Лазерные эффекты в растворах биополимеров тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

РГ6 од

- 5 ИЮН 1995

На правах рукописи

ВОЛЬФ Елена Борисовна

ЛАЗЕРНЫЕ ЭФФЕКТЫ В РАСТВОРАХ БИОПОЛИМЕРОВ

специальность 01.04.14. - Теплофизика и молекулярная физика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени . кандидата физико-математических наук

Екатеринбург 1995

Работа выполнена в Институте промышленной экологии Уральского Отделения Российской Академии наук.

Научный руководитель - кандидат физико-математических наук

С.А.Скотанов

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Б.В.Шульгин; кандидат биологических наук, С.А.Шавнин

Ведущая организация - Омский государственный технический

университет

Защита состоится 06 1995 года в /£ч&шя на заседании диссертационного совета К 063.14.11 при Уральском государственном техническом университете (УШ), ауд. Ф-419, 5-й учебный корпус. "

С диссертацией можно ознакомиться в .'библиотеке института.

Ваш отзыв в одном экземпляре, .заверенный гербовой печатью, просим направлять по адресу: 620002, Екатеринбург, К-2 , УГТУ , ученому секретарю совета.

Автореферат разослан "_" 1995 года.

Ученый секретарь диссертационного совета,

к.ф.-м.н., доцент Е.В.Кононенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Работа посвящена исследованию Влияния

низкоинтенсивного лазерного излучения на гидратационные процессы в слабонеравновесных биологических жидкостях.

Актуальность проблемы. Низкоинтенсивное лазерное излучение (НЖ) с мощностью от долей до десятков мВт, при которой исключаются деструктивные тепловые эффекты, все более широко применяется в медицине. Наиболее часто применяется излучение гелйЙ-неонового лазера (ГНЛ) с длиной волны 632 ;8 нм. Низкотатенсивноб .лазерное воздействие оказывает влияние на кинетику ферментативных реакций In vitro, приводит к изменению заряда макромолекул белков и резкому снижению модуля сдвиговой упругости мембраны эритроцитов, вызывает изменение оптических и кристаллизационных характеристик многокомпонентных метаста-бильных растворов. Механизмы взаимодействия ИЛИ с биологическими средами, которые представляют собой многокомпонентные слаботаравновесные системы, до сих пор.неизвестны.

Проблема физического механизма биологического действия НЛИ заключает в себе два основных вопроса: 1 идентификация первичного фотоакцептора и 2 - выяснение природы физических процессов , трансформирующих энергию ' поглощенных квантов света в отклик биозшдкостей, клеток и тканей организма.

Поиск фотоакцепторов, обладающих сильным поглощением на длине волны облучающего света, не привел к каким-либо однозначным выводам. Применение плавно перестраиваемых по частоте лазеров позволило идентифицировать один из фотоакцепторов - растворенный молекулярный кислород [ 1 ]. Рассматривая растворенный кислород как первичный акцептор

НЛИ, авторы работы' £21 предложили модель генерализации индуцированных лазерш биоэффектов через структурную перестройку биожидкостей. Несмотря на большое количество публикаций, посвященных исследованию воздействия НЛИ на . биообъекты, в настоящее время нет общепринятого представления о физической природе биологического действия низко-штенсивного излучения лазера.

Необходимость выяснения физических механизмов действия НЛИ на биологические объекты является актуальной в связи с , широким применением лазеротерапии в практической медицине.

Целью работы является исследование влияния низкоинтенсивного излучения гелий-неонового лазера на биожидкости - компоненты крови. и их модели с целью установления первичного акцептора и механизма передачи возбуждения биомолекулам и клеткам. При этом решались следующие задачи:

1. Определение основных физических эффектов,вызываемых действием НЛИ. ...

2. исследование • зависимости эффектов от мощности "излучения, времени облучения, температуры среды и

концентрации компонентов.

3. Проверка гипотезы о том, что первичным акцептором . излучения ГНЛ является растворенный молекулярный кислород.

