Биомодулирующие механизмы действия видимого и инфракрасного поляризованного света Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

Вестник СамГУ — Естественнонаучная серия. 2006. №9(49).

УДК 613.165:547.772.1

109

БИОМОДУЛИРУЮЩИЕ МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ ВИДИМОГО И ИНФРАКРАСНОГО ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА

© 2006 И.С. Липатов, Ю.В.Тезиков, Е.В. Зубиквская, О.В. Максимова, М.А.Есартия^ И.А. Потапова, В.В. Вишняков, П.П. Пурыгин2

В ходе организационного эксперимента получены данные по противовоспалительному, иммуномодулирующему, ранозаживляющему и нормализующему обмен веществ действию видимого и инфракрасного поляризованного света, выделены основные триггерные и молекулярные механизмы действия, даны рекомендации по его дальнейшему изучению и применению.

Введение

Есть основания предполагать, что в процессе эволюции под действием видимой и инфракрасной радиации солнца организм человека и животных подобно растениям, смог выработать специальные механизмы поглощения и утилизации лучистой энергии [1]. Действительно, в животном организме имеется большое количество различных биологических молекул, интенсивно поглощающих видимый и инфракрасный свет: прежде всего, это гемоглобин эритроцитов, ферменты, участвующие в клеточном дыхании, антиоксидантной защите, и многие другие молекулы [2]. Поэтому вполне закономерно, что благодаря сходству с солнечным излучением видимый и инфракрасный поляризованный (ВИП) свет может вызывать в организме целый ряд положительных эффектов. Если триггерные механизмы биологических эффектов ультрафиолетового (УФ) и видимого света принято связывать с фотоальтерацией компонентов эпидермиса, прилегающих к нему тучных клеток и нервных окончаний, то ВИП-свет, проникая в кожу государственный университет достаточно глубоко, достигает густой сети поверхностных микрососудов и может прямо действовать на кровь, циркулирующую здесь с невысокой скоростью [3]. Солнечный свет — основа жизненных циклов всего живого на планете, закрепленных в процессе филогенеза на генетическом уровне [4]. Биологический организм преобразует свет в электрохимическую энергию, которая, активизируя цепь биохимических реакций в клетке, стимулирует (модулирует) обменные процессы и иммунитет [5]. К невидимым глазом частям солнечного спектра относятся

1 Липатов Игорь Станиславович, Тезиков Юрий Владимирович, Зубковская Елена Владимировна, Максимова Ольга Владимировна, Есартия Медея Александровна, кафедра акушерства и гинекологии Самарского государственного медицинского университета, 443099, Россия, г. Самара, ул. Чапаевская, 89.

2 Потапова Ирина Анатольевна, Вишняков Василий Валерьевич, Пурыгин Петр Петрович, кафедра органической химии Самарского государственного университета, 443011, Россия, г.Самара, ул.Акад. Павлова, 1.

ультрафиолетовое и инфракрасное излучения, которые также оказывают биовоздействие. УФ-излучение располагается ниже видимой (более коротковолновой) части спектра, и может оказывать серьезное отрицательное воздействие на здоровье человека [6]. Инфракрасное излучение (ИК) располагается выше видимой части спектра и используется, главным образом, в качестве источника тепла.

В 1981 году группа венгерских исследователей на основании низкочастотного лазера разработала источник света, сочетающий в себе видимую в ИК часть спектра. Этими же учеными было выявлено, что одним из важных параметров для светотерапии является поляризация света [7]. На основании этой технологии была разработана система светотерапии ”Биоптрон”.

Свет ”Биоптрон” (СБ) является поляризованным (световые волны движутся строго в параллельных плоскостях, поляризация света достигает 95%); полихро-матичным (спектр содержит не только одну длину волны как в случае с лазерным светом, а имеет широкий диапазон световых волн, включая видимый свет и часть ИК, СБ не содержит УФ-излучения); некогерентным (в отличие от лазера, СБ — внефазовый свет, т.е. световые волны несинхронизированы); низкоэнергетическим

[9].

