CC BY
111
| ОБЗОРЫ
ФОТОБИОМОДУЛЯЦИЯ КАК АЛЬТЕРНАТИВНЫЙ ПОДХОД К КОРРЕКЦИИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ ИЗМЕНЕННЫХ СОСТОЯНИЙ ЖИВОЙ ТКАНИ
УДК 577 (57.043)
03.01.02 — биофизика; 03.03.01 — физиология Поступила 15.12.2021
С. Л. Малиновская, О. В. Другова, В. В. Борзиков, А. П. Баврина
ФГБОУ ВО «Приволжский исследовательский медицинский университет» Минздрава России, Нижний Новгород
Механизм воздействия низкоэнергетического излучения на биологический объект весьма сложен и пока не до конца изучен. В литературных обзорах систематизированы изменения параметров гомеостаза организма, которые являются следствием первичных фотофизических и фотохимических процессов, протекающих в клетке после поглощения квантов света. Относительно механизмов действия низкоинтенсивного света на живую ткань сформулированы лишь некоторые гипотезы — на их основе нельзя получить полного представления о реально протекающих при этом процессах.
В данном обзоре рассматривается современное использование фотобиомодуляционной терапии в биомедицинских исследованиях и в сравнительном аспекте оцениваются эффекты воздействия ультрафиолетового, видимого и инфракрасного излучений. Акцент ставится на целесообразности применения низкоинтенсивного лазерного света красной области спектра и ближнего инфракрасного диапазона для коррекции патологических изменений в биологической ткани.
Особое внимание уделено описанию фотоиндуцированных изменений в митохондриях как общепризнанных на сегодня первичных акцепторах красного и инфракрасного света. Отдельно рассмотрено новое свойство АТФ как межклеточной сигнальной молекулы, скорость образования которой значительно изменяется в условиях указанного длинноволнового облучения. Кроме того, показано, что красный лазерный свет может инициировать апоптоз через индукцию перехода митохондриальной проницаемости, опосредованного активными формами кислорода. Выявленные возможности управления активностью митохондрий и запуска соответствующих сигнальных каскадов, с использованием различных режимов светового воздействия, позволяют расширить понимание феномена универсальности фотобиомодуляционной терапии.
Ключевые слова: фотобиомодуляционная терапия; низкоинтенсивное излучение лазера; ближний инфракрасный диапазон; митохондрии; мышечные травмы.
PHOTOBIOMODULATION AS AN ALTERNATIVE APPROACH TO CORRECTION OF PHYSIOLOGICALLY CHANGED STATES OF LIVING TISSUE
S. L. Malinovskaya, O.V. Drugova, V.V. Borzikov, A. P. Bavrina
Privolzhsky Research Medical University, Nizhny Novgorod
The mechanism of the effect of Low-energy radiation on a biological object is very complex and has not yet been fully understood. The literature reviews systematize changes in the parameters of the body's homeostasis, which are a consequence of the primary photophysical and photochemical processes occurring in the cell after absorption of light quanta. Only some hypotheses have been formulated regarding the mechanisms of action of low-intensity light on living tissue — on their basis, it is impossible to get a complete picture of the processes actually occurring during this process.
This review examines the current use of photobiomodulation therapy in biomedical research and, in a comparative aspect, evaluates the effects of exposure to ultraviolet, visible and infrared spectral regions. The emphasis is on the feasibility of using low-intensity laser light in the red and near-infrared spectral regions for the correction of pathological changes in biological tissue.
Particular attention is paid to the description of photoinduced changes in mitochondria as the currently recognized primary acceptors of red and infrared light. Separately, a new property of ATP as an intercellular signaling molecule, the rate of formation of which significantly changes under the conditions of the indicated long-wave irradiation, is considered. In addition, it has been shown that red laser light can initiate apoptosis through the induction of the mitochondrial permeability transition mediated by reactive oxygen species. The revealed possibilities of control the activity of mitochondria and triggering the corresponding signaling cascades, using various modes of light exposure, make it possible to expand the understanding of the phenomenon of the universality of photobiomodulation therapy.
Key words: photobiomodulation therapy; low-intensity laser radiation; near infrared spectral region; mitochondria; muscle injuries.
ВВЕДЕНИЕ
Свет играет решающую роль в важных биологических процессах, непосредственно связанных со здоровьем человека. В настоящее время видимый и ближний инфракрасный свет настолько широко применяются в клинической практике, что стал значимым компонентом в числе физических агентов, используемых в фотомедицине. Последний термин отражает физиологическую значимость света. Наибольшее применение в медицине нашел красный свет.
Фотобиомодуляционная терапия (ФБМТ) — это метод светотерапии, основанный на принципах фото-биомодуляции (ФБМ). ФБМТ включает в себя использование неионизирующих форм источников света, включая лазеры, светодиоды и широкополосный свет в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах [1]. Современные достижения в области ФБМ дают твердое обоснование для эффективного использования ФБМТ. С момента внедрения фото-биомодуляции в здравоохранение эффективность применения световых методов в лечении для различных заболеваний широко исследовалась как in vitro, так и in vivo [2, 3]. Постоянно увеличивающееся количество выявленных терапевтических эффектов использования низкоинтенсивных красных лазеров, а также лазеров ближнего инфракрасного диапазона значительно расширяет область биомедицинских применений [4, 5].
Известно, что низкоинтенсивное лазерное воздействие красным светом (600-680 нм) модулирует различные биологические процессы, такие как пролиферация и дифференцировка клеток [6], их жизнеспособность [7] и апоптоз [8]. Повышенный интерес и возросшее число исследований в этом направлении расширили терапевтическое применение низкоинтенсивного красного и ближнего инфракрасного света для ускорения заживления ран [9]. О терапевтических преимуществах лазерного излучения при лечении ран сообщалось с 1960-х годов, а светодиодного — только с 1990-х годов [10, 11]. На сегодняшний день имеются публикации об ускорении регенерации тканей и уменьшении миофасциальной боли, противовоспалительных эффектов [12], улучшении энергетического метаболизма после облучения источниками красного и ближнего инфракрасного диапазонов волн, полученных с помощью лазеров или светодиодов [13].
ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗЛУЧЕНИЙ КРАСНОГО И ИНФРАКРАСНОГО ДИАПАЗОНОВ В МЕДИЦИНСКОЙ ПРАКТИКЕ
Хотя низкоинтенсивная лазерная терапия широко используется для лечения различных заболеваний, ее применение остается спорным [14, 15]. Многие из описанных результатов демонстрируют непоследовательность, главным образом из-за
методологической предвзятости или отсутствия стандартизации в исследованиях. Существуют вопросы относительно наличия или отсутствия биологических и терапевтических эффектов, стимулируемых светодиодными и лазерными источниками, а также насчет соответствующих параметров каждого из этих источников света.
Такие источники, как лазер, отличаются от светодиодных характеристикой, известной как когерентность [16]. Некоторые исследователи ФБМ полагают, что когерентность играет решающую роль в использовании светотерапии [17], а некогерентный свет менее эффективен или вообще не способен стимулировать терапевтический эффект [18]. Например, в отношении возможного влияния некогерентного света на мезенхимальные стволовые клетки (МСК) имеются противоречивые данные. Позиция некоторых исследователей [18] в отношении использования некогерентных источников на МСК однозначна: некогерентные источники бесполезны. Для эффективного воздействия, т.е. получения максимального отклика биологических систем разного уровня организации, необходимо использовать только лазерный монохроматический свет. В работах указывается, что после однократного воздействия некогерентного источника на МСК наблюдается лишь кратковременное повышение пролиферации (630 нм, 15 мВт/см2, ЭП 4 Дж/см2), а усиление эффекта наблюдается лишь после 3-5-кратного повторного облучения при низкой плотности клеток [17, 18].
Однако имеются убедительные данные о том, что светодиодные источники могут быть столь же эффективными, как и лазерные, поскольку оба имеют сходные биологические эффекты, без существенной разницы между ними. Клеточный ответ на фотостимуляцию не связан со специфическими свойствами лазерного излучения, в частности, когерентностью [19].