Научная нови з.н а -

1. Обнаружен эффект достоверного изменения показателя преломления раствора белка (альбумина сыворотки крови) при действии НЛИ и получены его зависимости от мощности излучения и концентрации раствора. Установлено, что амплитуда изменения показателя преломления в результате воздействия НЛИ связана с концентрацией клеток в суспензии

эритроцитов и. макромолекул в раствора белка.

2. Обнаружено, что эффект запускается при облучении . биораствора в течение короткого времени (0,1-60 с), при этом временные параметры эффекта соответствуют параметрам, полученным при непрерывном облучении _ в процессе эксперимента (10-30 мин).

3. Установлены температурные диапазоны проявления эффекта изменения показателя преломления при облучении НЛИ.

4. Получены спектры действия НЛИ в окрестностях полос поглощения растворенного кислорода: Л=762 вм на суспензию эритроцитов я раствор альбумина, А.=638 нм на раствор альбумина, где в качестве регистрируемого параметра использовался показатель преломления. .

Научная и практическая значимость

Экспериментальные результаты и оценки, произведенные в работе, показывают, что изменение показателя преломления биокидкостей связано преимущественно со структурными перестройками в.растворителе. Одним из первичных акцепторов излучения ГНЛ, как показали эксперименты, в кидких компонентах' крови и ее моделях является растворенный молекулярный кислород. Предлокена качественная модель структурных перестроек гидратных оболочек ма1фомолекул, приводящих к изменению конформации биомолекул. Нарушение структуры растворителя вызвано энергией, выделяемой при дезактивации возбужденных молекул кислорода. Модель позволяет объяснить . "неспецифический характер действия НЛИ.

Обнаруженные в работе параметры фотоотклика (отклика исследуемого объекта на воздействие излучения оптического диапазона) являются индивидуальными характеристиками. На основе использования этих параметров разработан тест,

позволяющий прогнозировать эффективность лазерной терапии до процедуры облучения индивидуально для каадого больного. Тест прошел клиническую апробацию в Пульмонологическом " центре г. Екатеринбурга и утвержден Главным Управлением Здравоохранения Свердловской области.

Автор защищает:

1. Экспериментальные зависимости параметров эффекта НТО от мощности излучения, длительности облучения, концентрации биорастворов и температуры среда.

2. Отклик Сиохидкостей на короткий (0,5 - 100 секунд) единичный импульс КЛИ.

3. Интерпретацию изменений показателя преломления биохидкостей под действием ЕЛИ как структурную перестройку в растворителе вблизи поверхности макромолекул.

4. Подученные экспериментально спектр! действия в окрестностях полос поглощения растворенного молекулярного кислорода.

Апробация работы

По теме диссертации опубликовано 22 работы, из них 7 статей, 14 тезисов докладов и 1 методические рекомендации. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Международных конференциях: "Новое в лазерной медицине и хирургии"- (г.Переславль-Залесспсий, 1990 г;) , "Laser Application In Lite Sciences " (Moscow, 1990 г.), International Conference on Advanced and Laser Technologies (Moscow, 1992 г.), "Новые достижения лазерной медицины" (г.Санкт-Петербург, 1993 г.), II Международной конференции по лиотропным жидким 1фисталлам (г.Иваново, 1993 г.); на III и IV Дальневосточных конференциях "Лазерная техника и лазерная медицина" и "Низкоинтенсивное лазерное излучение в

медицинской практик-}" (г.Хабаровск. .1389 »"1990' гг.); на Всесоюзной конференции "Современные метода контроля лазерного облучения крови и оценки эффективности1 лазерной терапии" (г.Новосибирск, 1990 г.); на Республиканской конференции "Новые физические методы в медицине" (г.Ворошиловград, 1990 г.); на IV Национальном конгрессе по болезням органов дыхания (г.Москва, 1994 г.).