Целью настоящего исследования явилось выяснение роли транскутанной фотомодификации крови в развитии важнейших эффектов видимого и инфракрасного света — противовоспалительного, иммуномодулирующего, ранозаживляющего и нормализующего обмен веществ действия.

1. Методика исследования

В качестве основного объекта исследования in vitro и in vivo служила кровь 50 добровольцев до и после воздействия ВИП светоаппарата ”Биоптрон”, который (фирма ”Центер Интернациональ”) одобрен как медицинский прибор в ЕС (93/42/ EEC) и имеет регистрационное удостоверение МЗ РФ №2003/1452. Спектральный диапазон СБ — 480-3400 нм, 95% поляризации, мощность светового потока — 40 мВТ/см2 , терапевтическая доза—12-19 Дж/см2, диаметр облучаемого участка— 5-15 см. Возраст обследованных составил 23 ± 1,5 года, соотношение полов составило 1:1. В основную группу вошли 30 человек, которым проводились одно-и пятикратные ежедневные облучения ВИП-светом, облучение образцов крови in vitro проводилось параллельно с первым облучением добровольцев. Контрольную (Placebo) группу составили 20 человек, которым проводилась имитация воздействия ВИП светом.

Эритроциты крови оценивались по количеству, скорости оседания в венозной крови, уровню насыщения гемоглобином артериальной крови кислородом с помощью пульсоксиметра ”Eliot”. Парциальное давление кислорода в циркулирующей, крови определялось с помощью газового анализатора AVLOMNI (Roche).

Тромбоциты в венозной крови оценивались по количеству (В.С. Ронин, 1983), адгезивной и агрегационной способности. Адгезивные свойства тромбоцитов определяли по методу ЛИПК (Т.А. Одесская с соавт., 1971), агрегационные — фотометрическим методом по G.V.R. Born.

Лейкоциты крови оценивались по экспрессии мембранных маркеров и фагоцитарной активности. Определение фенотипа лимфоцитов проводилось методом иммунофлюоресцентного анализа (ИФА) с использованием моноклональных антител к СД — поверхностным антителам человека и меченных FITC Fab — фрагментов антимышиных иммуноглобулинов производства НПФ ”Мед Био Спектр”

Россия. Количественную оценку лимфоцитов осуществляли методом лазерной проточной непрямой цитофлюориметрии (проточный цитометр ”FACS-TRAK” фирмы ”Becton Dickenson”, США). Фагоцитарная активность определялась в тесте с нит-росиним тетразолием (НСТ).

Уровень сывороточных иммуноглобулинов классов А, М, G исследовали методом простой радиальной иммунодиффузии по Mancini [10]. Определение общего иммуноглобулина Е проводилось методом ИФА с использованием наборов реагентов фирмы Вектор-Бест (Россия) и многоканального спектрофотометра ”Dynatech MR 5000”.

Для определения концентраций провоспалительных факторов роста и противовоспалительных цитокинов, использовали тест-системы производства ООО ”Про-теиновый контур” (г. Санкт-Петербург, Россия).

Для изучения влияния ВИП света на пролиферативную активность эндоте-лиоцитов и фибробластов использовались культуры эндотелиоцитов и фибробла-стов, выращиваемые в модифицированных чашках Петри [10]. Культивируемый эндотелий забирался из пуповины доношенных зрелых плодов с 1(0) группой крови, от резус-положительных матерей с физиологическим течением беременности, культивируемые фибробласты забирались из аорты новорожденных крыс. Диссоциация клеток достигалась сочетанным ферментно-механическим способом (В.П. Божкова, 1988). Содержание глюкозы, липидов в плазме крови определяли общеклиническими методами исследования.

Полученные результаты анализировались с применением современных методов параметрической и непараметрической статистики и обрабатывались с использованием пакетов статистических программ ”Statistica” фирмы ”Stat Soft” (США) и ’’Da-система” фирмы ”Контекст” (Россия).