Согласно Кару, свойство когерентности теряется при взаимодействии света с биологической тканью, не являясь, таким образом, предпосылкой для процесса фотостимуляции или фотоингибирования [20].
Следует упомянуть также о фототоксическом воздействии низкоинтенсивных лазеров красного и ближнего инфракрасного света на клетки человека [21]. Полученные результаты позволяют сделать предположение о существовании зависимости биологических эффектов, вызываемых лазерным облучением, от специфических характеристик тканей и от таких параметров лазерного излучения, как длина волны, время экспозиции, размер фокального пятна и плотность мощности [22]. Именно время экспозиции и плотность мощности являются наиболее важными параметрами при выборе определенного типа взаимодействия клетки с лазером. Большинство лазерных методов лечения, таких как лазерная гипертермия, коагуляция и хирургия, оказывают тепловое воздействие.
Поскольку тепловые пороги плотности мощности при воздействии низкоинтенсивными лазерами в значительной степени зависят от таких оптических свойств тканей, как коэффициенты отражения, поглощения и рассеяния, ряд авторов считают, что лазерное излучение мощностью менее 100 мВт/см2 не изменяет существенно температуру тканей [22, 23] и поэтому его биологические эффекты нельзя объяснить фототермическим воздействием.
В связи со значимостью теплового эффекта в действии любого физического фактора особо указывают низкоинтенсивный характер излучения, подразумевая тем самым отсутствие изменений температуры в зоне воздействия. Необходимо отметить, что разделение света на высоко- и низкоинтенсивный зависит от используемых световых энергий. В различных литературных источниках обычно приводится граница плотностей мощности 10 мВт/см2 [24], но эта граница не является жесткой. Чем выше энергия поглощенного излучения, тем больше нагрев тканей и их фотодеструкция. При высокоэнергетическом световом воздействии в биотканях преимущественно происходят фотометрические и фотоионизационные явления, приводящие к локальной деструкции ткани. Низкоинтенсивный же свет вызывает фотофизические и фотохимические изменения, не связанные с перегревом или деструкцией облучаемой зоны [25]. Данное излучение способно оказывать влияние лишь на слабые взаимодействия в биологических системах (ионные и ион-дипольные связи), в то время как взаимодействия, определяющие строение биополимерных цепей, остаются ненарушенными. Именно это свойство сохранения целостности зон облучения определило использование низкоэнергетического излучения с терапевтической целью для стимуляции жизненно важных процессов при лечении многих заболеваний [25].
Согласно ряду исследований [24-26], очень низкие дозы лазерного излучения не способствуют биологическим эффектам, в то время как более высокие дозы приводят к ингибированию клеточных функций. К похожим выводам пришли и другие исследователи [15], показав, что оптимальное значение энергетической плотности составляет от 0,5 до 4,0 Дж/см2 в диапазоне длин волн от 600 до 700 нм и в непрерывном режиме работы лазеров. Превышение этого уровня может вызвать ингибирование внутриклеточных процессов.
Особо следует отметить, что энергетическое состояние клетки, а следовательно, физиологическое состояние ткани при лечении имеет решающее значение для определения дозы облучения [26].
Таким образом, несмотря на то что биологические эффекты низкоинтенсивного красного и ближнего инфракрасного излучения изучались десятилетиями, основные биохимические и биофизические механизмы его воздействия выявлены не
полностью. Исключительно важным является понимание пространственно-временных механизмов светоиндуцированных эффектов, что позволит целенаправленно использовать клеточные сигнальные процессы для достижения значительного терапевтического эффекта.
ТЕРАПЕВТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО, ВИДИМОГО КОРОТКОВОЛНОВОГО И ДАЛЬНЕГО ИНФРАКРАСНОГО СВЕТА НА ЖИВЫЕ ТКАНИ
Поглощение энергии является основным механизмом, который позволяет свету от лазера или свето-диода стимулировать биологические эффекты в тканях. Известно, что основные тканевые хромофоры, гемоглобин и меланин характеризуются высоким уровнем поглощения излучения длиной волны до 600 нм.
Очевидно, что фотофизическое или фотохимическое действие может оказывать лишь тот свет, который поглощается биологическим объектом. Часть падающего на биоткань излучения отражается от ее поверхности из-за несоответствия коэффициентов преломления света самой ткани и окружающей ее среды. Излучение, проникающее в ткань, подвергается многократному рассеянию, поглощению различными биологическими структурами и частичному преобразованию во вторичное излучение, действующее на ограниченном пространстве. Часть поглощенной энергии идет на активацию биологических молекул вещества. Другая часть поглощенной энергии тратится на возбуждение вторичного излучения в тканях [24-26].
Глубина проникновения монохроматического света в ткань зависит от длины волны излучения. Так, в диапазоне длин волн больше 650-1200 нм наблюдается так называемая оптическая прозрачность биотканей [27]. При этом волны ближнего инфракрасного диапазона (950 нм) обладают большей проникающей способностью и способны достигать глубины 40-70 мм. Глубина проникновения для диапазона длин волн 450-590 нм составляет около 0,5-2,5 мм, излучение гелий-неонового лазера с длиной волны 0,63 мкм проникает в биоткань на глубину до 15 мм [27].
Желтый, зеленый и синий цвета видимого света имеют меньшие глубины проникновения в ткани тела человека [28]. При этом желтый свет проникает на глубину до 2 мм и влияет избирательно на молекулярные связи углерода и кислорода, оказывая как специфическое действие, стимулирующее процессы метаболизма, так и ранозаживляющее действие, характерное для красного света. Зеленый свет оказывает фотохимическое действие на ци-тохромы, стимулируя тканевое дыхание, что важно при астматических состояниях, пневмонии, ишеми-
ческой болезни сердца. Кроме этого, свет воздействует на нервные рецепторы, вызывая обезболивающий эффект. Зеленый свет способен, проникая через кожные покровы, разрушать билирубин в крови [28], облегчая состояние больных гепатитом.
Синий свет обладает наибольшей энергией квантов. Он поглощается на глубинах менее 1 мм, оказывая прямое воздействие лишь на поверхностные ткани. Благодаря явлению фото-ЭДС [29], он способен влиять на мембранные потенциалы, стимулируя нервные рецепторы и оказывая общее тонизирующее воздействие. Синий свет, как и зеленый, способен разрушать молекулы билирубина и применяется в лечении гепатитов. Известно также его ранозаживляющее действие [29]. Особенно сильное влияние оказывает синий свет (Л=460 нм) на подавление секреции мелатонина из шишковидной железы у человека при воздействии на глаза [26]. Последние исследования показывают, что воздействие видимого яркого света может защитить мышей от инфаркта миокарда [30]. Совокупность данных доклинических исследований также предполагает, что низкие дозы синего света способны оказывать фотобиомодулирующее действие в живом организме, хотя более высокие дозы приводят к неблагоприятным исходам [31].
Важнейшей характеристикой эффективности взаимодействия светового излучения с исследуемым биологическим объектом является поглощение света, которое зависит от свойств биологических тканей. Так, в диапазоне длин волн 600-1400 нм кожа поглощает 25-40% излучения, мышцы и кости — 30-80%, а паренхиматозные органы (печень, почки, поджелудочная железа, селезенка, сердце) могут поглощать до 100% излучения [26].
Сложную физиологическую реакцию у человека вызывает ультрафиолетовое (УФ) излучение [32]. Данные доклинических испытаний на животных продемонстрировали благотворное влияние УФ на профилактику ожирения, метаболического синдрома и атеросклероза, а также на модель рассеянного склероза [32-34]. Эти многогранные физиологические эффекты УФ-излучения могут быть связаны с разнообразными механизмами действия, включая фотораспад эндогенно продуцируемого оксида азота, регуляцию циркадных ритмов [35]. Однако, исследуя клиническую доказательную базу, можно сказать, что не выявлено клинически значимых метаболических результатов [36]. Наиболее известное применение УФ-излучения в клинической медицине — это использование при лечении кожных заболеваний, в частности, псориаза, витилиго и атопического дерматита [37]. Кроме того, предварительные данные свидетельствуют о том, что, с одной стороны, УФ-из-лучение повышает уровень р-эндорфина в эпидер-мальных кератиноцитах кожи человека, а с другой стороны, ультрафиолетовое излучение А (УФ-А) сни-
жает системное кровяное давление, высвобождая оксид азота из внутрикожных фотолабильных производных оксида азота [38].
