10 Глава 1. Лазерные технологии в растениеводстве
лаза, цитохромы, гемоглобин, пигменты, молекулярный кислород и др.
Однако все попытки связать поглощение фотонов этими акцепторами с
биостимуляцией, с усилением энергетического и пластического обмена,
лежащих в основе лечебного эффекта, были умозрительны и не раскрывали
реальные причинно-следственные связи. Фиксированная частота
лазерных импульсов способна лишь уменьшить адаптивные
возможности фермента, имеющего максимум поглощения при длине
волны лазера, но никак не увеличить активность каталазы, ферментов
энергетического обмена или непосредственно синтез ДНК, РНК и белков.
Светокислородной и порфириновой гипотезе противоречат факты
более высокой эффективности лазерного воздействия инфракрасной
области при длинах волн, далеких от максимума поглощения порфиринами
или молекулярным кислородом. Эффективный ответ ткани возможен
и в состоянии гипоксии. Увеличение эффекта по сравнению с
одной длиной волны лазерного воздействия обнаружено при сочетании
разных длин волн, соответствующих разным первичным акцепторам,
при той же суммарной плотности мощности. Участие синглетного кислорода
в формировании интегральной клеточной реакции не вызывает
сомнения, но не является главным и тем более единственным фактором.
Синглетный кислород способен через изменения кластерной структуры
воды и химических связей в окружении коллоидных мицелл влиять
на золь-гель-переходы в компартментах клетки (рис. 1.1.1).
Рис. 1.1.1. Схема связи ритмов золь-гель-переходов с кластерной структурой
воды (Н2О), продукцией синглетного кислорода (1О2), системой
циклических нуклеотидов (ЦН), концентрацией кальция в
цитозоле (Саi), кальциевыми депо, проницаемостью плазматической
мембраны (Pm), мембранным потенциалом клетки (МП),
энергетическим обменом, функцией и биосинтезом в клетке
1.1. Критерии оптимальных параметров лазерной терапии 11
Вне зависимости от природы первичных акцепторов лазерного излучения
направленность ответной реакции клетки любого типа зависит от
изменения концентрации кальция в цитозоле (Саi). Переходный процесс,
вызванный лазерным воздействием, сопровождается вхождением
кальция в клетку из внешней среды или его высвобождением из внутриклеточных
депо, последующей его энергозависимой аккумуляцией в различных
внутриклеточных депо. Если в результате повышается концентрация
Саi свыше 1 мкМ, то это увеличивает проводимость калия и его
выход из клетки, что сопровождается гиперполяризацией и торможением
энергетического и пластического обмена. Лечебный эффект должен
сопровождаться активацией обмена и функции клеток, и в итоге переходного
процесса концентрация Саi, наоборот, должна уменьшаться.
Какие же факторы способствуют эффекту биостимуляции? Во-первых,
чем выше энергетический обмен и энергетические ресурсы клетки в
момент лазерного воздействия, тем больше секвестрируется ионов кальция,
тем больше он закачивается в различные внутриклеточные депо и
тем больше снижается, в конечном итоге, его концентрация в цитозоле.
Во-вторых, это переход части геля в золь, то есть разжижение цитоплазмы,
и снижение концентрации кальция в цитозоле за счет увеличения
растворителя – свободной воды в клетке. На этот фактор вообще не
обращали внимания в условиях доминирования мембранной теории проницаемости,
хотя изменение свободнорастворимого пространства в клетке
может быть главным фактором изменения концентрации кальция в цитозоле
и формирования интегральной реакции клетки. В-третьих, величина
и даже знак интегральной реакции клетки зависят от исходного ее
состояния в момент лазерного воздействия. Наиболее благоприятные для
биостимуляции клетки моменты должны соответствовать определенным
фазам ритмов осмотического давления внутри клетки и во внешней для
нее среде, т.е. не нарушать эти осмотические градиенты. Следовательно,
фазы кровенаполнения ткани и фазы ритмов перемежающейся активности
функциональных единиц, ансамблей клеток в ткани и в органе также
определяют направленность ответов конкретных клеток, ткани и органа
в целом. В-четвертых, параметры ответных реакций и лечебного эффекта
зависят и от фаз ритмов организма в целом, его вегетативного статуса,
гомеостатической мощности и резервов саморегуляции.
Все показатели терапевтического действия лазерного облучения на
уровне организма, органов и ткани достаточно подробно изучены и
могут быть выведены из реакций на уровне клеток и биологических
жидкостей. Интегральная же реакция клетки любого типа на внешние
воздействия, включая и лазерное, определяется системой вторичных
внутриклеточных посредников, образующих общеклеточный колебательный
контур: циклические нуклеотиды – кальций цитозоля – кальций –
связывающие белки. В разных типах клеток существуют разные по емкости
и кинетике кальциевые депо, в которых происходит энергозави12
Глава 1. Лазерные технологии в растениеводстве
симая аккумуляция кальция и его высвобождение в цитозоль при внешних
воздействиях наряду с возможным вхождением кальция из внешней
для клетки среды (рис. 1.1.1).
Переходный процесс в клетке в ответ на внешнее воздействие может
сопровождаться разным соотношением фаз увеличения и снижения Саi.
Увеличение Саi повышает проводимость клеточной мембраны для калия,
что приводит к гиперполяризации клетки, торможению ее функции
и обмена. Снижение Саi ниже порядка 1 мкМ обеспечивает активацию
функции, пластического и энергетического обмена, необходимых
для лечебного эффекта. Отсюда следует, что все факторы, способствующие
существенному снижению Саi в клетке, должны учитываться при
выяснении механизмов лазерной биостимуляции. Однако снижение Саi
может быть следствием не только превышения энергозависимого связывания
кальция над его входом в клетку и освобождением из различных
депо, но и увеличения воды (разжижения цитоплазмы) за счет разрушения
коллоидных мицелл, перехода части геля в золь в компартментах
(автономных участках) клетки.