2. Результаты исследований и их обсуждение

Изменения крови через 0,5-1 час после ее облучения ВИП светом in vivo, in vitro и после смешивания облученной и необлученной аутологичной крови в соотношении 1:10 выражались в следующих показателях: в эритроцитарном звене отмечалось возрастание в объеме циркулирующей крови количества клеток (in vivo), уменьшение скорости оседания эритроцитов (in vivo), повышение О2 связывания гемоглобином (in vivo); в тромбоцитарном звене отмечалось снижение адгезивных и агрегационных, в том числе индуцированной агрегации, свойств тромбоцитов и увеличение их активных форм (in vivo); в лейкоцитарном звене отмечена достоверная модуляция экспрессии мембранных маркеров мононуклеаров, активация фагоцитоза, моноцитов и гранулоцитов, стимуляция цитотоксической активности натуральных киллеров; в плазме — снижение содержания воспалительных цитокинов, циркулирующих иммунных комплексов, глюкозы, атерогенных липидов и повышение уровня противовоспалительных цитокинов, у-интерферона, ростовых факторов, антиатерогенных липидов, рО2, антикоагуляционной активности. Согласно полученным данным, ВИП свет активирует клеточный и гуморальный иммунитет, при этом повышение показателей отмечается при их исходно ”низком” значении и понижение при исходно ”повышенном” уровне. Фагоцитоз моноцитов, содержание Ig А, М, общего Ig E, ЦИК, ФНОа, ИЛ-6, ИЛ-12, IFN-y, ИЛ-10, трансформирующего фактора роста — в1 (ТГФ-^1) представлены на рис. 1-10.

ВИП-свет, стимулируя фагоцитоз, секрецию иммуноглобулинов (за исключением общего Ig E), оптимально изменяя соотношение между провоспалительными

I 160

8 й 8 и

1 В 110

S в

1з бо

л н

S I §" § 10 J 101

-40

1 о* ОО 1 ьо 118 _J=_ 122 т

78

50 58 48 44 46

1 1 1 1 1

0ч 0,5ч 24ч 5сут Юсут

Время после первого облучения Ряд 1 - in vivo Ряд 2 - placebo

0 ВИП 1:10

Время после первого облучения in vivo

Рис. 1. Фагоцитарная активность моноцитов при воздействии ВИП-светом * — различие от исходного уровня достоверно: р < 0,05

■ ВИП свет

■ Плацебо

0 0,5 ч. 24 ч. 5 сут. 10 сут.

Время после первого облучения

Рис. 2. Содержание Ig A в плазме при воздействии ВИП-светом * — различие от исходного уровня достоверно: р < 0, 05

0 0,5 ч. 24 ч. 5 сут. 10 сут.

Время после первого облучения

Рис. 3. Содержание IgM в плазме при воздействии ВИП-светом.

* — различие от исходного уровня достоверно: р < 0, 05

■ ВИП свет

■ Плацебо

(ИЛ-1Р, TNF-a, ИЛ-6, ИЛ-12) и противовоспалительными (ИЛ-10, TGF-P1) факторами (цитокинами) в плазме крови, усиливает противовоспалительный эффект, что влечет за собой некоторые терапевтические последствия:

• увеличение в плазме количества Ig M и Ig А позволяет применять ВИП-свет

0,5 ч. 24 ч. 5 сут.

Время после первого облучения

10 сут.

Рис. 4. Содержание Ig E в плазме при воздействии ВИП-светом * — различие от исходного уровня достоверно: p < О, О5

■ ВИП свет

■ Плацебо

0ч 0,5ч 24ч 5сут Юсут

Время после первого облучения

Рис. 5. Уровень ЦИК в плазме при воздействии ВИП-светом (исходный уровень повышен)

* — различие от исходного уровня достоверно: p < О, О5

для стимуляции сниженного противоинфекционного иммунитета и повышения защитных механизмов слизистых оболочек;

• увеличение количества ^ А и снижение общего ^ E позволяет использовать ВИП-свет с целью профилактики и лечения хронических инфекций дыхательных путей, а также для предупреждения развития некоторых аллергических состояний, характеризующихся сниженным уровнем ^ А;