Дальнее инфракрасное излучение (ДИК) может быть еще одним источником света, влияющим на здоровье человека. Показано, что ДИК способно положительно влиять на некоторые показатели сердечно-сосудистой системы. Исследования на животных выявили благотворное воздействие ДИК на артериальное давление [39], функцию эндотелия [40], микроциркуляцию и образование новых кровеносных сосудов [41], сдерживание изменений, связанных со стрессом [42]. В нескольких предварительных исследованиях, посвященных воздействию ДИК, сообщалось об улучшении нарушенной функции эндотелия сосудов у пациентов с фактором риска коронарного атеросклероза [43]. Биологический механизм, лежащий в основе этих очевидных фактов, неясен. Возможно, что эффект воздействия связан с увеличением синтеза оксида азота [44, 45] и/или фермента гем-окси-геназы-1 [46]. Однако стоит отметить, что пусковым моментом биологического действия ДИК, по мнению авторов [39-46], является не фотобиологическая реакция, а локальный нагрев.
ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ДЕЙСТВИЯ КРАСНОГО И БЛИЖНЕГО ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ
Механизм действия света на клеточном уровне, поддерживающий его биологические эффекты, основан на фотобиологических реакциях. Фотобиологическая реакция включает поглощение определенной длины волны света молекулами фоторецепторов [47]. Имеются данные о том, что длины волн в спектральном диапазоне от красного до ближнего инфракрасного поглощаются цитохром-С-оксидазой [48].
В исследовании Кару и Колякова были проанализированы спектры действия монохроматического света от 580 до 860 нм [49]. Авторы отметили четыре активные спектральные области: две в красном диапазоне (пики от 613,5 до 623,5 нм и от 667,5 до 683,7 нм) и две в инфракрасном (пики от 750,7 до 772,3 нм и от 812,5 до 846,0 нм). Кроме того, они также наблюдали поглощение цитохром-С-оксидазой в этих четырех полосах. Исследователи пришли к выводу, что цитохром-С-оксидаза может поглощать свет в различных спектральных диапазонах (красный и ближний инфракрасный), вероятно, в бинукле-арных центрах СиА и СиВ (окисленные формы) [49].
Фотобиологические реакции можно разделить на первичные и вторичные. Первичные реакции происходят при взаимодействии фотонов с фоторецепторами и наблюдаются через несколько секунд или минут после облучения светом. Вторичные реак-
ции — это эффекты, возникающие в ответ на первичные реакции через несколько часов или даже дней после процедуры облучения.
Первичные реакции воздействия света на фоторецепторы четко не установлены, но есть некоторые гипотезы. После поглощения света цитохром-С-оксидаза переходит в электронно-возбужденное состояние, изменяя свой окислительно-восстановительный статус, и вызывает ускорение переноса электронов в дыхательной цепи [50]. Другая гипотеза состоит в том, что часть энергии электронно-возбужденного состояния преобразуется в тепло, вызывая локальный нагрев в фоторецепторах [51]. Высказано предположение о том, что в дыхательной цепи после светового облучения можно ожидать увеличения супероксидного аниона [52], а порфирины и флавопротеины, поглощая фотоны, генерируют активные формы синглетного кислорода [53]. Также было высказано предположение о том, что свет может ингибировать цитохром-С-оксидазу через оксид азота и тем самым увеличить скорость дыхания [53].
Механизм вторичных фотобиологических реакций определяется трансдукцией (переносом энергии из одной системы в другую) и усилением фотосигнала, приводящим к фотоответу. Это означает, что эффекты, полученные в результате первичных реакций, усиливаются и передаются другим частям клетки, что приводит к таким физиологическим эффектам, как изменение проницаемости клеточных мембран с изменением уровня внутриклеточного кальция, увеличение клеточного метаболизма, синтез ДНК и РНК, пролиферации фибробластов, активации Т-лимфоцитов, макрофагов и тучных клеток, а также к увеличению синтеза эндорфинов и снижению бра-дикинина [47, 48].
Вторичные реакции при воздействии света на биообъект отвечают за связь между ответом фоторецепторов, расположенных внутри митохондрий, и эффектами, возникающими в ядре и других компонентах клетки. Данный процесс позволяет использовать малые дозы светового излучения для получения клинически значимых эффектов [47].
Таким образом, поглощение света в зависимости от длины волны вызывает первичные реакции в митохондриях. За ними следует каскад вторичных реакций (фотосигнальная трансдукция и амплификация), которые происходят в цитоплазме, мембране и ядре [53].
Считается, что красный свет поглощается цитохром-С-оксидазой внутри митохондрий, а ИК-излучение — специфическими белками клеточной мембраны, непосредственно влияющими на ее проницаемость. Таким образом, оба пути приводят к одному и тому же фотобиологическому конечному ответу [54].
Большое количество доклинических исследований показало, что облучение клеток или органов красным и ближним инфракрасным излучениями приводит
к благоприятным метаболическим и противовоспалительным эффектам [55-57]. Например, облучение стареющих плодовых мух красным светом полностью обратило вспять возрастное снижение памяти и функции сетчатки, а также увеличило их подвижность, одновременно повышая уровень АТФ во всем организме и снижая количество активных форм кислорода (АФК) [58]. Механизмы этих эффектов недостаточно хорошо изучены, хотя предварительные данные свидетельствуют о возможной роли митохондриальной цитохром-С-оксидазы и фотолабильных источников оксида азота [59]. Существование митохондриального механизма подтверждается исследованиями, сообщающими об индуцированных фотобиомодуляцией изменениях уровня АТФ, мембранного потенциала митохондрий (ЛФт), активности цитохром-С-оксидазы, потреблении кислорода, а также защиты митохондрий от таких токсинов, как цианид калия и тетродотоксин [60, 61].
ФБМ может индуцировать фотобиостимулирую-щий каскад, способствующий клеточному метаболизму и восстановлению тканей, вызывая противовоспалительный эффект при многих заболеваниях. Низкоинтенсивная лазерная терапия, включая све-тоизлучающие диоды (светодиоды), все чаще используется со значительным снижением ББ-10 и без каких-либо побочных эффектов при многих заболеваниях кожи, таких как диабетические язвы ног, акне и очаговая алопеция [62], дерматозы лица, а также для омоложения кожи [63]. Показана эффективность ФБМТ светодиодами при сердечно-сосудистых заболеваниях, при лечении хронической боли в спине, хронической миофасциальной боли в шейке матки [64, 65].
Эффективность ФБМТ может быть объяснена способностью замедлять неврологическую передачу в периферических нервах [66].
Исходя из того, что большинство современных исследователей ключевую роль в изменении физиологического состояния облученных красным светом объектов отводят митохондриям, которые могут быть первичными неспецифичными фотоакцепторами, предпочтительно более подробно рассмотреть сложившиеся на сегодняшний день представления о механизмах, запускаемых красным светом непо -средственно в этих органеллах.
ЭФФЕКТЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ ФБМТ НА МИТОХОНДРИИ
Митохондрии играют ключевую роль в поддержании клеточного гомеостаза во время стрессовых реакций, а митохондриальная дисфункция способствует канцерогенезу, старению и неврологическому заболеванию.
