УДК 535:557.3:612.06:619 А.С. Воронкин, магистр по электронным приборам, инженер I к. кафедры физики Восточноукраинский национальный университет имени Владимира Даля кв. Молодёжный, 20а, г. Луганск, Украина, 91034 http://www.snu.edu.ua; E-mail: alex.voronkin@gmail.com ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОЩНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СВЕТОДИОДОВ В АППАРАТАХ СВЕТОТЕРАПИИ ДЛЯ ОБЛУЧЕНИЯ ЛОКАЛЬНЫХ ОБЛАСТЕЙ ТЕЛА О целительном воздействии солнечных лучей на организм человека известно с доисторических времен. В медицине это направление получило название светолечения. Известно, что солнечный спектр состоит из 10% ультрафиолетовых лучей, 40% лучей видимого спектра и 50% инфракрасных лучей. Различные слои кожи неодинаково поглощают оптическое излучение разной длины волны. Глубина проникновения света нарастает при переходе от ультрафиолетового излучения до оранжевого с 0,7-0,8 до 2,5 мм, инфракрасное излучение проникает на глубину 20-30 мм. Начиная с конца 70-х годов XIX-го столетия, многими учеными был проявлен интерес к изучению проблемы влияния света на различные микроорганизмы, появились специальные исследования в этом направлении. В 1876 г. П.Н. Яблочков изобрел дуговую электрическую лампу, которая в дальнейшем нашла применение в светолечении. В 1883 г. датский ученый Нильс Финзен предложил лечить оспу красным светом. В результате оспенные пузырьки не переходили в стадию нагноения, не отмечалось вторичной нагноительной лихорадки, наоборот, пузырьки подсыхали и заживали, не оставляя после себя рубцов. В 1896 г. Финзеном в Копененгагене был основан Светолечебный институт с целью изучения влияния света на организм. Стало понятно, что свет задерживает рост бактерий, а при значительной силе и продолжительности воздействия даже убивает их. Было доказано, что именно свет, а не тепло воздействует на бактерии. Исследования показали, что все части спектра задерживают рост бактерий, но наибольшее влияние оказывали фиолетовые и ультрафиолетовые лучи. Предложенный Н. Финзеном способ был применен для лечения кожных болезней. Им были получены определенные положительные результаты не только при лечении волчанки, но и при лечении проказы, а также, туберкулеза, острого ревматизма и цинги. Лечение красным светом оказалось полезным и при экземе. В 1904 г. Г.Н. Свечниковым наблюдалось влияние света на быстроту заживления ран на кроликах. По наблюдениям Б.Е.Гершуни при лечении язвенных опухолей светолечением развивается соединительная ткань и язва зарубцовывается по всей глубине, образуя стойкий рубец. В результате проведенных исследований было установлено, что свет не только оказывает воздействие на микроорганизмы, но и угнетающе действует на грибки, а продолжительное его воздействие приводит к их гибели и даже к разложению [3]. Энергия излучения при взаимодействии с тканями организма превращается в другие виды энергии (химическую, тепловую и др.), что служит пусковым звеном физико-химических и биологических реакций, формирующих конечный терапевтический эффект. При этом каждый из типов электромагнитных полей и излучений вызывает присущие только ему фотобиологические процессы, которые определяют специфичность их лечебных эффектов. ИК излучение (780-1400 нм) в зоне облучения воздействует на терморецепторы кожи и вызывает реакцию сосудов. Нагревание кожи приводит к распаду ее белковых молекул и высвобождению биологически активных, в том числе гистаминоподобных веществ, что способствует расширению сосудов. Изменяется чувствительность рецепторов, удаляются продукты метаболизма, понижается мышечный тонус, снимаются спазмы, проявляется болеутоляющее действие. Таким образом, инфракрасное излучение эффективно для снятия болей в суставах, лечения бурсита, ревматизма и растяжений, оказывая противовоспалительный, лимфодренирующий и сосудорасширяющий лечебные эффекты.
Синее и голубое излучения (430-500 нм) вызывают фотобиологическое разрушение гематопорфирина, входящего в состав билирубина, что успешно используется в терапии желтухи новорожденных. Хромотерапия с применением синего и красного света применяется в лечении угревой болезни. Применяют также и лазеротерапию - оптическое излучение, источником которого является лазер. По данным исследований Т.М. Каменецкой и А.А. Миненкова в механизме лечебного действия лазерного излучения существенная роль принадлежит биогенным аминам (гистамину, серотонину), которые активно участвуют в химической фазе регуляции. О.А. Крыловым (1978) отмечено бактерицидное действие лазера на стафилококк. Лазер вызывает деструкцию оболочки микроорганизмов на облучаемой поверхности. Оказывает противовоспалительный, репаративный, гипоальгезивный, иммуностимулирующий, бактерицидный лечебные эффекты. Существует мнение, что применение светолечения способствует улучшению состояния и внешнего вида кожи - разглаживанию морщин, повышению эластичности, уменьшению отечности, сокращению расширенных пор, что происходит за счет активации процессов синтеза коллагена и эластина (рассеянный свет красного и инфракрасного светодиодов). В результате этого воздействия в тканях происходят уникальные биохимические процессы, направленные на восстановление клеточных структур. Биологическое действие волн красного и инфракрасного диапазонов имеет значительное преимущество перед другими видами излучений, использование же рассеянного, а не сфокусированного луча делает его применение безопасным. Известно, что электромагнитные колебания оптического