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, приложения, заключения и списка использованной литературы. Она изложена на 227 страницах, из них 59 рисунков, 5 таблиц. Список ' литературы содержит 139 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируется цель исследования, научная новизна и практическая ценность результатов работы, приводятся основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе дан краткий литературный обзор публикаций, посвященных воздействию низкоинтенсивного лазерного излучения (ИЛИ) на биосистемы.

.. Приведены результаты экспериментальных исследований, показывающие независимость ■ биоэффекта от когерентности и важность монохроматичности излучения СЗ]. Отмечено, что относительно роли поляризации единая точка зрения не выработана.

На основании литературных- данных рассматриваются возможные первичные акцепторы излучения гелий-неонового лазера (ГНЛ). Отмечено,, что активация биомолокул,

селективно вепоглощавдих на длине волны воздействующего излучения, и возникновение структурно-оптических эффектов в облученных ИЛИ прозрачных растворах и биожидкостях говорят о неспецифичности эффектов воздействия излучения ГОЛ к молекулярной природе биомолекул. Рассмотрена, не-' исключающая предыдущих, модель прямого фотовозбувдения растворенного молекулярного кислорода 02 как универсального первичного фотоакцептора С21 и модель структурного усиления локальных возмущений окружающей среда, вызванных дезактивацией молекул синглетного кислорода 13].

В конце главы сформулированы задачи исследования, вытекающие из анализа литературных данных, и обосновывается выбор объектов исследования и экспериментальных методик.

Поскольку в практической медицине основным объектом воздействия НЛИ является кровь, оптическое исследование которой затруднено4 из-за непрозрачности и • сильного рассеяния излучения в оптическом диапазоне, в работе исследовались еб компоненты:, прозрачные плазма и сыворотка крови,- суспензии эритроцитов в .физиологическом растворе (ФР), а в качестве модельной системы был выбран раствор глобулярного белка- альбумина. Функции сывороточного-альбумина (ЧСА- человеческий, БОА- бычий) не связаны со специфическими реакциями, а заключаются в связывании и транспорте различных веществ за счет гидрофобного взаимодействия.

Экспериментальная, методика, выбиралась ' с учетом .следующих 'требований.

1.Чувствительность к биохимическим изменениям в растворе.

2.Чувствительность к изменению структуры макромолекул и их гидратного окружения.

3.Отсутствие воздействия на исследуемый объект,сравнимого с действием НИИ.

4.Достаточно малые количества исследуемого вещества, что вакно при работе с сиворотной и плазмой крови.

5.Поскольку фотоотклик имеет длительность 1-2 мин, продолжительность одного измерения должна быть ^ 1 мин.

Всем этим требованиям удовлетворяет такой метод, как рефрактометрия. Показатель преломления является интегральной характеристикой средней электронной поляризуемости молекул исследуемой системы и зависит от ее молекулярного состава и ме»молекулярных взаимодействий.

Вторая глава посвящена описанию исследуемых, сред. Рассматриваются основные физические характеристики и свойства белков. Отмечено специфическое свойство молекулы белка -, принимать в физиологических •условиях вполне определенную геометрическую форму (конформацию). Самосборка глобулы бежа происходит только ..в водном окружении и определяется гидрофобными взаимодействиями. Вода оказывает двойственное воздействие на структуру глобулы белка. Помимо гидрофобного взаимодействия, стабилизирующего структуру глобулярных белков, она оказывает разрыхляющее воздействие за счет конкуренции молекул , вода за водородные связи . между СО. и 1И-группами. Эти факторы определяют равновесие сил, формирующих макромолекулу, и конформационную ' чувствитель-- ность макромолекулы к слабым воздействиям.

В нативных условиях белки являются главными связывающими воду соединениями. Каждая молекула бежа в водном растворе удерживает на поверхности гидратную оболочку. Гидратная оболочка - это пространство вокруг молекулы растворенного вещества, в котором физические свойства воды

отличаются от свойств чистой воды.