Митохондрии ответственны за регуляцию гоме-остаза кальция внутри клетки. Обычно концентрация внеклеточного кальция больше, чем вну-
триклеточного, а большинство внутриклеточного кальция хранится в митохондриях и эндоплазма-тическом ретикулуме. Повышение уровня внутриклеточного кальция приводит к набуханию митохондрий и, если оно велико, то к их разрыву. Общепризнано, что митохондрии являются ключевой мишенью для красного и инфракрасного света в клетках, а цитохром-С-оксидаза (конечный элемент митохондриальной дыхательной цепи) является ответственной молекулой. Считается, что фотоакцептором выступает металл с переменной валентностью Си — ключевой компонент цитохром-С-оксидазы [67-71]. Одна и та же молекула фотоакцептора для различных клеточных реакций может отчасти объяснить универсальность низкоинтенсивных лазерных эффектов. Возбуждение молекулы фотоакцептора приводит в движение клеточный метаболизм посредством каскадов реакций, называемых клеточной сигнализацией [68, 69] или ретроградной митохондри-альной сигнализацией [72]. По крайней мере, две реакции являются отправными точками для мониторинга клеточно-сигнальных ответов после воздействия света на молекулу цитохром-С-оксидазы. Одной из них будет диссоциация N0 из каталитического центра оксидазы цитохро-ма С [73]. Спектроскопические исследования облученного клеточного монослоя показывают, что два канала переноса заряда, предположительно
СиА^ и СиВо^ а также два реакционных канала
предположительно связанных с ^ переходом в хромофорах СиВгес| и СиАохс|, реорганизуются в зависимости от присутствия или отсутствия N0 [74]. Высказано предположение, что диссоциация N0 (физиологический регулятор активности цитохром-С-оксидазы) перестраивает нисходящие сигнальные эффекты [75].
Другой сигнальный путь, начинающийся от митохондрий, связан с АТФ. Экстрасинтез АТФ в изолированных митохондриях и интактных клетках различных типов при облучении светом различной длины волны хорошо известен [68]. АТФ является универсальным внутриклеточным источником энергии живых клеток, который управляет всеми биологическими реакциями. Известно, что даже небольшие изменения уровня АТФ могут существенно повлиять на клеточный метаболизм.
В связи с универсальностью эффектов ФБМТ необходимо обратить внимание на сравнительно новый аспект молекулы АТФ. Установлено, что АТФ является не только источником энергии внутри клеток, но и важнейшей сигнальной молекулой, которая позволяет клеткам и тканям всего организма взаимодействовать друг с другом. Известно, что нейроны выделяют АТФ в мышечную ткань, кишечник и мочевой пузырь в качестве молекулы-мессенджера. Были найдены и идентифицированы специфические
рецепторы для АТФ, как сигнальной молекулы, и для его конечного продукта распада — аденозина [76]. J.J. Anders et al. [77] в своих исследованиях продемонстрировал, что рецепторы P2Y2 и P2Y11 экспрес-сируются в облученных при Л = 810 нм нормальных нейронных клетках-предшественниках человека in vitro. Оказалось, что облучение может быть использовано в качестве замены факторов роста. Исследование множественной роли АТФ в клеточном метаболизме позволяет лучше понять механизмы воздействия ФБМТ.
Сравнение этих данных с данными о разностороннем клиническом использовании ФБМТ дает основание для более широкого применения данного метода в медицинской практике [48]. ФБМТ успешно используется при лечении хронических и нейро-патических болей [78]. Лазерная акупунктура, являющаяся хорошо известной моделью [47, 72], приводит к высвобождению большого количества АТФ из кератиноцитов, фибробластов и других клеток кожи.
Зарегистрирован эффект ФБМТ, при котором происходит гибель раковых клеток [79]. Сигнализация АТФ частично способствует апоптозу опухолевой клетки и отчасти — дифференцировке клеток, что замедляет пролиферацию опухолевых клеток [48, 79]. Это дает основание надеяться, что новые данные о множественных функциях АТФ помогут использовать метод ФБМТ в медицинской практике.
В работах S. Wu et al. [80] показано, что низкоинтенсивное красное (633 нм) лазерное излучение запускает апоптоз клеток через митохондриальный сигнальный путь (митохондрия/каспаза-3).
В ряде работ приведены данные исследований, где изучалось влияние красного лазерного излучения на поведение гепатоцитов [78, 81]. Выявлено, что облучение красным (632,8 нм) лазером изменяет концентрацию свободного кальция в цитозоле и приводит к изменению мембранного потенциала митохондрий [81]. Кроме того, показано, что красный лазерный свет может инициировать апоптоз через индукцию перехода митохондриальной проницаемости, опосредованного активными формами кислорода [80]. Индуцированное красным светом повреждение в основном вызвано выработкой АФК в митохондриях [80,82]. Интересно, что повреждение митохондрий вовлечено как в некротическую, так и в апоптотическую гибель клеток [83, 84]. Кроме того, в настоящее время установлено, что существует значительная молекулярная перекрестная помеха между путями апоптоза и некроза, а митохондрии играют решающую роль в этой перекрестной помехе [85]. Известно, что образование специфических активных форм кислорода может приводить к различным молекулярным механизмам клеточной гибели (некрозу и апоптозу), и АФК способны диктовать различные клеточные последствия в зависимости от их общей концен-
трации на стационарных уровнях и места их генерации [86]. Более того, недавнее исследование показало, что окислители и их мишени могут быть пространственно ограничены внутри клетки [87].
В работе А. [.уппук а1. [81] приведены данные по исследованию специально разработанного лазерного потенциала для дистанционного управления активностью митохондрий и запуска различных сигнальных каскадов с использованием одной и той же длины волны лазера.
Исследование влияния различных доз лазерного излучения на субклеточную локализацию АФК показало, что ядерное накопление супероксидного аниона, вызванное низкой дозой излучения, было значительно выше по сравнению с высокой дозой лазерного облучения, а обработка пиоцианином приводила к наибольшему накоплению супероксида в ядре [81], который отвечает за двухцепочечные разрывы ДНК [88]. Литературные данные свидетельствуют о том, что двухцепочечные разрывы ДНК приводят к апоптозу, в то время как повреждение основания ДНК индуцирует некроз [89]. Становится понятным, почему низкая доза лазера вызывает апоптоз, а высокая — некроз.
Научный интерес представляет возможность применения ФБМТ для модуляции патофизиологических состояний мышечной ткани, в частности, для терапии миофасциальных болей, в связи с чем отдельно можно рассмотреть вопрос о применении ФБМТ при лечении мышечных травм.
ВОЗДЕЙСТВИЕ ФБМТ НА МЫШЕЧНЫЕ ТРАВМЫ
Травма мышц, наиболее распространенная среди спортсменов и любителей спорта, снижает их работоспособность [90]. После травмы происходит выработка АФК, которые могут повредить здоровые мышечные волокна (вторичное повреждение) и задержать процесс восстановления. ФБМТ, применяемая до или после травмы, продемонстрировала положительные и защитные эффекты на восстановление мышц, но комбинация обеих до сих пор не ясна.
После травмы начинается процесс восстановления мышц, который делится на взаимозависимые фазы: дегенерация и воспаление, регенерация, фиброз/образование рубцов и ремоделирование. В острой фазе происходит высвобождение АФК, являющихся продуктами митохондриального окислительного метаболизма воспалительных клеток, эндотелиальных клеток и мышечных клеток [91]. Продукция АФК на адекватном уровне в сочетании с факторами роста и цитокинами важна для процесса восстановления мышц за счет перенаправления миогенных клеток-предшественников (сателлитов) в места повреждения. Однако высокие уровни АФК в течение длительного периода времени в поврежденной области могут вызывать окислительный стресс, непосредственно
достигая жизненно важных компонентов клеток, таких как липиды, белки и ДНК, в дополнение к негативному вмешательству в дифференцировку мышечных клеток [92]. Уровни АФК в процессе восстановления мышц зависят от активности таких клеточных антиок-сидантных ферментов, как супероксиддисмутаза (СОД), каталаза и глутатионпероксидаза (GPx) [91]. Эти ферменты обеспечивают состояние баланса между уровнями АФК, вырабатываемыми в процессе метаболизма и элиминируемыми антиоксидантной системой, называемое клеточным окислительно-восстановительным состоянием [93]. Дисбаланс окислительно-восстановительного состояния в пользу АФК, называемый окислительным стрессом, определяется повышением окисления белков и перекис-ного окисления липидов [94].
Фотобиомодуляция использует монохроматический свет в оптической области красного и инфракрасного диапазонов для лечения различных тканей стимулирующим и нетепловым воздействием [95]. Лечение основано на способности света изменять клеточный метаболизм, в частности, в результате поглощения митохондриями и цитохром-С-оксидазой [96]. ФБМТ, применяемая до или после травмы, продемонстрировала положительные и защитные эффекты на восстановление мышц, включая модуляцию воспалительного процесса, ангиогенез, ремоделирование коллагена, а также формирование мышечных волокон [97]. Однако эффект от сочетания данных процедур до настоящего времени не изучен.
