8. NEIONIZUJÍCÍ FORMY ZÁŘENÍ (Leoš Navrátil, Hana Kolářová)

Transkript

1 KLINICKÁ RADIOBIOLOGIE NEIONIZUJÍCÍ FORMY ZÁŘENÍ (Leoš Navrátil, Hana Kolářová) Mezi neionizující formy záření zařazujeme část elektromagnetického vlnění. V sledujícím textu se soustředíme především na působení magnetického pole a účinek světelného záření. 8.1 Světelné záření Lasery Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation zesilování světla stimulovanou emisí záření) je zdroj monochromatického, polarizovaného a koherentního elektromagnetického záření využívající jevu stimulované emise záření aktivních částic (atomů, molekul, iontů, elektronů) buzených vnějším zdrojem energie. Laserové záření může mít vlnovou délku podle typu laseru od gama záření, přes rentgenové, ultrafialové a viditelné vlnové délky až po mikrovlnné záření. Lasery emitující ve spektrální oblasti gama záření se nazývají grasery a v mikrovlnném spektru masery. Laserové záření vzniká konverzí některého druhu energie (např. elektrické, optické, chemické) na záření. Účinnost této přeměny je od zlomku procenta do více než 80 procent, podle typu laseru. Laser se obecně skládá z aktivního prostředí, optického rezonátoru, který je tvořen obvykle zrcadly, mřížkami, světlovodem a zdroje budící energie (proud elektronů, výbojky, jiné lasery, chemická reakce). Základem laserového přístroje je laserová hlava, kde je v optickém rezonátoru umístěno aktivní prostředí, ve kterém vzniká stimulovaná emise záření, budící (čerpací) zařízení a řídící jednotka. Na obrázku 8.1 je znázorněno schéma laserového přístroje. Obr. 8.1 Schéma laseru

2 KLINICKÁ RADIOBIOLOGIE 141 V aktivním prostředí laseru vzniká inverze populace nositelů náboje neboli nerovnovážné obsazení vyšších energetických elektronových hladin. Znamená to, že dostatečné množství elektronů je vnějším, budícím nebo-li excitačním polem vybuzeno do vyšších energetických stavů. Foton, který má vhodnou vlnovou délku (energii) a je spontánně (samovolně) generovaný v aktivní oblasti nebo je dodán z vnějšku, interaguje s vybuzenými elektrony tak, že při přeskocích těchto elektronů zpět na nižší energetické hladiny vzniká nový foton stejných parametrů (barva, směr, polarizace, fáze) jako foton stimulující. V laseru tedy dochází k lavinovitému vzniku identických fotonů, které jsou emitovány stejným směrem a s velmi vysokou hustotou energie. Proces vzniku neboli generace laserového záření je podobný řetězové reakci, může být lavinovitý, vysoce účinný a velmi rychlý. Světlo se nejen zesiluje, ale vystupující svazek záření má specifické vlastnosti. Záření je monochromatické, polarizované, prostorově i časově koherentní, úzce směrové (minimální rozbíhavost) a má vysokou hustotu energie. Je emitováno kontinuálně (spojitě) nebo v impulzech. Optický výkon laserů je v rozsahu nw až PW ( W). Na obrázku 8.2 je schematicky znázorněn rozdíl ve vlastnostech záření laseru a žárovky. Obr. 8.2 Srovnání žárovky a laseru Nejčastěji rozlišujeme typy laserů podle aktivního prostředí a časového režimu provozu laseru a výkonu (resp. hustoty výkonu). Podle časového režimu provozu laseru rozlišujeme: kontinuální lasery; impulzní lasery; kvazi kontinuální lasery. Laserové záření vzniká v nejrůznějších prostředích zahrnujících pevné látky (krystaly, skla a vlákna), plyny (atomy, ionty, molekuly a excimery), kapaliny (organické a anorganické roztoky) a plazma vznikající v plazmě úplně ionizovaných atomů uhlíku (C 8+ ) (lasery pracují v RTG oblasti). Aktivní prostředí lze vytvořit také prostřednictvím energetických hladin elektronů v magnetickém poli, jak je tomu v případě laserů s volnými elektrony. Podle aktivního prostředí dělíme lasery na: pevnolátkové lasery;