Даже при постоянстве внешних условий нативная глобула не является одной пространственной формой. Множество близких по энергии конформационных подсостояний непрерывно ' переходят друг в друга. Отмечено, что конформационные изменения белка и перестройка его водной оболочки -взаимосвязанные процессы, а сама система "биомакромолекула-гидратная оболочка" является единой кооперативной системой, в которой изменения в структуре биополимера и в состоянии растворителя взаимообусловлены и одновременны.

Б конце главы пр;й?-,-|?на методика приготовления изучаемых сред.

В третьей главе рассмотрен классический метод химического и структурного анализа - рефрактометрия. Описаны конструкции двух, используемых в работе, рефрактометров: типа Аббе ИГФ-454БМ и типа Пульфриха ИРФ-23. Приведена комплексная схема эксперимента ' с описанием установки и методик измерения . зависимостей эффекта от мощности и голяризованности излучения, времени облучения, температуры среды и концентрации компонентов, концентрации растворенного молекулярного кислорода и длины волны излучения, от • режима облучения * (динамический и стационарный). Дана оценка ошибок измерения.

В четвертой главе приводятся результаты экспериментального исследования параметров эффекта воздействия ЮТ на биожидкости.

Показано, что для всех исследуемых биожидкостей эффект воздействия НЛИ выражается в виде изменения показателя преломления (п): через промежуток времени (латентное время) после начала облучения показатель преломления

начинает изменяться, максимальное отклонение" от исходного значения (Аг^) достигается к моменту времени tM, после чего п возвращается к уровню, близкому к исходному • (рис.1). Показатель преломления зависит от химического состава и структурных особенностей исследуемой среды. На основании произведенных оценок на примере суспензии эритроцитов сделан вывод, что изменение п суспензии связано с процессами, протекающими з растворителе, поскольку изменение . показателя преломления внутриклеточной жидкости (учитывая ■ процентный состав суспензии и величину наблюдаемых эффектов) невозможно без значительного нарушения состава клеток, изменение состава модельной системы - раствора альбумина-маловероятно. Учитывая однотипность изменения п всех исследованных в работе биорастворов, можно сделать вывод, что наблюдаемые изменения показателя преломления связаны преимущественно со структурными перестройками в растворителе. Под структурой водного растворителя понимается частичное сохранение в жидком состоянии рыхлой структуры льда с 4 водородными.„связями. Структура растворителя в объеме и в приповерхностных слоях (гидратная оболочка макромолекул) отличается.

Установлено, что произведение ?• t^ const (Р- мощность излучения) для. каздой биожидкости при мощностях излучения до 50 мВт (рис.2). При облучении поляризованным и неполяри-зованшм светом наблюдаемые эффекты идентичны.

Экспериментально, показано, что от концентрации частиц (биомолекул или клеток) в растворе зависит величина максимального изменения показателя преломления. Учитывая, что макромолекулы и клетки' удерживают на поверхности гидратную оболочку со структурой, отличной от структуры объемной

Л П, * Ю *

Т, гмн

Рис.1. Поведение показателей преломления при облучении КЛИ на примере • - сыворотки крови и о - раствора ЧСа:

¿П « -/Vконтр.

Тм, мин

о, е

0,4

а,г

Р. мВт

О Ю 20 30

Рис.2.Зависимости обратного времени максимума эффекта от мощности излучения: 1- суспензия эритроцитов, 2- плазма крови, 3. - ЧСА, 4 - сыворотка крови

воды, по характеру зависимостей ¿Пу(1ср)» где 1 - среднее расстояние мевду частицами (рис.3), сделаны оценка размеров гидратных оболочек. Для эритроцитов расстояние, на которое распространяется "искажение" сетки Н-связей, составило 10-15 мкм, для макромолекул альбумина - « 5 ем.