АФК участвуют в каскаде событий регенерации мышц, но повышенный уровень АФК в течение длительного времени может привести к окислительному повреждению, а также к усилению воспаления и, следовательно, повлиять на дифференцировку мышечных клеток [92]. Таким образом, исследователи искали терапевтические стратегии, чтобы свести к минимуму образование АФК для обеспечения адекватного восстановления мышц. ФБМТ продемонстрировала защитное действие на мышечную ткань, поскольку она модулирует мито-хондриальную активность для синтеза аденозинтри-фосфата и АФК [98]. Воздействие низкоинтенсивным лазерным излучением положительно влияет на окислительный стресс, хотя более выраженные эффекты были в группах после терапевтического воздействия инфракрасным излучением [53, 93].
Известно, что перекисное окисление липидов — это процесс, который может быть инициирован АФК и способен блокировать пролиферацию клеток, а также индуцировать апоптоз и некроз, тем самым увеличивая повреждение тканей. Имеются данные о том, что увеличение АФК связано с усилением повреждения мышц и образованием фиброза в скелетных мышцах [92]. Исследования с использованием ФБМТ до травмы и/или после нее [98] показали снижение повреждения мышц и образования коллагена в процессе восстановления. В работах S.S. Santos
[99] и Б.М. Sunemi [100] показаны результаты воздействия полупроводникового лазера (830 нм) на икроножные мышцы крыс в процессе восстановления после эксцентрической нагрузки. Выявлено, что действие лазерного излучения не изменяет активности каталазы, снижает активность СОД [99] и приводит к увеличению малонового диальдегида в течение последующих двух дней [100]. Кроме того, перекисное окисление липидов ингибируется антиоксидант-ными ферментами, такими как СОД, каталаза и GPx, поскольку эти ферменты снижают уровень АФК [94]. Анализ антиоксидантных ферментов [94] показал, что инфракрасный лазер до травмы может привести к снижению активности каталазы через семь дней. Использование инфракрасного лазера в до- и посттравматический период оказывало более благоприятное модулирующее действие на уровень каталазы, так как индуцировало повышение ее активности через три дня и стимулировало восходящую регуляцию активности глутатионпероксидазы и СОД через семь дней по сравнению с группой травмы.
Другие исследования с использованием красного и инфракрасного лазеров после травмы продемонстрировали положительные эффекты во время восстановления мышц, но ничего не было описано относительно окислительного стресса. Как красный, так и инфракрасный лазеры положительно влияют на модуляцию воспалительного процесса, индуцируя снижение воспалительных цитокинов и мионекроза [98].
Кроме того, индукция ремоделирования внеклеточного матрикса приводит к увеличению образования коллагенов I, III и IV типов (красный лазер) [98], а также к улучшению их распределения и организации (инфракрасный лазер). Инфракрасная лазерная терапия вызывает стимуляцию мышечных волокон и модуляцию миогенных регуляторных факторов
[100].
Приведенные исследования демонстрируют важность воздействия ФБМТ на процесс восстановления мышц независимо от используемой длины волны. Изучение механизма воздействия ФБМТ необходимо для объяснения процессов, происходящих в облученной мышечной ткани, когда она здорова, а также влияние ФБМ на процесс восстановления мышц после острой травмы. Это особенно важно для установления терапевтических стратегий у пациентов с неизбежным риском мышечных травм.
Таким образом, ФБМТ в области красного и инфракрасного диапазонов оказалась эффективной для положительной модуляции активности антиок-сидантных ферментов и снижения маркеров стресса в процессе восстановления мышц независимо от времени воздействия. Однако эффекты воздействия ФБМТ инфракрасного диапазона более выражены в отношении модуляции антиоксидантных ферментов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Рассмотренные исследования показывают, что ФБМТ, как лазерная, так и светодиодная, является эффективным терапевтическим методом. Биологические эффекты, стимулируемые этими терапевтическими средствами, сходны и связаны с существованием неспецифических акцепторов применяемого излучения, способных запускать каскад сигнальных реакций, которые приводят к усилению пролиферации фибробластов, стимуляции ангиогенеза, образованию грануляционной ткани и активации синтеза коллагена. Необходимо отметить, что биологические эффекты особенно зависят от таких параметров, как длина волны и интенсивность воздействия.
Таким образом, анализ современной научной литературы может приблизить нас к ответу на вопрос о механизмах действия ФБМТ на биологические объекты, определить наиболее эффективные методы облучения и направления их практического использования.
Финансирование исследования. Работа была выполнена в рамках государственного задания Министерства здравоохранения Российской Федерации РК 208.094.01 121130100281-9.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
ЛИТЕРАТУРА/REFERENCES
1. Anders J.J., Lanzafame R.J., Arany P.R. Low-level light/laser therapy versus photobiomodulation therapy. Photomed Laser Surg 2015; 33(4): 183-184.
2. Kunimatsu R., Gunji H., Tsuka Y., Yoshimi Y., Awada T., Sumi K., Nakajima K., Kimura A., Hiraki T., Abe T., Naoto H., Yanoshita M., Tan-imoto K. Effects of high-frequency near-infrared diode laser irradiation on the proliferation and migration of mouse calvarial osteoblasts. Lasers Med Sci 2018; 33(5): 959-966.
3. Gal P., Stausholm M.B., Kovac I., Dosedla E., Luczy J., Sabol F., Bjordal J.M. Should open excisions and sutured incisions be treated differently? A review and meta-analysis of animal wound models following low-level laser therapy. Lasers Med Sci 2018; 33(6): 1351-1362.
4. Banerjee K., Madhyastha R., Nakajima Y., Maruyama M., Mad-hyastha H. Nanoceutical adjuvants as wound healing material: precepts and prospects. Int J Mol Sci 2021; 22(9): 4748.
5. da Silva Melo M., Alves L.P., Fernandes A. B. Carvalho H.C., de Lima C.J., Munin E., Gomes M.F., Salgado M.A.C., Zangaro R.A. LED phototherapy in full-thickness burns induced by CO(2) laser in rats skin. Lasers Med Sci 2018; 33(7): 1537-1547.
6. Yang D., Yi W., Wang E., Wang M. Effects of light-emitting diode irradiation on the osteogenesis of human umbilical cord mesenchymal stem cells in vitro. Sci Rep 2016; 6: 37370.
7. Kim J.E., Woo Y.J.,Sohn K.M., Jeong K.H., Kang H. Wnt/p-catenin and ERK pathway activation: a possible mechanism of photobiomodulation therapy with light-emitting diodes that regulate the proliferation of human outer root sheath cells. Lasers Surg Med 2017; 49(10): 940-947.
8. Khan I., Tang E., Arany P. Molecular pathway of near-infrared laser phototoxicity involves ATF-4 orchestrated ER stress. Sci Rep 2015; 5: 10581.
9. Kuffler D.P. Photobiomodulation in promoting wound healing: a review. Regen Med 2016; 11(1): 107-122.
10. Franck P., Henderson P.W., Rothaus K.O. Basics of lasers: history, physics, and clinical applications. Clin Plast Surg 2016; 43(3): 505-513.
11. Attia A.B.E., Balasundaram G., Moothanchery M., Dinish U.S., Bi R., Ntziachristos V., Olivo M. A review of clinical photoacoustic imaging: current and future trends. Photoacoustics 2019; 16: 100144.
12. Handayani S., Purwanto B., Saputra K., Tamtomo D.G. Laser-puncture increases serum concentration of insulin-like growth fac-tor-1 in adolescent rats. Med Acupunct 2018; 30(6): 319-325.
13. Heiskanen V., Pfiffner M., Partonen T. Sunlight and health: shifting the focus from vitamin D3 to photobiomodulation by red and near-infrared light. Ageing Res Rev 2020; 61: 101089.