На уровне клетки в ответ на лазерное облучение обнаружены изменения
самых различных показателей функции, энергетического и пластического
обмена [2]. Однако даже высокая корреляция изменений энергетического
обмена, ДНК, проводимости мембраны с интенсивностью
лазерного воздействия не доказывают первичность этих изменений и
прямую зависимость от них изменений Саi и направленности общеклеточной
реакции. Нельзя с этих позиций объяснить более высокую чувствительность
к лазерному облучению инфракрасного диапазона самых
различных клеток по сравнению с красным. Поглощение ферментами
лазерного излучения не стимулирует их активность, а снижает их адаптивную
регуляцию в биохимических циклах.
Прайминг (активация) лейкоцитов благодаря поглощению лазерного
излучения видимого диапазона порфиринами [3] может способствовать
лечебному эффекту, однако при других условиях или других параметрах
лазерного воздействия возможно торможение функции этих клеток. Наоборот,
для лечебного эффекта при воздействии на другие форменные
элементы крови – тромбоциты необходимо торможение их функции (агрегации).
Порфирины не являются первичными акцепторами для ИКдиапазона
лазерного излучения. Хотя локальный нагрев и гидродинамический
удар в объеме компартмента клетки возможен, вряд ли при
плотности мощности порядка 1 мВт /см2 лазерное излучение видимого и
ИК-диапазонов может непосредственно и избирательно воздействовать
на механорецепторы и терморецепторы кожи. Исключение составляют
рецепторы сетчатки глаза для видимого диапазона лазерного излучения.
Не вызывает сомнения, что лазерное облучение вызывает структурную
альтерацию биологических жидкостей и образование синглетного
кислорода [4]. Однако сводить эффект биостимуляции только к погло1.1.
Критерии оптимальных параметров лазерной терапии 13
щению лазерного излучения кислородом нет оснований. В случае только
этого механизма лечебный эффект должен бы быть существенно выше
при длине волны 1,26 мкм и 0,633 мкм (гелий-неоновый лазер) по сравнению
с другими длинами волн вне максимума образования синглетного
кислорода. Лечебный эффект при акцепции лазерного излучения
только кислородом должен быть резко различным при внутривенном
облучении и при облучении ткани с низким уровнем микроциркуляции,
различным в ткани в состоянии гипоксии и в состоянии артериальной
или венозной гиперемии. Однако по нашим данным во всех
этих случаях эффективность лечения достигается за счет режима биоуправления
и адекватного соотношения глубин модуляции уровня воздействия
по сигналам с датчиков пульса, дыхания и тремора (варьирующая
частота в диапазоне 7–13 Гц) и при восстановлении баланса гемодинамики
артериальной и венозной частей капиллярного русла (рис. 1.1.2).
Рис. 1.1.2. Лазерное воздействие в режиме биоуправления представляет
собой сумму (4) амплитудной модуляции несущей частоты
22,5 кГц ритмом тремора (варьирующая частота в диапазоне
7–13 Гц) – 1, сигналами с датчика пульса – 2, сигналами с
датчика дыхания – 3. Соотношение глубин модуляции по
тремору, пульсу и дыханию меняют в соответствии с характером
местной патологии (гипоксия, артериальная или венозная
гиперемия) и наличием дисбаланса артериальной и
венозной частей капиллярного русла
14 Глава 1. Лазерные технологии в растениеводстве
Изменение кластерной структуры воды и образование синглетного
кислорода не может не влиять на образование и распад мицелл при
фазовых переходах коллоидных гель-золь-структур (рис. 1.1.1). Все другие
первичные акцепторы лазерного излучения соответствующих длин
волн также в результате тепловой диссипации поглощенной энергии и
локального повышения температуры даже на сотые доли градуса способствуют
разжижению цитоплазмы в объеме от 0,5 мкм3 и более. Согласно
нашей гипотезе, переход части геля в золь (разжижение протоплазмы)
даже в отдельном или в нескольких компартментах клетки
является универсальным интегрирующим фактором поглощения лазерного
изучения любой длины волны, определяющим изменение Саi и,
следовательно, направленность общеклеточной реакции.
Длины волн ИК-диапазона, слабо поглощающиеся водой, непосредственно
поглощаются гелем и вызывают переход геля в золь, что
объясняет глубокое проникновение лазерного излучения этих длин волн
и их высокую эффективность. Длины волн ИК-диапазона с сильным
поглощением водой (СО2-лазер) не оказывают при тех же плотностях
мощности и длительности воздействия таких же эффектов биостимуляции.
Сопоставление одинаковых доз не правомочно. Для длин волн
видимого диапазона лазерного излучения, энергия фотонов которых
меньше энергии разрыва внутримолекулярных связей, а плотность мощности
может вызвать только конформационные изменения макромолекул,
возможен временный локальный нагрев в месте первичного поглощения,
что влияет на золь-гель-переходы. Изменения водородных связей
и кластерной структуры воды также, но уже непосредственно влияют
на соотношение золя и геля (рис. 1.1.1).
Таким образом, вне зависимости от природы первичных акцепторов
лазерного излучения различных длин волн главным интегрирующим
фактором, определяющим направленность общеклеточной реакции в
сторону биостимуляции или преобладания деструктивных процессов,
являются фазовые золь-гель-переходы коллоидных структур клетки [5].
Экспериментально нами изучены ритмы этих переходов в диапазоне
дискретного спектра периодов от 100 мкс до года (сезонных изменений).
Они определяют все виды внутриклеточной подвижности. Переходы
второго рода организуют направленность потоков веществ в клетке,
а переходы первого рода – конечный результат регуляции Саi в объеме
части компартментов или всей клетки. Вызванное внешним воздействием
высвобождение кальция может стимулировать переход золя в
гель и обратный эффект торможения функции и обмена в клетке. Гистерезисная
зависимость золь-гель-переходов от локальной температуры,
концентрации Саi и АТФ объясняет явления суммации подпороговых
воздействий и триггерные реакции клетки. В пользу нашей гипотезы
свидетельствует также высокая чувствительность коллоидов in vitro к изменениям
температуры и электромагнитных полей (тесты Пиккарди).