3 KLINICKÁ RADIOBIOLOGIE 142 polovodičové lasery; plynové lasery; kapalinové lasery; plazmové lasery; lasery s volnými elektrony Polarizované světlo Polarizované světlo, které nachází v současné době v medicíně poměrně široké uplatnění, má s laserem pouze některé společné fyzikální vlastnosti. Používají se různé typy biolamp s polarizovaným světelným zářením zvláště v dermatologii. Mohou je využívat i laici. 8.2 Biologické účinky světelné energie Navzdory téměř třicetiletému klinickému používání panuje dosud u části odborné veřejnosti ke klinickým účinkům nízkovýkonných laserů určitá skepse. V posledních létech se však situace mění. Existuje řada nových publikací odpovídající kvality potvrzující klinickou užitečnost světelných zdrojů a prokazující jejich fotobiologické účinky laboratorními metodami. V současné době byla dokumentována řadou experimentů biologická účinnost laseru na živou tkáň. Smyslem následujícího textu je proto čtenáře seznámit se základními poznatky, které může využít ve své klinické praxi. Živé organizmy čerpají světelnou energii dvěma způsoby: z fotosyntézy; z fotomorfogeneze. Fotobiologická reakce znamená absorpci světla s odpovídající vlnovou délkou (fotoakceptor). Z fyzikálních parametrů lze ovlivnit reakci ozářené tkáně: vlnovou délkou paprsku; výkonem aplikovaného paprsku; hustotou energie působící na ozářenou tkáň; modulací aplikovaného paprsku; frekvencí jednotlivých aplikací.

4 KLINICKÁ RADIOBIOLOGIE Vlnová délka paprsku Vlnová délka výrazně určuje míru absorpce laserového záření a interakce jednotlivými vrstvami tkáně, kterými paprsek prochází. Na rozdílné absorpci při průchodu paprsku tkání se významně podílejí tři složky: voda, krev (reprezentovaná oxyhemoglobinem) a melanin (ten pochopitelně pouze v kůži)(obr. 8.3). Při podrobnějším studiu křivek je zřetelné, že procento absorpce energie světelného a infračervenéhozáření hemoglobinem a vodou je nejnižší u vlnových délek nm, a v tomto intervalu rovněž postupně klesá i míra absorpce světelné energie melaninem. Tento interval také nazýváme "laserovým oknem" a pro úspěch neinvazívní laseroterapie hraje významnou roli. Rozdílná míra absorpce světelné energie v závislosti na její vlnové délce je vysvětlována rozdílnou reakcí s tkáňovými molekulami. Předpokládá se, že aromatické aminokyseliny jsou nejcitlivější ke světelnému záření v ultrafialové oblasti. Důsledkem je excitace elektronů tkáňové molekuly a tím výrazná ztráta světelné energie. Světlo o delších vlnových délkách navozuje pouze oscilaci případně rotaci molekul a ztráta energie je tak menší. Ne nevýznamnou roli hrají v absorpci světla i chromofory, porfyrínové deriváty, která absorbují světlo ve viditelná oblasti. Této skutečnosti ostatně využívá fotodynamická terapie (blíže 9. kapitola). Tato skutečnost hraje roli i z klinického hlediska. Na základě těchto poznatků je patrné, že výběr laseru o vhodné vlnové délce pro neinvazivní laseroterapii významně závisí na účelu, pro který bude využíván. Je-li třeba, aby energie záření byla absorbována především v povrchových vrstvách kůže či sliznice, je výhodné používat lasery o vlnových délkách nm, zatímco při potřebě ozářit hlubší vrstvy (a zde se nejčastěji jedná o postižení pohybového aparátu), jsou preferovány lasery o vlnových délkách 830 až 904 nm. Obr Procento absorpce záření laseru kůži v závislosti na vlnové délce.

5 KLINICKÁ RADIOBIOLOGIE 144 Vedle aminokyselin se na absorpci světelné energie, převážně v ultrafialové oblasti, podílejí vitamíny (pyridoxalfosfát, kyselina nikotinová, vitamín A, B 6, B 12, E, kyselina listová, z koenzymů DPNH, NADH a FADH a fytochromy Výkon aplikovaného paprsku Znalost výkonu laseru je nezbytná jak pro nutnost výpočtu hustoty energie ozáření tak i pro posouzení průchodnosti laseru tkání. Do terapeutických laserů řadíme přístroje s výkonem zdroje do 500 mw (někteří autoři považují za hranici 1 W). V současné době jsou na trhu k dispozici přístroje s maximálním výkonem polovodičové diody do 500 mw u infračerveného světla, u červeného a u HeNe trubice jsou výkony nižší. O potřebném výkonu laseru jsou vedeny široké polemiky, přičemž autorům není známa žádná práce, která by objektivně hodnotila intracelulární změny v závislosti na výkonu laseru, pokud se jedná o rozdíly řádově v desítkách miliwattů. S ohledem na míru snížení výkonu v závislosti na síle ozařované tkáně (obr. 8.4) je proto vhodnější používat lasery o nižších výkonech (do 40 mw) při ozařování povrchových vrstev, zvláště sliznic, a při potřebě ozáření tkáně ve větší hloubce použít laser výkonnější. Obr Relativní snížení výkonu laseru v závislosti na síle ozářená tkáně (podle Kerta a spol., 1989.) Hustota energie působící na ozářenou tkáň Hustota energie je dána poměrem násobku doby ozařování (v sekundách) a výkonu laseru (ve wattech) k ozařované ploše (v cm 2 ). Čím méně výkonný zdroj laseru máme k dispozici, tím delší dobu musíme ozařovat danou plochu, chceme-li dosáhnout stejné hustoty energie. I když dnes již zaznamenáváme značný rozptyl v hodnotách doporučované hustoty energie (od řádově desetin J po 60 J/cm 2 ) a tedy i rozdílnou dobu aplikace, není nám známa žádná práce, která by v tomto časovém rozpětí zaznamenala rozdílnou reakci tkáně na ozařování.