Впервые обнаружен эффект -от облучения коротким единичным импульсом КЯй. Сыворотка крови облучалась в течение нескольких секунд, после чего лазер выключался. Поведение показателя преломления после выключения при этом было таким же, как и з случае облучения в течение, всего эксперимента (рис.4). Времена, соответствуйте максимальному отклонению показателя преломления от исходного уровня (Хм1 и Х^) при том и другом вариантах облучешш^ совпадают, если одинаковы мощности НИИ. Наименьшая длина светового импульса, вызывающая отклонение показателя преломления от исходного уровня, - время запуска эффекта (г3)- Для сыворотки и плазмы величина t3 находится в пределах от 0,5 до 5 с, в растворе белка 13 значительно больпе : 1-3 мин.

Приведены зависимости, показывающие взаимосвязь изменений 'показателя преломления среды и функциональной активности биомолекул и клеток. Поскольку основная Функция альбумина - связывание и транспорт низкомолекулярных веществ,- в качестве характеристики функционального состояния выбрана способность молекул альбумина связывать простагландкн Е2(ПГЕ2). Характер поведения показателя' преломления растзора и константы ассоциации. молекул СА и ПГЕ^ при лазерном воздействии аналогичен: уменьшение, возрастание и возвращение к исходному состоянию, при этом изменения п и К происходят синхронно. Этот, результат подтверждает известный факт неспецифической регуляции

Рис.3.Зависимость амплитуды максимального отклонения показателя преломления суспензии эритроцитов от' среднего расстояния между клетками:

Дп^- суспензия с концентрацией клеток р±> Лпыо 3-суспензия с р=С,ЗЖ

ГЬ

разных длительностях облучения: 1 - 14 мин , Р=15 мВт}

• 2 - г Л = 15 с , Р=15 мВт

биохимических процессов • излучением ГНЛ.

При параллельных измерениях показателя преломления суспензии эритроцитов и деформируемоста (е) клеток в потоке, являющейся важной реологической характеристикой, положения максимумов Аг^ и ем совпадали на оси времени (рис.5) во всех проведенных экспериментах (более 100).

Результаты эксперимента по облучению циркулирующей в контуре плазмы частично разрешают проблему генерализации локального воздействия. При облучении плазмы в динамическом режиме обнаружено, что структурное возбуждение, приводящее к изменению показателя преломления, не распространяется на весь циркулирующий объем, а реализуется в границах облученного участка и перемещается с ним по контуру.

В заключение главы приведено оценочное математическое описание кинетики изменения показателя преломления под действием ЩИ. ■ '

В пятой главе рассмотрены вопросы, связанные с первичным акцептором излучения ГНЛ. Для ответа на вопрос, связаны ли наблюдаемые нами, эффекты воздействия ИЛИ * с прямой' фотогенерацией синглеткого кислорода, были исследованы спектральные зависимости эффекта в окрестностях полос поглощения растворенного молекулярного кислорода' 755-780 нм и 630-650 ил. Зависимости г^1(X) представлены на рис.б.В пределах экспериментальных ошибок спектры совпадают как по положению максимума, так и по форме с полосами • поглощения растворенного молекулярного кислорода.

Для подтверждения кислородной зависимости фотоотклика были получены зависимости пШ раствора альбумина в трех диапазонах парциальных давлений кислорода : 20 ± 15 мм 150 ± 20 мм % и 700 * 50 мм Результаты эксперимента

1.ЪЪ*1п-------- ,

Рис.5. Изменение локазателя преломления суспензии и деформируемости эритроцитов в потоке при облучении ГКЛ: » - деформируемость эритроцитов <е); 2 - показатель преломления суспензии (п) ■

7£5 775

Рис.6.Спектры возбуждения фотоотклика биохидкостей; (сплошные линии - контуры полос поглощения 0г): 1 - БСА, 2 - ЧСА

свидетельствуют о' зависимости параметра ^ о1?' концентрации молекулярного кислорода в растворе. Чем выше концентрация 0г, тем раньше возникает фотоотклик.