1.1. Критерии оптимальных параметров лазерной терапии 15
Использование одновременно лазерных и светодиодных воздействий
разных областей спектра с первичными акцепторами разной природы
снижает суммарную эффективную плотность мощности. Неаддитивность
эффекта сочетанного воздействия по сравнению с лазерным облучением
одной длины волны увеличивает вероятность биостимуляции различных
тканей и органов. Режим биоуправления при лазерной и светодиодной
терапии с автоматической синхронизацией воздействия с фазами
увеличения энергообеспечения ответных реакций (фазы увеличения
кровенаполнения ткани с открытием капилляров над клетками с повышенной
чувствительностью) расширяет терапевтический диапазон интенсивностей
и гарантирует лечебный эффект. Более слабые воздействия
становятся эффективными, а более сильные еще не вызывают
побочных эффектов и передозировки.
Ритмы золь-гель-переходов в клетках имеют варьирующие периоды
и не могут резонировать на гармонические или фиксированные с одинаковым
периодом воздействия, используемые в большинстве лазерных
терапевтических аппаратов. Однако они синхронизованы и фрактально
согласованы с ритмами кровенаполнения ткани, а режим
биоуправления лазерным воздействием по сигналам с датчиков пульса
и дыхания пациента не нарушает осмотических градиентов между клетками
и средой и обеспечивает биостимуляцию в более широком диапазоне
параметров лазерной терапии. Переходы гель-золь в эритроцитах
и коллоидах плазмы крови обеспечивают деформацию и прохождение
эритроцитов по капиллярам, нормализуют реологические свойства форменных
элементов и вязкость крови.
Согласно гипотезе ряда других авторов [6], эффект лазерной биостимуляции
проявляется при условии согласования пространственного распределения
интенсивности поля лазерного облучения (спекл-структуры)
со структурой биологического объекта, характеризующейся конформационными
состояниями макромолекул. Однако конформационные изменения
макромолекул не могут непосредственно определять общеклеточную
интегральную реакцию биосинтеза, но в тоже время они влияют
на параметры ритмов золь-гель-переходов через кластерную структуру
воды и устойчивость коллоидных мицелл. Пространственная реорганизация
лазерного излучения первым слоем живых клеток обеспечивается
не конформационным состоянием «хороших» макромолекул, а фрактальной
организацией золь-гель-структур, ритмы которых также фрактально
согласованы с ритмами микроциркуляции крови и энергообеспечения.
Указанный механизм может лежать в основе эстафетной передачи
сигналов к глубоко расположенным клеткам облучаемой ткани, причем
ретрансляция может поддерживаться как акустическими сигналами,
возникающими при гидродинамическом ударе при фазовом переходе
золя в гель, так и излучением в видимом и ИК-диапазоне по типу излучения
в УФ-диапазоне по А.Г. Гурвичу при золь-гель-переходах в ядре
16 Глава 1. Лазерные технологии в растениеводстве
клетки при митозе. В режиме биоуправления синхронизация лазерного
излучения с ритмами центрального кровотока, как показали наши исследования
методом доплеровской флоуметрии, уже в первую минуту
приводит к нормализации всегда нарушенного в месте патологии спектра
ритмов микроциркуляции крови. Продолжение лазерного воздействия
в месте патологии в режиме биоуправления автоматически синхронизует
общеклеточные реакции с фазами ритмов увеличения их энергообеспечения,
способствует распространению эффекта биостимуляции
на глубоко расположенные клетки, но не через возбуждение ансамблей
макромолекул, как считают авторы [6], а благодаря синхронизации ритмов
золь-гель-структур в ансамбле клеток с повышенной чувствительностью
в данный момент.
Таким образом, для гарантии биостимуляции и положительного лечебного
эффекта необходим автоматический учет исходного состояния
клеток, иерархии ритмов золь-гель-переходов и фаз ритмов энергообеспечения
ответных реакций, что возможно при методически правильном
использовании режимов биоуправления. Обычная лазерная терапия,
расшатывая параметры гомеостазиса, может вызвать биостимуляцию и
лечебный эффект по типу регуляции по отклонению только при достаточных
резервах саморегуляции и только в достаточно узком диапазоне
параметров, так как терапевтический диапазон зависит от фаз биоритмов
пациента. При тяжелой патологии и сниженной гомеостатической
мощности (дети, пожилые люди) знак реакции на лазерное воздействие
зависит от исходного состояния клеток, органа и организма, поэтому
для биостимуляции необходима регуляция по возмущению в режиме
биоуправления с устранением десинхронозов и согласованием ритмов
не только в месте патологии, но и с устранением компенсаторных нарушений
гомеостазиса в других органах и системах организма.
Режим биоуправления
Невоспроизводимость эффекта обычного лазерного воздействия, прежде
всего, связана с различием исходного состояния клеток, ткани, органа и
организма больного, с разными фазами энергообеспечения ответной реакции.
Кардинальное решение этой проблемы возможно при использовании
в лазерной терапии режима биоуправления – автоматического согласования
амплитуды лазерного воздействия с увеличением кровенаполнения
ткани и органа, раскрытием капилляров вблизи клеток с повышенной
в данный момент чувствительностью к лазерному воздействию,
увеличением транспорта в них метаболических субстратов и диффузии
кислорода. Необходимость биоуправления доказана нами на уровне одиночной
клетки, на ткани и в условиях целостного организма.
Для изучения ритмов функции, энергетики и биосинтеза и их взаимосвязи
в живой клетке нами разработаны и использованы методы количественной
интерферометрии, микрокиноденситографии, микроспект1.1.
Критерии оптимальных параметров лазерной терапии 17
рофотометрии, лазерной микроскопии со скоростной микрокиносъемкой,
электрофизиологии, дифференциальной осциллографической микрополярографии
кислорода, а также методы цитохимии, электронной микроскопии
и электронно-зондового рентгеноспектрального микроанализа
кальция и других элементов. На основании десятков характеристик временной
организации клетки, зарегистрированных в динамике лазерного
и других внешних воздействий, нами разработана алгоритмическая модель
живой клетки [7]. С учетом данных литературы о временной организации
других биосистем разработаны естественная эволюционная классификация
периодов биоритмов, длительности переходных процессов и
постоянных времени обратных связей на всех уровнях биологической
интеграции биосистем и классификация десинхронозов [8, 9]. Практическим
следствием этих классификаций явились новые методы хронодиагностики
состояния клетки, ткани, органа, организма с учетом фазовых,
системных и иерархических десинхронозов и новые методы
биоуправляемой хронофизиотерапии, в том числе лазерной [8–11].