14. Huang Z., Ma J., Chen J., Shen B., Pei F., Kraus V.B. The effectiveness of low-level laser therapy for nonspecific chronic low back pain: a systematic review and meta-analysis. Arthritis Res Ther 2015; 17: 360.
15. Glazov G., Yelland M., Emery J. Low-level laser therapy for chronic non-specific low back pain: a meta-analysis of randomised controlled trials. Acupunct Med 2016; 34(5): 328-341.
16. Sommer A.P. Mitochondrial cytochrome c oxidase is not the primary acceptor for near infrared light — it is mitochondrial bound water: the principles of low-level light therapy. Ann Transl Med 2019; 7(Suppl 1): 13-20.
17. Moskvin S.V. Only lasers can be used for low level laser therapy. Biomedicine (Taipei) 2017; 7(4): 22.
18. Celik B., Paker N., Celik E.C., Bugdayci D.S., Ones K., Ince N. The effects of orthotic intervention on nerve conduction and functional outcome in carpal tunnel syndrome: a prospective follow-up study. J Hand Ther 2015; 28(1): 34-37.
19. Heiskanen V., Hamblin M.R. Photobiomodulation: lasers vs. light emitting diodes? Photochem Photobiol Sci 2018; 17(8): 10031017.
20. Karu T.I. Photobiology of low-power laser therapy. London: Routledge; 2020; 204 p.
21. Moon S., Bae J.Y., Son H.K., Lee D.Y., Park G., You H., Ko H., Kim Y.C., Kim J. RUNX3 confers sensitivity to pheophorbide a-photodynamic therapy in human oral squamous cell carcinoma cell lines. Lasers Med Sci 2015; 30(2): 499-507.
22. Prajna N.V., Krishnan T., Mascarenhas J., Rajaraman R., Pra-jna L., Srinivasan M., Raghavan A., Oldenburg C.E., Ray K.J., Ze-gans M.E., McLeod S.D., Porco T.C., Acharya N.R., Lietman T.M.; Mycotic Ulcer Treatment Trial Group. The mycotic ulcer treatment trial: a randomized trial comparing natamycin vs voriconazole. JAMA Ophthalmol 2013; 131(4): 422-429.
23. Kumar S., Guru S.K., Pathania A.S., Manda S., Kumar A., Bha-rate S.B., Vishwakarma R.A., Malik F., Bhushan S. Fascaplysin induces caspase mediated crosstalk between apoptosis and autoph-agy through the inhibition of PI3K/AKT/mTOR signaling cascade in human leukemia HL-60 cells. Cell Biochem 2015; 116(6): 985-997.
24. de Andrade A.L.M., Luna G.F., Brassolatti P., Leite M.N., Parisi J.R., de Oliveira Leal A.M., Frade M.A.C., de Freitas Anibal F., Parizotto N.A. Photobiomodulation effect on the prolifer-
ation of adipose tissue mesenchymal stem cells. Lasers Med Sci 2019; 34(4): 677-683.
25. FloresLuna G.L., de Andrade A.L.M., Brassolatti P., Bossini P.S., Anibal F.F., Parizotto N.A., Leal A.M.O. Biphasic dose/response of photobiomodulation therapy on culture of human fibroblasts. Photobiomodul Photomed Laser Surg 2020; 38(7): 413-418.
26. de Lima F.J., de Oliveira Neto O.B., Barbosa F.T., do Nas-cimento Galvao A.M., Ramos F.W., de Lima C.C., de Sousa Rodrigues C.F. Is there a protocol in experimental skin wounds in rats using low-level diode laser therapy (LLDLT) combining or not red and infrared wavelengths? Systematic review. Lasers Med Sci 2016; 31(4): 779-787.
27. Tsai S.R., Hamblin M.R. Biological effects and medical applications of infrared radiation. J Photochem Photobiol B2017; 170: 197-207.
28. Tsibadze A., Chikvaidze E., Katsitadze A., Kvachadze I., Tskh-vediani N., Chikviladze A. Visible light and human skin (review). Georgian Med News 2015; 246: 46-53.
29. Vartanian G.V., Li B.Y., Chervenak A.P., Walch O.J., Pack W., Ala-Laurila P., Wong K.Y. Melatonin suppression by light in humans is more sensitive than previously reported. J Biol Rhythms 2015; 30: 351-354.
30. OyamaY., Bartman C.M., Bonney S., Lee J.S., Walker L.A., Han J., Borchers C.H., Buttrick P.M., Aherne C.M., Clendenen N., Colgan S.P., Eckle T. Intense light-mediated circadian cardioprotection via transcriptional reprogramming of the endothelium. Cell Rep 2019; 28: 1471-1484e11.
31. Tani A., Chellini F., Giannelli M., Nosi D., Zecchi-Orlandini S., Sassoli C. Red (635 nm), near-infrared (808 nm) and violet-blue (405 nm) photobiomodulation potentiality on human osteoblasts and mesenchymal stromal cells: a morphological and molecular in vitro study. Int J Mol Sci 2018; 19(7): 1946.
32. Oueiros C.S., Freitas J.P. Sun exposure: beyond the risks. Dermatol Pract Concept 2019; 9(4): 249-252.
33. Ferguson A.L., Kok L.F., Luong J.K., Van Den Bergh M., BellAnderson K.S., Fazakerley D.J., Byrne S.N. Exposure to solar ultraviolet radiation limits diet-induced weight gain, increases liver triglycerides and prevents the early signs of cardiovascular disease in mice. Nutr Metab Cardiovasc Dis 2019; 29(6): 633-638.
34. Irving A.A., Marling S.J., Seeman J., Plum L.A., DeLuca H.F. UV light suppression of EAE (a mouse model of multiple sclerosis) is independent of vitamin D and its receptor. Proc Natl Acad Sci USA 2019; 116(45): 22552-22555.
35. Nikkola V., Miettinen M.E., Karisola P., Gronroos M., Yliant-tila L., Alenius H., Snellman E., Partonen T. Ultraviolet B radiation modifies circadian time in epidermal skin and in subcutaneous adipose tissue. Photodermatol Photoimmunol Photomed 2019; 35(3): 157-163.
36. Gorman S., de Courten B., Lucas R.M. Systematic review of the effects of ultraviolet radiation on markers of metabolic dysfunction. Clin Biochem Rev 2019; 40(3): 147-162.
37. Masson-Meyers D.S., Bumah V.V., Biener G., Raicu V., Enwe-meka C.S. The relative antimicrobial effect of blue 405 nm LED and blue 405 nm laser on methicillin-resistant staphylococcus aureus in vitro. Lasers Med Sci 2015; 30(9): 2265-2271.
38. Biernacki M., Brzoska M.M., Markowska A., Gatazyn-Sidorczuk M., Cylwik B., G^gotek A., Skrzydlewska E. Oxidative
stress and its consequences in the blood of rats irradiated with UV: protective effect of cannabidiol. Antioxidants (Basel) 2021; 10(6): 821-829.
39. Lin C.-T., Lin M.J., Chen Y.P., Lee K.-C., Huang K.-C., Chang S. F., Chen C.-N. Long-term antihypertensive effects of far-infrared ray irradiated from wooden board in spontaneously hypertensive rats. BMC Complement Altern Med 2016; 16: 57.
40. Cheng C.-H., Chen T.-H., Wu M.-Y., Chou T.-C., Chen J. R., Wei M.-J., Lee S.-L., Hong L.-Y., Zheng C.-M., Chiu I.-J., Lin Y.-F., Hsu C.-M., Hsu Y.-H. Far-infrared protects vascular endothelial cells from advanced glycation end products-induced injury via PLZF-mediated autophagy in diabetic mice. Scientific reports 2017; 7: 40442.
41. Li C.-P., Chen C.-M., Chan C.-H., Li S.-Y., Tsai M.-T., Chen C.-F., Chen Y.-T., Chen T.-H., Chen F.-Y., Yang C.-H., Chou Y.-H., Wang T.-Y., Tan A.C., Lin C.-C. The effect of far-infrared therapy on the peritoneal membrane transport characteristics of uremic patients undergoing peritoneal dialysis: an open-prospective proof-of-concept study. Membranes (Basel) 2021; 11(9): 669.