Совпадение спектров биологического действия с полосами поглощения растворенного молекулярного кислорода и зависимость фотоотклика от концентрации в растворе 02 являются аргументами в пользу первичного фотофизического процесса -возбуждения 02 в синглетное состояние.

Энергетические оценки эффекта показывают, что энергия запуска фотоиндуцированного процесса не' превышает 10~б -Ю~3Дж. Изменение показателя преломления достигает величины Дп^а МО"3, что требует затрат энергии ДЕ * 3 - 4 Дас. Таким образом, для достижения наблюдаемого фотоотклика исходное воздействие должно быть усилено от 103 до 10б раз. Чувствительными к таким слабым воздействиям являются системы, находящиеся в неравновесном состоянии.

Нативные биологические жидкости нельзя рассматривать как равновесные системы.Это дассипативные системы, обменивающиеся энергией й веществом с внешней средой.

Для всех исследуемых в работе биожидкостей и моделей создавались условия неравновесности. Выделяя из крови сыворотку (либо плазму) и.форменные элементы (эритроциты), мы каждый из компонентов приводим тем самым в неравновесное состояние. Помещая кристаллический белок в физиологический раствор,, мы создаем модельную неравновесную систему, где протекают процессы набухания белка и свертывания в глобулу. По истечении • определенного времени (гл.2) состояния систем можно охарактеризовать как слабонеравновесные, поскольку времена релаксации достаточно велики по сравнению с длительностью экспериментов: показатели прелом-

ления сыворотки й суспензии эритроцитов изменялись в среднем на ЫО"3 за • 24 часа, раствора альбумина-на » 1 - Ю-3 за 1 час.

Установлено, что температурные зависимости показателей преломления всех исследованных биожидКостэй носят немонотонный характер (рис.7).

Области немонотонности на зависимостях п(Т) можно обозначить, следующими температурными диапазонами: БСА -26-30°С и 37-42°С (по данным ИБФ-454 БМ); 25-30°С И 36-39°С (по данным ИРФ-23); ЧСА - 26-2Э°С, 32-38°С И 42-46°С (по данным ИРФ-454БМ); суспензия эритроцитов -25-27°С, 31,5-35°С И 39,5-42°С (ИРФ-454Ш).

Установлено, что в температурных интервалах немонотонного изменения а на рефрактометре Пульфриха ИРФ-23 (измерение показателя цреломления в объеме биожидкости) наблюдается уширениэ спектральной полосы. При облучении - раствора белка НЛИ величина уширения и время его существования не изменялись. Параллельные измерения п на ИРФ-454БМ (в тонком капилляре) показывают, что'характерное изменение показателя преломления облучаемого раствора белка по величине ДПу •соответствует уширению спектральной полосы (рис.8), в температурных интервалах монотонного поведения п уширения полосы и изменения показателя преломления облучаемого раствора не наблюдается.

Отмечено, что значительную роль в проявлении эффекта в виде изменения показателя преломления играет контакт био-.жидкости с поверхностью. В случае измерения п в тонком капилляре,: значительная доля жидкости оказывается в непо -средственном контакте с поверхностью призм рефрактометра. Дополнительное, периодически вносимое в систему в процессе

температуры:

1 - Н?А, 2 - суспензия эритроцитов, 3,4 - физиологический

Рис.8.Характер фотоотклика раствора БОА при различных типах измерения его показателя преломления:

1 - измерение п в объеме (ИРФ-23)*

2 - измерение п в тонком капилляре (ИРФ-454Ш)

измерения взаимодействие с твердой поверхностью призм, невидимому, играет роль фактора, инициирующего переход между различными конформационными подсостояниями биожидкости.

В приложении описана суть разработанной методики определения индивидуальной чувствительности пациентов к лазерной терапии до процедуры облучения.