• снижение в плазме повышенного уровня иммунных комплексов прогностически благоприятно, так как является одним из механизмов элиминации антигенов из организма;

350 300 ■ 250 ■ 200 ■

а 150 ■ О К

е 100

ВИП свет 171 VIго

250

50 ■ 0

сч

ВИП свет т ч&го 250

Время после первого облучения

о

Рн

X

«

о

X

к

к

я

Варианты т у11го исходный уровень

Рис. 6. Динамика содержания ФНО а в плазме при воздействии ВИП-света (исходный уровень повышен)

* — различие от исходного уровня достоверно: р < 0, 05

□ ВИП свет ■ плацебо

0ч 0,5ч 24ч 5сут 0ч 0,5ч 24ч 5сут

Время после первого облучения

Рис. 7. Динамика содержания ИЛ-6 и ИЛ-12 в плазме при воздействии ВИП-света

* — различие от исходного уровня достоверно: р < 0, 05

• снижение в плазме крови уровня некоторых провоспалительных цитокинов, предотвращение массивного выхода других факторов воспаления (ИЛ-1Р

Время после первого облучения й Варианты in vitro

и исходный уровень

Рис. 8. Динамика содержания JFN-Y при воздействии ВИП-света (исходный уровень повышен)

* — различие от исходного уровня достоверно: р < 0,05

25 20 -

| 15 -

о"

3 ю -

ВИП свет in vivo 17

13

5 -0

2,5

I

Placebo

12

ЛИ1? о in т1-

п <4

о in

Время после первого облучения

ВИП свет in vitro

10 10

1 ii I ill

1 в В £

в* PQ

S

Варианты in vitro

S исходный уровень

I

Рис. 9. Влияние ВИП-света на содержание ИЛ-10 (исходный уровень нормальный)

* — различие от исходного уровня достоверно: р < 0, 05

и TNF-a) и повышение уровня противовоспалительных цитокинов (ИЛ-10, TGF-P1) может составить важный механизм противовоспалительного действия ВИП — терапии;

• стимулирующее действие ВИП-света на продукцию №N-7 может привести к активации клеток иммунной системы (моноцитов, макрофагов, натуральных киллеров и Т-лимфоцитов) и повышению экспрессии HLA антигенов I

60

50 ■

40 ■

Р 30

20 ■

10 ■

ВИП свет ш У1У0

40 *

37

28

38

Placebo

30

26

36

33

0ч 0,5ч 24ч 5сут 0ч 0,5ч 24ч 5сут

Время после первого облучения

Рис. 10. Динамика уровня TGF-|31 в плазме при воздействии ВИП-света (сниженный исходный уровень)

* — различие от исходного уровня достоверно: р < 0,05

и II классов на поверхности клеток различных тканей. В целом это может способствовать усилению противовирусной и противораковой защиты организма;

• отсутствие повышения в плазме крови облученных лиц уровня ИЛ-4 и ИА-1Р и снижение общего ^ E позволяет использовать ВИП-свет в лечении пациентов с аллергической патологией;

• обратная зависимость эффектов ВИП света от исходного уровня иммунологических показателей свидетельствует о регулирующем характере его действия на иммунную систему.

О механизмах стимуляции регенераторных и репаративных процессов ВИП-света можно судить, исходя из полученных результатов влияния факторов плазмы крови, облученной ВИП-светом, на культуры эндотелиоцитов и фибробластов. Данные представлены на рис. 11 и 12.

Очевидно, что ВИП — облученная кровь стимулирует пролиферацию фибробластов (клеток соединительной ткани) слабее, чем эндотелиальных клеток. Мы предполагаем, что это различие может объяснить способность ВИП-света ускорять ранозаживление без гиперпродукции клеток соединительной ткани, т.е. без образования гипертрофированных рубцов. Процесс заживления сильно зависит от уровня локального кровотока, который определяется состоянием микроциркуляторно-

400

ВИП свет in vivo транскутанно

300 ■

280.