Для наиболее экономичного и полного использования энергоресурсов
клетки для активации ее функции и обмена необходимо согласование ритмов
лазерного воздействия с ритмами кровенаполнения ткани. Ритмы
микроциркуляции крови в месте патологии всегда нарушены и могут сопровождаться
гипоксией, артериальной или венозной гиперемией. Нормализовать
ритмы микроциркуляции крови можно только путем согласования
и перестройки их с помощью ритмов центрального кровотока с
помощью биосинхронизации лазерного воздействия по сигналам с датчиков
пульса и дыхания самого пациента. Для устранения гипоксии или
дисбаланса артериальной и венозной частей капиллярного русла необходима
амплитудная модуляция лазерного воздействия с определенным соотношением
глубин модуляции по пульсу, дыханию и тремору (рис. 1.1.2).
Разработанные нами методы позволяют по сигналам с датчиков пульса
и дыхания, расположенных на теле пациента, автоматически синхронизовать
лазерное воздействие с моментами систолы сердца и вдоха и
модулировать его интенсивность с учетом характера местной патологии в
разном соотношении сигналов пульса, дыхания и тремора. Это позволяет
перестроить и согласовать с ритмами центрального кровотока ритмы
микроциркуляции крови в месте патологии, нормализовать спектр ритмов
микроциркуляции крови соответственно в условиях гипоксии, артериальной
или венозной гиперемии. Ответные реакции клеток, ткани и
органа в моменты достаточных энергоресурсов обеспечивают преимущественное
усиление биосинтетических восстановительных процессов. Нормализация
уровня и спектра ритмов микроциркуляции крови благоприятствует
внутриклеточной регенерации и тканевой пролиферации.
В опытах на одиночной нервной клетке речного рака нами было показано,
что стабильное увеличение синтеза и содержания белка в клетке,
повышение ее возбудимости, выработка временной связи возможны только
18 Глава 1. Лазерные технологии в растениеводстве
при синхронизации внешней функциональной нагрузки с увеличением
энергообеспечения ответных реакций, конкретно с фазами увеличения
энергетических ритмов клетки. На уровне ткани таким благоприятным
моментом, обеспечивающим лечебный эффект, являются фазы увеличения
кровенаполнения ткани, когда открываются капилляры вблизи активных
клеток с повышенной чувствительностью, усиливается диффузия
в них кислорода и транспорт энергетических метаболитов.
Поскольку ритмы энергетики клеток и ткани являются негармоническими
колебаниями, попадать в благоприятные фазы возможно только
путем автоматической синхронизации внешнего воздействия с фазами
увеличения кровенаполнения ткани по сигналам с датчиков пульса
и дыхания, установленных на теле пациента. При обычной же лазерной
терапии с фиксированными частотами воздействия попадание лазерных
импульсов в разные фазы биоритмов энергообеспечения ответных
реакций приводит к разному и поэтому не прогнозируемому суммарному
эффекту как сумме вероятности положительных и негативных реакций
на отдельные импульсы (рис. 1.1.3).
Коррекция спектра ритмов микроциркуляции в месте патологии путем
биосинхронизации лазерного воздействия с ритмами центрального
кровотока позволяет за счет согласования местного и центрального кровотока
восстановить нормальную трофику ткани и функцию органа и
стимулирует избыточный анаболизм. Восстановительные процессы усиливаются
больше, чем деструктивные. Это обеспечивает положительный
лечебный эффект, исключает побочные негативные реакции. Благодаря
варьированию периодов ритмов пульса и дыхания исключается адаптация
(привыкание) ткани к биоуправляемому физическому воздействию.
Рис. 1.1.3. Лазерное воздействие с фиксированной частотой импульсов
не адекватно биоритмам, имеющим всегда варьирующий период.
Оно может случайно совпадать или не совпадать с благоприятными
фазами биоритмов чувствительности и энергообеспечения
ответных реакций
1.1. Критерии оптимальных параметров лазерной терапии 19
Принципиально важным для лазерной и любой физиотерапии в режиме
биоуправления является возможность повышения (или снижения)
чувствительности ткани, органа и организма пациента к лазерному или
иному физическому воздействию. Нами впервые экспериментально доказана
возможность выработки на изолированном нейроне механорецептора
речного рака временной связи между подпороговым лазерным и
адекватным механическим раздражением. После нескольких десятков
таких сочетаний лазерное воздействие, на которое не было никакой реакции,
вызывало функциональный и метаболический ответ (рис. 1.1.4).
Рис. 1.1.4. Выработка временной связи между условным подпороговым лазерным
воздействием и подкрепляющим адекватным механическим
раздражением одиночного нейрона механорецептора речного
рака. 1 – частотограмма импульсной активности нейрона при
действии лазерного подпорогового (пунктирная отметка) и механического
раздражения (сплошная отметка), 2 – сочетанное воздействие,
3 – после прекращения подкрепляющего воздействия.
Видны ответы на прежде подпороговое лазерное воздействие и
следовые колебания частоты после прекращения обоих видов
воздействий, 4 – ответы нейрона на включение только ранее подпорогового
лазерного воздействия
20 Глава 1. Лазерные технологии в растениеводстве
Подобный механизм лежит в основе и обнаруженной нами экспериментально
тканевой памяти, вырабатываемой в режиме биоуправляемой
лазерной терапии. После десятков сочетаний (биосинхронизации) усиления
лазерного воздействия с вдохом пациента и реакцией капилляров
на это воздействие после окончания процедуры поддерживается самим
дыханием нормализованный спектр ритмов микроциркуляции крови в
месте патологии. Реакция капилляров на усиление лазерного воздействия
сохраняется как на условный раздражитель при выработке натурального
условного рефлекса. Для сохранения тканевой памяти и повышения стабильности
лечебного эффекта было достаточно повторить в первый год
курсы биоуправляемой лазерной терапии раз в 3 месяца. Это позволило
получать стабильную ремиссию у больных пародонтозом и исключить
сезонные обострения у больных язвенной болезнью желудка или двенадцатиперстной
кишки.
Развиваемые нами компьютерные методы интерактивной хронодиагностики
и биоуправляемой хронофизиотерапии позволяют индивидуально
автоматически оптимизировать режим лечения и вовремя ограничивать
лечебное воздействие до наступления нежелательных эффектов.