42. Tran T.-H., Mai H.-N., Shin E.-J., Nam Y., Nguyen B.T., Lee Y.J., Jeong J.H., Tran H.-Y., Cho E.-H., Nah S.-Y., Lei X.G., Nabeshima T., Kim N.H., Kim H.C. Repeated exposure to far infrared ray attenuates acute restraint stress in mice via inhibition of JAK2/STAT3 signaling pathway by induction of glutathione peroxidase-1. Neuro-chem Int 2016; 94: 9-22.
43. Brunt V. E., Minson C.T. Heat therapy: mechanistic underpinnings and applications to cardiovascular health. J Appl Physiol (1985) 2021; 130(6): 1684-1704.
44. Tsai W.-C., Chiang W.-H., Wu C.-H., Li Y.-C., Campbell M., Huang P.-H., Lin M.-W., Lin C.-H., Cheng S.-M., Chang P.-C., Cheng C.-C. miR-548aq-3p is a novel target of Far infrared radiation which predicts coronary artery disease endothelial colony forming cell responsiveness. Sci Rep 2020; 10(1): 6805.
45. Huang T., Afzal S., Yu C., Guo Y., Bian Z., Yang L., Millwood I.Y., Walters R.G., Chen Y., Chen N., Gao R., Chen J., Clarke R., Chen Z., Ellervik C., Nordestgaard B.G., Lv J., Li L.; China Kadoorie Biobank Collaborative Group. Vitamin D and cause-specific vascular disease and mortality: a Mendelian randomisation study involving 99, 012 Chinese and 106, 911 European adults. BMC Med 2019; 17(1): 160.
46. Jung J.Y., Byung H.H., Eun S.C., Seung N., Da Hye J., Yun Jung L., Dae Gill K., Ho Sub L., Song N.J. Involvement of heme oxy-genase-1 induction in anti-vascular inflammation effects of Xan-thoceras sorbifolia in human umbilical vein endothelial cells. J Tra-dit Chin Med 2018; 38(6): 803-814.
47. Sivasubramanian K., Periyasamy V., Pramanik M. Non-invasive sentinel lymph node mapping and needle guidance using clinical handheld photoacoustic imaging system in small animal. J Biophotonics 2018; 11(1): 28.
48. Hamblin M.R. Mechanisms and applications of the antiinflammatory effects of photobiomodulation. AIMS Biophys 2017; 4(3): 337-361.
49. Karu T. I., Kolyakov S.F. Exact action spectra for cellular responses relevant to phototherapy. Photomed Laser Surg 2005; 23(4): 355-361.
50. Karu T.I. Mitochondrial signaling in mammalian cells activated by red and near-IR radiation. Photochem Photobiol 2008; 84(5): 1091-1099.
51. Karu T.I., Pyatibrat L.V., Kolyakov S.F., Afanasyeva N.I. Absorption measurements of a cell monolayer relevant to phototherapy: reduction of cytochrome c oxidase under near IR radiation. J Photochem Photobioi B2005; 81(2): 98-106.
52. Quirk B.J., Whelan H.T. Effect of red-to-near infrared light on the reaction of isolated cytochrome c oxidase with cytochrome C. Photomed Laser Surg 2016; 34(12): 631-637.
53. Karu T.I., Pyatibrat L.V., Afanasyeva N.I. Cellular effects of low power laser therapy can be mediated by nitric oxide. Lasers Surg Med 2005; 36(4): 307-314.
54. de Sousa R.G., Batista Kde N. Laser therapy in wound healing associated with diabetes mellitus — review. An Bras Dermatol 2016; 91(4): 489-493.
55. Yokomizo S., Katagiri W., Maki Y., Sano T., Inoue K., Fukushi M., Atochin D. N., Kushibiki T., Kawana A., Kimizuka Y., Kashiwagi S. Brief exposure of skin to near-infrared laser augments early vaccine responses. Nanophotonics 2021; 10(12): 3187-3197.
56. Zhang Y., Fang F., Tang J., Jia L., Feng Y., Xu P., Faramand A. Association between vitamin D supplementation and mortality: systematic review and meta-analysis. BMJ 2019; 366: 14673.
57. Zhang Z., Shen Q., Wu X., Zhang D., Xing D. Activation of PKA/SIRT1 signaling pathway by photobiomodulation therapy reduces Aß levels in Alzheimer's disease models. Aging cell 2020; 19(1): 13054.
58. Weinrich T.W., Coyne A., Salt T. E., Hogg C., Jeffery G. Improving mitochondrial function significantly reduces metabolic, visual, motor and cognitive decline in aged Drosophila melanogaster. Neu-robiol Aging 2017; 60: 34-43.
59. Serrage H., Heiskanen V., Palin W.M., Cooper P. R., Mil-ward M.R., Hadis M., Hamblin M.R. Under the spotlight: mechanisms of photobiomodulation concentrating on blue and green light. Photochem Photobiol Sci 2019; 18(8): 1877-1909.
60. Hamblin M.R. Mechanisms and mitochondrial redox signaling in photobiomodulation. Photochem Photobiol 2018; 94(2): 199-212.
61. Zheng S., Yang J., Hu X., Li M., Wang Q., Dancer R.C.A., Parekh D., Gao-Smith F., Thickett D.R., Jin S. Vitamin D attenuates lung injury via stimulating epithelial repair, reducing epithelial cell apoptosis and inhibits TGF-beta induced epithelial to mesenchymal transition. Bio-chem Pharmacol 2020; 177: 113955.
62. Li S., Wang C., Wang B., Liu L., Tang L., Liu D., Tang L., Liu D., Yang G., Zhang L. Efficacy of low-level light therapy for treatment of diabetic foot ulcer: a systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials. Diabetes Res Clin Pract 2018; 143: 215-224.
63. Grandinetti Vdos S., Miranda E.F., Johnson D.S., de Paiva P.R., Tomazoni S.S., Vanin A.A., Albuquerque-Pontes G.M., Frigo L., Marcos R. L., de Carvalho Pde T., Leal-Junior E.C. The thermal impact of phototherapy with concurrent super-pulsed lasers and red and infrared LEDs on human skin. Lasers Med Sci 2015; 30(5): 1575-1581.
64. Gagnon D., Gibson T. W., Singh A., zur Linden A.R., Kazien-ko J.E., LaMarre J. An in vitro method to test the safety and efficacy of low-level laser therapy (LLLT) in the healing of a canine skin model. BMC Vet Res 2016; 12: 73.
65. Mansouri V., Arjmand B., Rezaei Tavirani M., Razzaghi M., Rostami-Nejad M., Hamdieh M. Evaluation of efficacy of low-level laser therapy. J Lasers Med Sci 2020; 11(4): 369-380.
66. Lin Y.P., Su Y.-H., Chin S.-F., Chou Y.-C., Chia W.-T. Light-emitting
diode photobiomodulation therapy for non-specific low back pain in working nurses: a single-center, double-blind, prospective, randomized controlled trial. Medicine (Baltimore) 2020; 99(32): e21611.
6t. Karu T. Ten lectures on basic science of laser phototherapy. Grangesberg: Prima Books AB; 2021; 400 p.
68. Haslerud S., Magnussen L.H., Joensen J., Lopes-Martins R.A., Bjordal J.M. The efficacy of low-level laser therapy for shoulder tendinopathy: a systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials. Physiother Res Int 2015; 20(2): 108-125.
69. Gonçalves de Faria C.M., Ciol H., Salvador Bagnato V., Prat-avieira S. Effects of photobiomodulation on the redox state of healthy and cancer cells. Biomed Opt Express 2021; 12(7): 39023916.
TG. Fekrazad R., Asefi S., Allahdadi M., Kalhori K.A. Effect of photobiomodulation on mesenchymal stem cells. Photomed Laser Surg 2016; 34(11): 533-542.
T1. Lima P.L.V., Pereira C.V., Nissanka N., Arguello T., Gavini G., Maranduba C.M.D.C., Diaz F., Moraes C.T. Photobiomodulation enhancement of cell proliferation at 660 nm does not require cyto-chrome c oxidase. J Photochem Photobiol B2019; 194: 71-75.