260

270

275

200 ■

160

100 ■

& &

Placebo

220 т 205

230

ВИП свет in vitro

250

210

160

Время после первого облучения

Рис. 11. Стимуляция пролиферации эндотелиоцитов факторами плазмы, облученной ВИП-светом in vivo и in vitro (исходная пролиферация клеток низкая

* — различие от исходного уровня достоверно: p < 0,05

го русла, реологическими свойствами крови, состоянием свертывающей и про-тивосвертывающей систем. ВИП-свет снижает агрегацию тромбоцитов in vivo — рис. 13.

Изменения некоторых показателей обмена веществ под действием ВИП света представлены на рисунках 14-17.

Терапевтические последствия установленных научных фактов можно резюмировать в следующем: полученные результаты позволяют применять ВИП — терапию для лечения пациентов с метаболическими расстройствами (с X-синдромом, ожирением, диабетом, гипертензией).

Следовательно, полученные результаты достоверно доказали роль транскутан-ной фотомодификации крови в развитии таких важнейших эффектов видимого и ИК-света, как противовоспалительного, иммуномодулирующего, ранозаживляющего и нормализующего обмен веществ действия. Основные триггерные механизмы лечебных эффектов света можно объединить в следующие:

• полихроматический видимый и инфракрасный свет индуцирует в поверхностных сосудах кожи структурную модификацию клеток и компонентов плазмы небольшого количества крови, изменения их свойств и функций, освобождение растворимых факторов, вследствие чего небольшой объем крови при-

850

750

ВИП свет in vivo транскутанно

Placebo

ВИП свет in vitro

660

630

g 650

&

„ * 490 *

450 460 Т 460

470

550

450

350

Время после первого облучения

Рис. 12. Стимуляция пролиферации фибробластов факторами плазмы крови, облученной ВИП-светом in vivo и in vitro

* — различие от исходного уровня достоверно: p < 0,05

обретает свойства биологически активного препарата с широким спектром активностей;

• модифицированная светом кровь, контактируя в сосудистом русле с остальной кровью, транслирует ей вызванные светом изменения, вследствие чего весь объем циркулирующей крови приобретает свойства биологически активного препарата с широким спектром активностей;

• модифицированная таким образом кровь, контактируя с рецепторами клеток различных тканей и органов, инициирует их реакцию, способствуя тем самым формированию системного ответа.

Молекулярные механизмы действия ВИП-света заключаются в следующем:

• быстрые изменения всей циркулирующей крови при воздействии на нее видимого и ИК-света являются следствием образования облученными клетками крови активных форм кислорода — АФК (супероксид анион, радикал ОН, перекись водорода) и оксида азота (NO);

• появление этих высоко реакционных радикалов и молекул обусловлено активацией поглощающих видимый и ИК свет ферментных комплексов — НАДФН-оксидазы и NO — синтазы, локализующихся в поверхностной мембране клеток крови;

% ВИП свет ИасеЬо

9 -

8 -

7 -

6 -

5 -

4 -

3 -

2 -

1 -

О ■

Рис. 13. Количество тромбоцитов в агрегатах при воздействии ВИП света

* — различие от исходного уровня достоверно: р < 0,05

% 98,0 ■

97.0 ■

96.0 ■

95.0 ■

94.0 ■

93.0 ■

92.0 ■

0 0,5 ч. 24 ч. 5 сут. 10 сут.

Время после первого облучения

Рис. 14. Быстрое кратковременное повышение степени насыщения кислородом гемоглобина эритроцитов циркулирующей крови

* — различие от исходного уровня достоверно: р < 0, 05

• АФК и N9 не только ’’включают” механизмы проведения активационного (светового) сигнала внутрь клеток, но и благодаря способности к диффузии вызывают структурно-функциональные изменения компонентов окружающей плазмы и соседних клеток, стимулируя их продуцировать АФК;

• каскад образующихся таким образом АФК и N0 составляет основной механизм трансляции вызванных светом изменений от небольшого количества облученной крови всему ее циркулирующему пулу.