Интерактивный режим хронодиагностики и биоуправляемой хронофизиотерапии
позволяет не расшатывать параметры гомеостазиса, как это
делают в большинстве случаев обычные методы медикаментозной и
физиотерапии, мобилизуя резервные возможности организма, а однонаправлено
их корректировать только в сторону нормализации, что особенно
важно для лечения детей, пожилых людей и тяжелых больных с
малыми резервами саморегуляции.
Критерии оптимальности параметров
лазерной терапии
Ясно, что одних клинических показателей для обоснования индивидуального
дозирования лазерной терапии недостаточно. Врачи, эмпирически
перебрав разные комбинации и условия, убеждаются в невозможности
даже с помощью факторного дисперсионного анализа найти
магические частоты и оптимальные для всех пациентов параметры лазерной
терапии. Гарантировать эффективность лазерной терапии возможно,
только разработав объективные критерии оптимальности параметров
с привлечением методов биофизики, биохимии, физиологии,
микробиологии, иммунологии, биокибернетики, цитологии, хронобиологии.
Поиск адекватных методов оценки эффективности лазерной терапии
продолжается с начала использования в медицине гелий-неонового
лазера. Поскольку клинические оценки не являются оперативными
и носят преимущественно качественный характер, эта проблема стала
еще более актуальной с появлением полупроводниковых лазеров, особенно
ИК-диапазона. Предложено много способов индивидуального
1.1. Критерии оптимальных параметров лазерной терапии 21
дозирования и оценки эффективности лазерной терапии, например, по
реакциям плазмы и форменных элементов крови, по показателю преломления
проб сыворотки крови, по изменению активности ферментов
энергетического обмена в периферической крови, по увеличению в крови
содержания Т-хелперов, по величине хемилюминесценции плазмы крови
и др. Однако ни один из этих методов не позволяет однозначно определить
оптимальные параметры лазерного воздействия для всех пациентов
даже для одного вида заболевания. Причиной этого является большая
индивидуальная вариабельность чувствительности и ее колебания
с различными непостоянными периодами. В этих условиях оптимальные
параметры лазерной терапии можно определить, только используя
обратные связи в интерактивном режиме хронодиагностики и автоматической
индивидуальной синхронизации лазерного воздействия с изменениями
такой чувствительности по показателям, оперативно регистрируемым
на уровнях клетки, ткани, органа и организма.
Изучение в течение 40 лет биоритмов десятков показателей функции,
энергетики, биосинтеза, перераспределения кальция и золь-гельпереходов
в живой клетке привело нас к выводу об энергетической параметрической
зависимости функциональной индукции восстановительных
процессов, лежащих в основе лечебного эффекта [1, 8, 10–16]. Моделирование
механизмов живой клетки позволило нам выявить и затем
экспериментально подтвердить зависимость знака и величины ответных
реакций клетки на лазерное воздействие от фаз ритмов их энергообеспечения
[5]. На уровне ткани, органа и организма была показана
возможность устранения десинхронозов и устойчивого восстановления
параметров гомеостазиса без их раскачивания при условии перестройки
ритмов микроциркуляции в месте патологии за счет синхронизации
лазерного воздействия с ритмами центрального кровотока и с увеличением
кровенаполнения ткани в зоне облучения. Без такой синхронизации
сравнение разных параметров лазерной терапии было невозможно
и невоспроизводимо не только для разных пациентов, но даже для одного
и того же больного. Таким образом, первым необходимым условием
объективного определения оптимальных параметров лазерной терапии
является режим биоуправления.
Экспериментальное подтверждение наличия представительств каждого
органа в других органах в виде сосудистых модулей [17] и изменение
гемодинамики в других органах при воздействии на кровоток одного
органа объясняет системный характер лечения в режиме биоуправления,
увеличение интегральной целостности организма [18]. Причем
у больных с сердечной аритмией или нарушениями функции дыхания
лазерная терапия в режиме биоуправления по сигналам с датчиков
пульса и дыхания оказывала наряду с лечением местной патологии положительный
эффект и на работу сердца и легких. При лечении пародонтита
стабильно исчезал хронический тонзиллит, а заживление тро22
Глава 1. Лазерные технологии в растениеводстве
фических язв на обеих конечностях наблюдалось при облучении только
одной конечности больного. При лечении самых различных заболеваний
положительный эффект наблюдался по сравнению с обычной лазерной
терапией в более широком диапазоне параметров [3, 18–23, 25].
За счет неравномерности пульса и дыхания исключались адаптация и
негативные реакции. Благодаря нормализации спектра ритмов микроциркуляции
исключалась трофическая дискриминация одних клеточных
элементов относительно других. Благодаря образованию тканевой
памяти при многократном сочетании вдоха пациента с реакцией капиллярной
сети на усиление лазерного воздействия во время курса терапии
повышалась стабильность лечебного эффекта.
В большинстве выпускаемых терапевтических лазеров используются
фиксированные частоты с равным периодом следования импульсов.
Однако все биоритмы на всех уровнях от субклеточного до организменного
являются нелинейными негармоническими колебаниями с варьирующими
периодами. Фундаментальные основы цитологии и физиологии
указывают на зависимость ответных реакций от исходного состояния
биосистем, фазном характере их реакций со снижением и повышением
чувствительности, зависимости знака реакции от фаз биоритмов, от
энергообеспечения ответных реакций. Воздействия с фиксированной
частотой приходятся случайно на разные фазы биоритмов, поэтому
фиксированные частоты лазерного воздействия не являются биологически
и физиологически адекватными, а нужный однозначный эффект
не гарантируется. Конструктивно использование фиксированных частот
обусловлено удобством схемотехнических решений. Применение
разных видов модуляции и других произвольных временных параметров
лазерного воздействия в большинстве выпускаемых аппаратов также
не соответствует особенностям временной организации биологических
процессов на уровне клетки, ткани, органа и организма. Эти
обстоятельства объясняют, почему до сих пор в лазерной терапии нет
гарантии и прогнозирования исключительно положительного лечебного
эффекта для всех пациентов. Не случайно в методиках разных авторов
рекомендуемые параметры лазерного воздействия отличаются на
порядок и более. В клинической практике и особенно при лабораторных
и инструментальных исследованиях выясняется, что эффективные
параметры лазерной терапии для одного пациента оказываются для другого
пациента или того же самого, но в другое время суток, сезона года
или вегетативного статуса больного неэффективными или, наоборот,
вызывают негативные реакции.