T2. Leyane T.S., Jere S.W., Houreld N.N. Cellular signalling and photobiomodulation in chronic wound repair. Int J Mol Sci 2021; 22(20): 11223.
T3. Khorsandi K., Hosseinzadeh R., Abrahamse H., Fekrazad R. Biological responses of stem cells to photobiomodulation therapy. Curr Stem Cell Res Ther 2020; 15(5): 400-413.
T4. Wang Y., Huang Y.-Y., Wang Y., Lyu P., Hamblin M. R. Photobiomodulation of human adipose-derived stem cells using 810nm and 980nm lasers operates via different mechanisms of action. Bio-chim Biophys Acta Gen Subj 2017; 1861(2): 441-449.
7Б. Yan Y., Jia P., Bai Y., Fan T.-P., Zheng X., Cai Y. Production of ros-marinic acid with ATP and CoA double regenerating system. Enzyme Microb Technol 2017; 131: 109392.
76. Weyand C.M., Goronzy J.J. Aging of the immune system. Mechanisms and therapeutic targets. Ann Am Thorac Soc 2016; 13(Suppl 5): S422-S428.
77. Anders J.J., Romanczyk T. B., Ilev I.K., Moges H., Longo L., Wu X., Waynant R.W. Light supports neurite outgrowth of human neural progenitor cells in vitro: the role of P2Y receptors. IEEE J Sel Top Quantum Electron 2008; 14(1): 118-125.
TS. Kopsky D.J., Bhaskar A. K., Zonneveldt H.J., Keppel Hesselink J.M. Topical loperamide for the treatment of localized neuropathic pain: a case report and literature review. J Pain Res 2019; 12: 1189-1192.
T9. Zhang Q., Li L. Photodynamic combinational therapy in cancer treatment. BUON 2018; 23(3): 561-567.
SG. Wu S., Zhu C., Tang D., Dou Q. P., Shen J., Chen X. The role of ferroptosis in lung cancer. Biomark Res 2021; 9(1): 82.
51. Lynnyk A., Lunova M., Jirsa M., Egorova D., Kulikov A., Ku-binová S., Lunov O., Dejneka A. Manipulating the mitochondria activity in human hepatic cell line Huh7 by low-power laser irradiation. Biomed Opt Express 2018; 9(3): 1283-1300.
52. Lynnyk A., Smolková B., Uzhytchaket M., Egorova D., Kulikov A., Lunova M., Kubinová S., Dejneka A., Lunov O. Laser irradiation induces mitochondrial dysfunction in hepatic cells. In: Conference on medical laser applications and laser-tissue interactions IX. Munich; 2019; 1107911.
83. Su Z., Yang Z., Xu Y., Chen Y., Yu 0. MicroRNAs in apoptosis, autophagy and necroptosis. Oncotarget 2015; 6(11): 8474-8490.
84. Masomi-Bornwasser J., Kurz E., Frenz C., Schmitt J., Wesp D.M.A., König J., Lotz J., Ringel F., Kerz T., Krenzlin H., Keric N. The influence of oxidative stress on neurological outcomes in spontaneous intracerebral hemorrhage. Biomolecules 2021; 11(11): 1615.
85. Vanden Berghe T., Kaiser W.J., Bertrand M.J.M., Vandena-beele P. Molecular crosstalk between apoptosis, necroptosis, and survival signaling. Mol Cell Oncol 2015; 2(4): e975093.
86. Calcinotto A., Kohli J., Zagato E., Pellegrini L., Demaria M., Al-imonti A. Cellular senescence: aging, cancer, and injury. Physiol Rev 2019; 99(2): 1047-1078.
87. Skoko J.J., Attaran S., Neumann C.A. Signals getting crossed in the entanglement of redox and phosphorylation pathways: phosphorylation of peroxiredoxin proteins sparks cell signaling. Antioxidants (Basel) 2019; 8(2): 29, https://doi.org/10.3390/anti-ox8020029.
88. Roos W. P., Thomas A. D., Kaina B. DNA damage and the balance between survival and death in cancer biology. Nat Rev Cancer 2016; 16(1): 20-33.
89. Humeau J., Bravo-San Pedro J.M., Vitale I., Nunez L., Villalobos C., Kroemer G., Senovilla L. Calcium signaling and cell cycle: progression or death. Cell Calcium 2018; 70: 3-15.
90. Garg K., Corona B.T., Walters T.J. Therapeutic strategies for preventing skeletal muscle fibrosis after injury. Front Pharmacol 2015; 6: 87.
91. Takhtfooladi M.A., Takhtfooladi H.A., Khansari M. The effects of low-intensity laser therapy on hepatic ischemia-reperfusion injury in a rat model. Lasers Med Sci 2014; 29(6): 1887-1893.
92. Sies H., Jones D.P. Reactive oxygen species (ROS) as pleio-tropic physiological signaling agents. Nat Rev Mol Cell Biol 2020; 21(7): 363-383.
93. Kamal A. H., Komatsu S. Involvement of reactive oxygen species and mitochondrial proteins in biophoton emission in roots of soybean plants under flooding stress. J Proteome Res 2015; 14(5): 2219-2236.
94. Pisoschi A.M., Pop A. The role of antioxidants in the chemistry of oxidative stress: a review. Eur J Med Chem 2015; 97: 55-74.
95. Karu T.I. Multiple roles of cytochrome c oxidase in mammalian cells under action of red and IR-A radiation. IUBMB Life 2010; 62(8): 607-610.
96. Lunova M., Smolkovä B., Uzhytchak M., Janouskovä K.Z., Jir-sa M., Egorova D., Kulikov A., Kubinovä S., Dejneka A., Lunov 0. Light-
induced modulation of the mitochondrial respiratory chain activity: possibilities and limitations. Cell Mol Life Sci 2020; 77(14): 28152838.
97. Ribeiro B.G., Alves A.N., Santos L.A., Fernandes K.P.S., Cantero T.M., Gomes M.T., Franca C.M., de Fátima Teixeira da Silva D., Bussadori S. K., Mesquita-Ferrari R.A. The effect of low-level laser therapy (LLLT) applied prior to muscle injury. Lasers Surg Med 2015; 47(7): 571-578.
98. Leal-Junior E.C., Vanin A.A., Miranda E.F., de Carvalho Pde T., Dal Corso S., Bjordal J.M. Effect of phototherapy (low-level laser therapy and light-emitting diode therapy) on exercise performance and markers of exercise recovery: a systematic review with metaanalysis. Lasers Med Sci 2015; 30(2): 925-939.
99. Dos Santos S.S., de Oliveira H.A., Antonio E.L., Teixeira I.L.A., Mansano B.S.D.M., Silva F.A., Camillo de Carvalho P.T., Tucci P.J.F., Serra A.J. Low-level laser therapy prevents muscle oxidative stress in rats subjected to high-intensity resistance exercise in a dose-dependent manner. Lasers Med Sci 2020; 35(8): 1689-1694.
100. Sunemi S.M., Teixeira I.L.A., Mansano B.S.D.M., de Oliveira H.A., Antonio E.L., de Souza Oliveira C., Leal-Junior E.C.P., Tucci P.J.F., Serra A.J. Post-resistance exercise photobiomodulation therapy has a more effective antioxidant effect than pre-application on muscle oxidative stress. Photochem Photobiol Sci 2021; 20(4): 585-595.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ:
С.Л. Малиновская, д.б.н., доцент, профессор кафедры медицинской физики и информатики ФГБОУ ВО «Приволжский исследовательский медицинский университет» Минздрава России;
О.В. Другова, к.б.н., доцент кафедры медицинской физики и информатики ФГБОУ ВО «Приволжский исследовательский медицинский университет» Минздрава России; В.В. Борзиков, м.н.с., отдела физико-химических исследований ЦНИЛ ФГБОУ ВО «Приволжский исследовательский медицинский университет» Минздрава России; А.П. Баврина, к.б.н., доцент кафедры медицинской физики и информатики ФГБОУ ВО «Приволжский исследовательский медицинский университет» Минздрава России. Для контактов: Малиновская Светлана Львовна, e-mail: [email protected]