Таким образом, исследование показало профилактические и лечебные возможности использования ВИП-света, а также новые направления научных исследова-

96 * ♦ ВИП свет —■— Плацебо

95 94^ 94,5

7

7,3

5,2

5,1

7,3

5,9

б

5,9

Оч 0,5ч 24ч 5сут 0ч 0,5ч 24ч 5сут

Время после первого облучения

■ ВИП свет

■ Плацебо

0 0,5 ч. 24 ч. 5 сут. 10 сут.

Время после первого облучения

Рис. 15. Быстрое кратковременное повышение парционального давления кислорода в циркулирующей крови

* — различие от исходного уровня достоверно: р < 0, 05

Время после первого облучения

Рис. 16. Нормализирующее влияние курсового ВИП- облучения на содержание глюкозы в плазме крови

* — различие от исходного уровня достоверно: р < 0,05

Время после первого облучения

Рис. 17. Нормализирующее влияние курсового ВИП облучения на уровень триглицеридов в плазме крови

* — различие от исходного уровня достоверно: р < 0, 05

ний по изучению данного феномена при различных физиологических и патологических состояниях.

Литература

[1] Medenica, L. The use of polarized polychromatic non - coherent light alone as a therapy for venous leg ulceration / L. Medenica, M. Lens // Journal of Wound Care. - 2003. - No. 12(l). - P. 37-40.

[2] A conservative approach for deep dermal burn wounds using polarized — light therapy / S.Monstrey [et al.] // British Journal of Plastic Surgery. - 2002. -No. 55. - P. 420-426.

[3] The effect of polarized light on wound healing / S.Monstrey [et al.] // European Journal of Plastic Surgery. - 2002. - No. 24(8). - P. 377-382.

[4] Хрономедицинские аспекты поздних сроков гестации: монография /

И.С. Липатов [и др.]. - Самара, 2004.

[5] Липатов, И.С. Патогенез, диагностика и профилактика сосудистых нарушений на раннем этапе формирования патологической беременно- сти: дис ... д-ра мед. наук / И.С. Липатов. - М., 1996.

[6] Vanscheidt, W. The effect of polarized light on wound healing / W. Vanscheidt // European Journal of Plastic Surgery. 2002. - No. 24(8). - P. 383.

[7] Effect of polarized light in the healing process of pressure ulcers / P. Iordanou // Imt J Nurs Pract. - 2002 Feb. - No. 8(1). - P. 49-55

[8] Effect of visible light on somee cellular and immune parameters / T. Kubasova [et. al] // Immunologynd Cell Biology. - 1995. - No. 73. - P. 239-244.

[9] P. Bolton: The effect of polarized light on the release of growth factors from the U-937 macrophage - like cell line / P. Bolton, M. Dyson, S. Young // Laser therapy. - 1992. - P. 33-37.

[10] Фримель, X. Иммунологические методы / X. Фримель. - М., 1987.

Поступила в редакцию 7/IX/2006; в окончательном варианте — 7/IX/2006.

BIOMODYLATION MECHANISMS VISIBLE AND INFRA-RED POLARIZED LIGHT

© 2006 I.S. Lipatov, Yu.V. Tezikov, E.V. Zubkovskaya, O.V. Maksimova, M.A. Esartiyaf I.A. Potapova, V.V. Vishnyakov, P.P. Purygin4

During organizational experiment the data on anti-inflammatory, im-munomodylative, woundhealing and action of visible and infra-red polarized light normalizing a metabolism are received. The basic trigger and molecular mechanisms of action are allocated. Recommendations on its further studying and application are given.

Paper received 7/IX/2006. Paper accepted 7/IX/2006.

3Lipatov Igor Stanislavovich, Tezikov Igor Stanislavovich Zybkovskaya,Maksimova Olga Vladi-morovna, Esartiya Medeya Alexandrovna, Dept. of Obstetrics and Gynaecology, Samara Sate Medical University, Samara, 443099, Russia.

4 Potapova Irina Anatoliecna, Vishnyakov Vasiliy Valerievich, Purygin Pyotr Petrovich, Dept. of Organic Chemistry, Samara State University, 443011, Russia.