Использование воздействий по типу «белого шума» не решает проблемы.
Как и в случае фиксированных частот, происходит раскачивание
параметров гомеостазиса. Это может быть полезно при достаточных
резервах саморегуляции, но при тяжелых патологиях, заболеваниях
детей и пожилых людей необходима регуляция не по отклонению, а по
1.1. Критерии оптимальных параметров лазерной терапии 23
возмущению, когда знак реакции зависит от исходного состояния биосистемы,
фаз ее биоритмов. Сканирование по спектру частот в надежде,
что биосистема сама выберет оптимальную частоту, сохраняет ту же
неопределенность эффекта. Постоянных «магических» частот нет, биорезонанса
на одну частоту быть не может, да и время захвата при сканировании
не достаточно. В биосистемах существует лишь многочастотный
параллельный резонансный захват с инвариантным соотношением
периодов иерархии биоритмов [8, 26]. В режиме биоуправления по сигналам
с датчиков пульса и дыхания пациента интенсивность лазерного
воздействия автоматически синхронизована с биоритмами кровенаполнения
ткани, открытием капилляров над ансамблем клеток с повышенной
в данный момент чувствительностью и энергообеспечением ответных
реакций. Такой режим лазерной терапии гарантирует лечебный
эффект для всех пациентов при условии исключения фиксированных
частот кроме несущей, соответствующей максимуму образования синглетного
кислорода (22,5 кГц), включения реверсии при воздействии на
миокард, использования при необходимости задержки для учета скорости
распространения пульсовой волны, регуляции глубин модуляции по
пульсу, дыханию и тремору, использования биологического таймера вместо
физического, хронодиагностики состояния и реакций пациента во время
процедуры по отношению частоты пульса к частоте дыхания и т.д.
Использование режима биоуправления для хирургических лазеров и
при фотодинамической терапии требует воздействия, наоборот, только
в фазы уменьшения кровенаполнения ткани, т.е. в моменты уменьшения
ее теплопроводности и теплоемкости. Режим биоуправления для
этих применений позволяет уменьшить зоны тепловой денатурации и
некроза окружающей здоровой ткани, снизить эффективную плотность
мощности.
Для оценки оптимальности параметров лазерной терапии нами, кроме
клинических показателей, исследовались колебания микроструктур клетки,
связанные с ритмами золь-гель-переходов, активность супероксиддисмутазы
(СОД) эритроцитов крови как показатель антиоксидантной
защиты, спектр ритмов и уровень микроциркуляции крови (методами
лазерной доплеровской флоуметрии и микроплетизмографии), вегетативный
статус и отношение частоты пульса к частоте дыхания
(ЧП/ЧД), клеточный иммунитет (по косвенным показателям дифференциальной
термометрии), хроноструктура, фрактальная размерность,
индексы Херста и Фишера различных биоритмов (табл. 1.1.1).
Золь-гель-колебания, связанные с агрегацией-дезагрегацией различных
микроструктур, ритмами функции, энергетики, биосинтеза и перераспределения
кальция, исследовали методами количественной микроскопии
в нейроне механорецептора рака и в живых клетках буккального
эпителия после лазерного облучения щеки человека или на столике
микроскопа [8, 12–14, 15, 16].
24 Глава 1. Лазерные технологии в растениеводстве
Результаты этих исследований показали повышение эффективности
лазерной терапии при тех параметрах плотности мощности, длительности
и площади одновременного облучения, при которых наблюдались: 1) наибольшее
увеличение амплитуды колебаний микроструктур в клетке (увеличение
разжижения в компартментах цитоплазмы), 2) нормализация активности
СОД, 3) нормализация спектра ритмов микроциркуляции и
увеличение ее уровня, 4) нормализация вегетативного статуса, 5) увеличение
клеточного иммунитета, 6) восстановление хроноструктуры и фрактальной
размерности ритмов R-R-интервалов ЭКГ (табл. 1.1.1).
Все эти показатели взаимно дополняют друг друга и позволяют оценить
направленность реакций на клеточном, тканевом, органном и организменном
уровнях. Нет необходимости в исследовании одновременно
всех этих показателей не только при использовании лазерной терапии в
режиме биоуправления в новых условиях (медицинских учреждениях),
но и при каждом конкретном заболевании. Например, при разработке
методики реабилитации больных, перенесших инфаркт миокарда, оказались
оптимальными те параметры плотности мощности и длительности
облучения зон, которые были определены при разработке лазерной
терапии других внутренних органов. Однако наиболее информативным
для данного конкретного заболевания оказались исследования для R-Rинтервалов
околочасовых и околосуточного ритмов фрактальной размерности
и индексов Херста и Фишера [13] и их уровней в ночное и
дневное время суток. Они оказались намного более чувствительными
для оценки эффективности лечения и прогноза течения заболевания,
чем традиционные показатели суточного мониторирования ЭКГ [21].
Сравнение режима биоуправления с обычной лазерной терапией с
использованием фиксированных частот тех же параметров показало,
что терапевтический диапазон плотности мощности значительно шире
в первом случае, т.е. в режиме биоуправления более слабые воздействия
уже становятся эффективными, а более сильные еще не вызывают отрицательных
реакций. При использовании же фиксированных частот
главная проблема даже не в более узком терапевтическом диапазоне, а
в его смещении в сторону более слабых либо сильных воздействий в
разное время суток, в разные дни и в значительном различии для разных
пациентов. Вероятность не попасть в терапевтический диапазон
при рекомендуемых параметрах становится достаточно большой. Математическое
моделирование энергетической зависимости ритмов функциональной
нагрузки и ритмов восстановительных процессов дает оценку
около 30% для отсутствия суммарного терапевтического эффекта и до
10% для негативного эффекта. Эти данные соответствуют опыту врачей,
которые не скрывают факты отсутствия лечебного эффекта либо
возникновения побочных реакций у ряда больных, которым назначалась
лазерная терапия строго по рекомендуемым в методических руководствах
параметрам.