В заключении изложена возможная качественная модель механизма действия НЛИ на биокидкости, в которой в качестве первичного.акцептора излучения рассматривается молекулярный растворенный кислород. Поглотив квант излучения, молекулы кислорода переходят в возбужденное синглетное состояние. Локальное выделение энергии прл физическом тушении молекулы 10г может привести .к сильному возмущению структуры ев ближнего окружения, в частности,к образованию зарядовых, структурных и др. дефектов. Поскольку все объекты исследования находятся в слабонеравновесном состоянии, они являются высокочувствительными' к локальным возмущениям структура, которые могут привести к кооперативным конформй-ционным перестройкам макромолекул в интервале температур", где система "биомолекула-гидратная оболочка" находится в "напряженном" конформационном ' состоянии. Структурные перестройки гицратных -оболочек 7 отражаются в изменении показателя преломления раствора. Затем глобула принимает конформацию, более энергетически выгодную, чем исходная, и формирует новую гидратную оболочку на поверхности.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1. Проведено исследование влияния излучения ГНЛ на суспензию эритроцитов в физиологическом растворе,сыворотку и плазму кроки, раствор альбумина. Показано, что отклик на

воздействие НЛИ у всех биожидкостей и их моделей о'лноТяПён: изменение показателя преломления в виде кривой с максимумом. Подобие изменения. показателей преломления свидетельствует об единстве механизма действия НЛИ на эти биорастворы.

2. Показано, что эффект воздействия излучения ГНЛ на биожидкости в виде изменения их показателей преломления связан со структурными . изменениями водной среды вблизи поверхности макромолекул (изменениями в их гидратной оболочке). Поскольку конформационныв состояния макромолекул и структура их гидратных оболочек взаимосвязаны, изменения в структуре последних влекут за собой конформа-ционные перестройки Оиомолекул, когда биожидкость (или модельная система) находится в слабонеравновесном состоянии.

3. Обнаружено, что для каждой биожидкости (и модели) существует минимальное время облучения (время запуска эффекта), необходимое для появления фотоотклика в виде изменения показателя преломления. Причем фотоотклик наблюдается уже в отсутствие облучения... Величина времени запуска позволила оценить минимальное количество энергии, необходимое для появления фотоотклика на НЛИ'.

4. Установлено, что ' для "всех биожидкостей и их моделей существуют определенные температурные диапазоны, в которых наблюдается эффект воздействия НЛИ. Высокая чувствительность н внешним воздействиям в этих диапазонах обусловлена тем, что макромолекулы подготовлены ' к смене конформации за счет температурного "разрыхления",' и система "биомолекула-гидратная оболочка" находится в "напряженном" конфсрмационном состоянии. Эти температурные области отмечены участками немонотонного поведения зависи-

мостя показателя преломления от температуры.

5. Установлено,что мощность излучения задает скорость взаимосвязанных структурно-конформационных перестроек биомолекул и их гидратных оболочек. Произведение времени " максимального изменения показателя преломления на мощность излучения является величиной постоянной для определенной биожидкости.

6. Экспериментально показано, что амплитуда изменения показателя преломления связана со средним расстоянием мевду частицами (макромолекулами или клетками) и не зависит от мощности излучения. Характер зависимости Лп от концентрации макромолекул и клеток позволил оценить величину их гидратных оболочек.

7. Полученные спектральные зависимости эффекта в окрестностях полос поглощения растворенного молекулярного кислорода, а также зависимость эффекта от концентрации растворенного кислорода подтверждают, что первичным акцептором излучения ПИ является молекулярный кислород.

8. Согласованные изменения показателей преломления суспензии, эритроцитов и. деформируемости клеток, раствора

■ альбумина* и функциональной активности макромолекул позволяют говорить о том, что структурные изменения в биокидкостях приводят к изменениям в микроциркуляционных и биохимических процессах. Этот результат согласуется с известными фактами неспецифической регуляции биохимических и клеточных процессов. А установленный факт длительного ' существования эффекта воздействия НЛИ в облученном объеме плазмы, циркулирующей в контуре,позволяет разрешить вопрос генерализации локальных воздействий лазерного излучения.