диапазона, в том числе красного спектра, способны вызывать в живом организме развитие однотипных местных и системных компенсаторно-приспособительных процессов [1,2]. Эти воздействия обладают стимулирующим эффектом на иммунные механизмы и фагоцитарную реакцию клеточных ретикулоэндотелиальных клеток, оказывают противовоспалительное действие. Красное излучение эффективно для лечения кожных заболеваний и послеоперационных ран, для лечения язв диабетического происхождения, герпеса, угрей, а также обычных ссадин, ушибов и ожогов. Это излучение не оказывает побочного воздействия. Также с успехом применяется метод фотодинамической терапии, основанный на избирательном поглощении лазерного излучения опухолевыми клетками, которые фотосенсибилизированы порфирином. При последующем лазерном облучении в опухолевых клетках продуцируются токсические метаболиты кислорода, вызывающие гибель клеток самой опухоли и эндотелиальных клеток сосудов, кровоснабжающих опухоль, что ведет к нарушению питания опухоли и ее некрозу. Для метода фотодинамической терапии применяют электромагнитные волны оптического диапазона (630-730 нм). Актуальным остается вопрос о разработке методик, позволяющих оптимизировать эффективность комбинированного противоопухолевого лечения с помощью воздействий светом, при этом не вызывая стимуляции роста самой опухоли. Начиная с 70-х годов, в фототерапии все шире используют полупроводниковые светодиоды - источники излучения, характеризующиеся тоже достаточно узкой спектральной полосой излучения. В работе [1] для получения светодиодного излучения красного света был использован лазерно-светодиодный физиотерапевтический аппарат «Спектр-ЛЦ», назначение которого осуществление лазерной и селективной светодиодной фотохромотерапии. Воздействие излучения выполнялось с помощью светодиода красного света (длина волны 670 нм) с максимальной мощностью излучения - 48 мВт. Излучение подавалось в непрерывном режиме на область бедренной вены. В [3] решается задача ускорения и повышения эффективности лечения обширных гнойных заболеваний мягких тканей. Поставленная задача решается за счет того, что на рану накладывают салфетку, содержащую биологически активный препарат фотосенсебилизатор, с последующим облучением раны красным светом, излучаемым с длиной волны 670 нм. В работах В.А. Монича, И.В. Кривошеина, С.Л. Малиновской, К.Н. Конторщиковой рассмотрена возможность использования оптоволоконных люминесцентных источников света в медико-биологических исследованиях. Из 3-х исследованных ими диапа-
зонов: красного (600-680 нм), оранжевого (580-650 нм) и зеленого (500-580 нм) света наибольшее воздействие оказывал красный свет. Установлено наиболее благоприятная частота импульсного излучения – 40 Гц. Использование недавно разработанных мощных светодиодов, например, Luxeon LXHLMB1C (длина волны — 470 нм, видимый телесный угол — 1100) и LXHL-MDAC вместе с ИК светодиодами малой мощности позволит получить большой спектр терапевтического воздействия (рис. 1). В качестве управляющего элемента применим микроконтроллер, при помощи которого возможно получение различных комбинаций работы светодиодных излучателей (с непрерывной и импульсной генерацией), регулирование силы света за счет ограничения тока, протекающего через диод, что позволит подобрать индивидуальный курс лечения.
Рисунок 1 – Мощный светодиод Luxeon LXHL-MB1C
Светодиодное излучение не стимулирует накопление в организме активных радикалов. Терапевтический эффект связан с биостимулирующим влиянием на активность важнейших тканевых ферментов, биосинтез белков, ДНК, РНК, и других важнейших органических молекул, в результате чего меняются метаболизм в тканях и интенсивность пролиферации клеток. Происходит активация транспортных процессов; благодаря повышению проницаемости цитоплазматических мембран повышается окислительно-восстановительный потенциал и оксигенация в тканях, улучшаются процессы тканевого дыхания, что положительно при отморожениях, вяло заживающих ранах, трофических язвах, заболеваниях костно-мышечной системы (деформирующий остеоартроз, обменные, ревматические и неспецифические инфекционные артриты), болезнях кожи (длительно не заживающие раны и трофические язвы, ожоги, пролежни, зудящие дерматозы, фурункулез). Мощные противовирусные, бактерицидные, противовоспалительные, болеутоляющие и рассасывающие воздействия делают метод светодиодной терапии уникальным. Библиографический список 1. Пат. 2281795 Российская Федерация, МПК A 61 N 5/06. Способ лечения злокачественных новообразований в эксперименте / Е.А. Шейко, А.И. Шихлярова, Г.В. Жукова, Н.К. Пшеничная, Т.А. Куркина, Н.Н. Капкина, С.В. Поушкова, А.А. Алаухова, Н.М. Мащенко, И.С. Торпуджян; заявитель и патентообладатель Ростовский научноисследовательский онкологический институт МЗ РФ. - № 2004116480/14; заяв. 31.05.2004; опубл. 20.08.2006. 2. Шейко Е.Л. Влияние низкоинтенсивного лазерного облучения на величину противоопухолевого эффекта / Е.Л. Шейко // Высокие технологии в онкологии. - Казань, 2000. - T.1. - C. 236-237. 3. Пат. 2164427 Российская Федерация, МПК A 61 N 5/06. Способ лечения гнойных заболеваний мягких тканей / Е.Ф. Странадко, В.А. Дуванский, М.П. Толстых, У.М. Корабоев, М.К. Юсубалиев, П.И. Толстых, К.Ю. Ватлин, А.В. Гейниц; заявитель и патентообладатель Государственный научный центр лазерной медицины. - № 99113816/14; заяв. 06.07.1999; опуб. 27.03.2001. 4. Клячкин Л.М. Физиотерапия / Л.М. Клячкин, М.Н. Виноградова. – М.: Медицина, 1988. – 272 с.