1.1. Критерии оптимальных параметров лазерной терапии 25
Импульсный режим оказывается предпочтительнее воздействия с
постоянной плотностью мощности, так как биосистемы реагируют на
производную, а к постоянному уровню воздействия быстро адаптируются.
При импульсном режиме больше тепловая диссипация энергии в
клетке и температурные градиенты в участках поглощения акцепторами
лазерного излучения соответствующих длин волн и, следовательно, больше
переход геля в золь и снижение концентрации кальция в цитозоле.
Однако импульсный режим с частотой больше 1 кГц воспринимается
клетками как постоянное воздействие. Наиболее быстрые интегральные
реакции в нервных и мышечных клетках определяются передним
фронтом потенциала действия, равном 1 мс. Различие эффектов разных
частот воздействия меньше 1 кГц определяется различием средней
плотности мощности. Длительность же импульсов лимитируется не скоростью
биологических реакций, а фотохимическими процессами поглощения
энергии лазерных фотонов. Использование нами в качестве
несущей частоты 22,5 кГц или ее гармоник обусловлено максимумом
образования синглетного кислорода, влияющего на структуру воды и
переход геля в золь. В режиме биоуправления нами используются также
несущие частоты с варьированием в интервале 7–13 Гц, которые соответствуют
тремору мышечных волокон и ритму элонгации молекул белка
при синтезе на рибосомах. Нет специальных частот дилатации сосудов
и других магических частот. В режиме биоуправления по мере
образования тканевой памяти чувствительность к физиологически адекватным
(биоритмологическим) воздействиям увеличивается и, благодаря
фрактальности иерархии биоритмов, резко снижаются пороги эффективной
плотности мощности. Этот факт обнаружен нами при
профилактике у больных сезонных обострений язвы желудка. Особую
перспективу представляет рефлексогенный пролонгированный эффект
сочетания биоуправляемой лазерной хронотерапии со сверхмалыми дозами
лекарств.
Для использования методик лазерной терапии в разных условиях
важно указывать отдельно среднюю плотность мощности и длительность
лазерного воздействия, а не дозу, так как лазерные эффекты не
могут суммироваться подобно ионизирующему излучению (табл. 1.1.1).
Скорость тепловой диссипации поглощенной энергии и другие следовые
процессы зависят от исходного состояния цитоплазмы клетки и ее
компартментов в месте локализации акцепторов. Законы Арндта-Шульца,
Вебера-Фехнера, Бунзена-Роско и Лапика-Вейса выполняются, строго
говоря, только при исходно одинаковой чувствительности. В действительности
же данные функции чувствительности любой биосистемы
зависят от эндогенных колебаний энергетики и следовых изменений,
вызванных предшествующим внешним воздействием.
Для получения стабильного эффекта при лазерной терапии некоторых
конкретных заболеваний, как правило, необходима достаточно
26 Глава 1. Лазерные технологии в растениеводстве
большая площадь одновременного облучения. Режим сканирования,
если частота развертки по всей площади меньше 1 кГц, не спасает
положения, так как воздействие производится хотя и на большей площади,
но с фиксированным биологически неадекватным интервалом.
В режиме биоуправления не только повышается уровень, но и нормализуется
спектр ритмов микроциркуляции. Однако если площадь одновременного
облучения недостаточна, то лечебный эффект не оказывается
стабильным. Окружающая ткань вновь сбивает и восстанавливает
патологически измененные ритмы. Для лечения заболеваний
опорно-двигательного аппарата, профилактики и устранения системных
десинхронозов нами разработаны специальные лазерные излучатели,
в том числе матричные, с компьютерным биоуправлением в интерактивном
режиме хронодиагностики и автоматической индивидуальной
оптимизации параметров биоуправляемой магнитолазерной
хронотерапии.
Недостаточная предсказуемость эффектов обычной лазерной терапии
связана не только со сложной нелинейной зависимостью следовых
процессов и температурных релаксаций от частоты, скважности и
длительности импульсов лазерного излучения, но и с иерархией биоритмов
чувствительности и энергообеспечения ответных реакций. Учет
фаз этих биоритмов в десятки раз существеннее, чем поправка с помощью
биофотометра на изменение соотношения поглощения и отражения
лазерного излучения. Подстройка фаз одних биоритмов энергетики
может происходить сама в ходе сеанса (ритмы тремора, миогенной
и нейрогенной компоненты микроциркуляции, околопятиминутные
ритмы перераспределения кровотока) или курса лазерной терапии (околочасовой
и околонедельный ритмы). Фазы суточного и сезонного
ритмов энергетики желательно учитывать при назначении времени
суток и сроков лазерной терапии. Весь спектр биоритмов, отражающихся
в сигналах датчиков пульса и дыхания, возможно учесть только
в режиме автоматической биосинхронизации с нужными фазами. Необходима
оперативная хронодиагностика состояния и контроль реакций
пациента непосредственно во время сеанса лазерной терапии, что
нами проводится по динамике ЧП/ЧД и показателям дифференциальной
термометрии. Для стандартизации условий лазерной терапии, учитывая
различие вегетативного статуса пациента в разные дни и его
внутрисуточные колебания, необходимо использовать биотаймер с
отсчетом времени не в секундах или минутах, а по числу сердечных
сокращений.
Заключение
Оптимальные параметры лазерной терапии в диапазоне значений средней
плотности мощности, импульсной мощности, длительности и площади
одновременного воздействия возможно определить для одного
1.1. Критерии оптимальных параметров лазерной терапии 27
заболевания и пациентов одной возрастной группы только в режиме
биоуправления по комплексу показателей. Основными и достаточными
для данной задачи показателями на клеточном, тканевом, органном
и организменном уровнях могут служить: 1) увеличение золя относительно
геля (разжижение) протоплазмы клеток, 2) нормализация
активности супероксиддисмутазы эритроцитов крови, 3) улучшение и
нормализация спектра ритмов микроциркуляции крови, 4) нормализация
вегетативного статуса и отношения частоты сердечных сокращений
к частоте дыхания, 5) улучшение клеточного иммунитета (косвенный
метод дифференциальной термометрии), 6) повышение
фрактальной размерности (самоподобия периодов в иерархии биоритмов)
и нормализация индексов Фишера, Херста и Баевского межпульсовых
интервалов.