9. Обнаруженные параметры отклика биожидкостей на

«

лазерное воздействие позволили создать тест, определяющий реакцию крови на низкоинтенсивное лазерное облучение In vitro до процедуры лазерной терапии. Тест- утвержден Главным Управлением Здравоохранения Свердловской области.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1 .Синхронные изменения в клетках и во внеклеточной • среде, индуцированные низкоинтенсивным лазерным облучением/ Захаров С.Д., Скопинов С.А., Панасенко H.A., Перов С.Н., Яковлева C.B.,Вольф £.Б..Еремеев Б.В.,Лейб Е.Д. //Краткие сообщения по физике С41АН. 1990. N3. С. 12-14.

2. Первичные механизмы неспеци£яческого воздействия низкоинтенсивного лазерного излучения на эритроциты с участием молекулярного кислорода / Захаров С. Д., Скопинов С.А., Чудновский В.М., Перов С.Н., Панасенко H.A., Вольф Е.Б., Еремеев Б.В.// Изв. АН СССР. Сер. фгз. 1990. Т.54. N8. С.1629-1635.

3.Структурные изменения межклеточного раствора, индуцированные прямой фотогенерацией синглетного кислорода в суспензии эритроцитов/ Букин В.Г., Вольф Е.Б., Данилов В.П., Захаров С.Д., . Иванов A.B.,. Пурина Т.М.„ Новиков Е.Г., Панасенко H.A., Перов С.Н., Прохоров A.M., Скопинов С.А.,Тимошечкин М.И. // Краткие сообщения по физике ФЙАН. 1991. N1. С.18-24."

4.Cellular and extracellular effects of soft laserIrradiation on the erythrocytes suspension /Skoplnov S.A., Zakharov S.D., Wolf E.B., Perov S.N., Panasenko N.A. //Laser Application In Life Sciences. Part Two: Lasers In 31ophysics and Blomedlclne. 1990. SPIE V.1403. P.676-679.

5.СК0ШШ0В С.А. , Вольф Е.Б., Курочкин С.А. Возбуждение оптико-структурной неустойчивости в биологической жидкости

' низкоинтенсивным лазерным импульсом// Письма в ХГФ. 1991. Т.17, ВЫП.21. С.66-70. ...

6. Сяопинов С.А., врльф Е.Б., курочкин' С.А. Кинетические и температурные характеристики оптико-структурного отклика биологических жидкостей на низкоинтенсивное лазерное излучение // Лазерная терапия на Дальнем Востоке/Под ред.Сухановой Г.И., Чудаовского В.М. Владивосток: Дальнаука, 1993. С.27-39.

Литература

1.Ambartzumian R.V. Laser In cardiology/ Proc.SPIE ECQOSA 86//Florenc: Monduzzl, 1987. V.701. P.341-344.____________________

2.Структурная модель иеспецифического биостимулирупцего действия лазерного . излучения: роль слабопоглощаицих фоторецепторов и альтерации структурного состояния растворов биомолекул / Захаров С.Д., Ыинц Р.И., Стопинов С. А., Чудновский В.М.// Действие электромагного излучения - на

• биологические.объекты и лазерная медицина/ Ред. Ильичев В.И. Владивосток: ДВО АН СССР, 1989. С.41-52. .

3.Кару Т.И., Календо Г.С., Лобко В.В. Зависимость биологического действия низкоинтенсивного света на клетки от параметров излучения - когерентности, дозы и длины волны// Изв. АН СССР. Сер. фаз. 1983. Т.47. С.2017.-2022.

Подписано в печать 17.05.95 Зориат 60x84 I/I6

• бумага, типографская. . .Дяоская-печать. 7слл.л. 1,38 Уч.-изд.я. 1,33 . Tnpas 100 . Заказ 322 Бесплатно

Редакдаонно-пздательскай отдел УГТУ 620002, Екатеринбург, УГТ7, 8-й учебный корпус роталрщт УПУ. 620002, Екатеринбург, УГТУ, 8-2 учебный корпус