Литература
1. Загускин С.Л., Загускина С.С. Лазерная и биоуправляемая квантовая
терапия. – М.: Квантовая медицина, 2005. – 220 с.
2. Кару Т.И. Фотобиология низкоинтенсивной лазерной терапии / Итоги науки
и техники. Сер. физ. «Основы лазер. и пучков. технол.» // ВИНИТИ. –
1989. – вып. 4. – С. 44–84.
3. Клебанов Г.И. Первичные и вторичные молекулярно-клеточные механизмы
квантовой терапии оптического диапазона спектра // Проблемы
физической биомедицины. – Саратов, 2003. – С. 42–52.
4. Захаров С.Д., Минц Р.И., Скопинов С.А., Чудновский В.М. Структурная
модель неспецифического биостимулирующего действия лазерного
излучения: роль слабопоглощающих фоторецепторов и альтерации структурного
состояния растворов биомолекул // Действие электромагнитного
излучения на биологические объекты и лазерная медицина. – Владивосток.
ДВО АН СССР, 1989. – С. 41–52.
5. Загускин С.Л. Гипотеза о возможной физической природе сигналов внутриклеточной
и межклеточной синхронизации ритмов синтеза белка //
Известия АН. Сер. биолог. – 2004. – № 4. – С. 389–394.
6. Малов А.Н., Малов С.Н., Черный В.В. Физические основы лазерной
терапии. – Иркутск: ИФ ИЛФ СО РАН, 1997. Препринт № 2. – 46 с.
7. Гринченко С.Н., Загускин С.Л. Механизмы живой клетки: алгоритмическая
модель. – М.: Наука, 1989. – 232 с.
8. Загускин С.Л. Биоритмы: энергетика и управление. Препринт ИОФАН
№ 236. М., 1986. – 56 с.
9. Загускин С.Л. Биоритмологическое биоуправление // Хронобиология и
хрономедицина, 2-е изд. Под ред. Ф.И. Комарова и С.И. Рапопорта. –
М.: Триада-Х, 2000. – С. 317–328.
10. Загускин С.Л. Биоритмологический способ лазерной терапии // Лазеры
и медицина. Ч. 2. Междун. конф. Ташкент. – М., 1989. – С. 86.
11. Загускин С.Л., Кантор И.Р. Микропроцессорные устройства для хронодиагностики
и хронофизиотерапии // Медицинские микрокомпьютерные
системы. – Ростов н/Д, 1988. – С. 158–161.
28 Глава 1. Лазерные технологии в растениеводстве
12. Загускин С.Л., Борисов В.А. Биоуправляемая хронофизиотерапия при
травмах и гастроэнтерологических заболеваниях // Вестник РАМН. –
2000. – № 8. С. 49–52.
13. Загускин С.Л., Владимирский Б.М. Статистические приемы анализа распределения
цитохимических компонентов // Современные проблемы машинного
анализа биологических структур. – М., Пущино: Наука, 1970. –
С. 105–112.
14. Загускин С.Л., Загускина С.С. Микроструктурная хронодиагностика состояний
клетки и возможность прогнозирования эффектов лазерной терапии
// Фотобиология и фотомедицина. – Т. 2, № 1. 1999. – С. 57–63.
15. Загускин С.Л., Немировский Л.Е., Жукоцкий А.В., Вахтель Н.М., Бродский
В.Я. Ритм перераспределения тигроида в живом нейроне механорецептора
рака //Цитология. Т. 22, № 8. 1980. – С. 982–987.
16. Загускин С.Л., Никитенко А.А., акад. Овчинников Ю.А., акад. Прохоров
А.М., Савранский В.В., Дегтярева В.П., Платонов В.И. О диапазоне периодов
колебаний микроструктур живой клетки // Докл. АН СССР. 277,
№ 6. 1984. – С. 1468–1471.
17. Гончаренко А.И. Система терминального отражения в организме // Сознание
и физическая реальность. – Фолиум, 1998. Т. 3, № 2. – С. 31–42.
18. Комаров Ф.И., Загускин С.Л., Рапопорт С.И. Хронобиологическое направление
в медицине: биоуправляемая хронофизиотерапия // Терапевтический
архив. – № 8. 1994. – С. 3–6.
19. Баришевская Т.И., Нянчук Т.Б., Васильева Е.Е., Загускин С.Л. Импульсная
инфракрасная лазеротерапия неврита срединного нерва в режиме
биоуправления // Вопр. курорт. – 1996. № 3. – С. 26–28.
20. Беляев С.Д., Засева А.Л., Хетагурова Л.Г., Загускин С.Л. Хронотерапия
больных нейроциркуляторной дистонией в амбулаторных условиях //
Лазерная медицина. 2005. Т. 9, вып. 3. – С. 13–18
21. Загускина С.С. Эффективность биоуправляемой магнитолазерной терапии
в реабилитации больных, перенесших инфаркт миокарда: Автореф.
дисс. к.м.н. РГМУ, Ростов н/Д, 2003. – 22 с.
22. Тернавский О.Г., Загускин С.Л. Мануальная и биоуправляемая лазерная
терапия больных с поражением центральной и периферической нервной
системы и шейным остеохондрозом // Фотобиология и фотомедицина.
Т. 2. 1999. № 1. – С. 20–24.
23. Шангичев А.В., Загускин С.Л. Антиоксидантная система крови при биоуправляемой
лазерной и антиоксидантной терапии больных стриктурами
уретры // Вопросы курорт. – 1999. № 4. – С. 28–31.
24. Волошин Р.Н., Мадорский В.В.. Загускин С.Л. Влияние рефлексотерапии
на эндокринные нарушения при витилиго // Вестник дерматологии.
– 1999. № 4. – С. 40–42.
25. Комаров Ф.И., Рапопорт С.И., Загускин С.Л. Интерактивный режим
хронодиагностики и биоуправляемой хронофизиотерапии при некоторых
заболеваниях внутренних органов // Клиническая медицина. – 2000.
№ 8. – С. 17–20.
26. Загускин С.Л., Прохоров А.М., Савранский В.В. Способ усиления биосинтеза
в нормальных или его угнетения в патологически измененных
клетках // АС СССР № 1481920«Т» от 14.11.86.