6 KLINICKÁ RADIOBIOLOGIE Modulace aplikovaného paprsku Terapeutický laser je možné aplikovat buď kontinuálně nebo pulzně a v obou režimech modulovaně či nemodulovaně. Řada prací věnovaných problematice volby vhodné modulace aplikovaného laseru považuje dnes za klasické frekvence dle E. Nogiera (tab. 8.1), které byly původně vypracovány pouze pro laseroaurikuloakupunkturu s využitím především ve stomatologii. Obdobnou řadu sestavil i Bahr a obě tyto řady se staly výchozími pro modifikovanou řadu podle Mastaliera (tab. 8.2). Většina výrobců i řada lékařů považuje dodnes původní frekvence podle Nogiera za přínosné i pro plošnou laseroterapii a využívá je. Tab Frekvence modulace podle Nogiera. Frekvence (Hz) A 2,28 B 4,56 C 9,12 D 18,25 E 36,50 F 73,00 G 146,00 U 1,14 Tab Frekvence modulace podle Mastaliera. Frekvence (Hz) A 229,00 B 584,00 C 1 168,00 D 2 336,00 E 4 672,00 F 9 344,00 G 146,00 U 1,14 Při volbě vhodného léčebného režimu je třeba mít vždy na zřeteli důvod, který nás vede u dané diagnózy k použití terapeutického laseru. S ohledem na některé stávající rozpory v literatuře je vhodné využívat i vlastních klinických zkušeností a poznatků získaných na základě publikovaných kauzuistik. Řada experimentálních prací prokázala, že pozitivní buněčná odpověď je silnější u nižších modulací laserového paprsku (f < Hz). Naopak, je-li frekvence modulovaného paprsku vyšší než Hz, dochází k inhibici růstu. Při maximálních expozicích u pulzních laserů mohou nastat vysoce specifické jevy - tzv. nelineární efekty s možnou dvou i vícefotonovou absorpcí, ionizací a dalšími poruchami.

7 KLINICKÁ RADIOBIOLOGIE 146 U nízkovýkonových laserů tepelné účinky nejsou zřejmé a předpokládá se fotochemická reakce na molekulární úrovni, projevující se ovlivněním metabolických procesů ve tkáních Frekvence jednotlivých aplikací U stavů akutních aplikujeme laser alespoň jedenkrát denně, naopak u chronických postačí aplikace 2x - 3x týdně. Rovněž tak počet aplikací v jednotlivých cyklech se pohybuje mezi číslem Interval mezi jednotlivými cykly, je-li třeba je opakovat, se pohybuje mezi 4-12 týdny (opakujeme-li léčbu 2x - 3x zpravidla po 10 aplikacích s dvou až tříměsíčním intervalem, tehdy mluvíme o aktivní laseroterapii ). 8.3 Biologická odezva organizmu na aplikaci terapeutického laseru Změny na intracelulární úrovni po aplikaci terapeutického laseru Klinické zkušenosti verifikované experimentálními výsledky prokazují nezanedbatelnou úlohu vlnové délky aplikovaného paprsku v laseroterapii. Rozhodující není pouze průchodnost paprsku tkání (obr. 8.3), ale i jeho vliv na intracelulární metabolizmus. Byla prokázána klíčová role mitochondrií, které jsou citlivé na ozařování monochromatickým světlem viditelného pásma a infračerveného pásma (IR = Infra Red) v oblasti blížící se viditelnému světlu ve smyslu zvýšení syntézy adenosintrifosfátu (ATP) a spotřeby kyslíku (lokálně dochází ke zvýšení parciálního tlaku kyslíku). Světlo o vlnové délce 633 nm zvyšuje potenciál mitochondriální membrány ( Ψ) a protonový gradient ( ph), způsobuje změny v optických vlastnostech mitochondrií, modifikuje některé dehydrogenázové reakce NADH (NADH je redukovaná forma nikotinamid adenindinukleotidu) a zvyšuje frekvenci změny ADP/ATP (ADP - adenosindifosfát) jakož i RNA a proteinovou syntézu mitochondrií. Klinicky zajímavé jsou poznatky experimentu, kdy byly HeLa buňky následně ozářeny laserem o vlnové délce 633 nm a 404 nm. Pořadí červené - modré světlo nemělo na syntézu DNA vliv, ale opačné pořadí tvorbu DNA stimulovalo. Efekt se neprojevil, pokud interval mezi ozářením oběma vlnovými délkami byl kratší než 10 sekund a naopak narůstal s prodlužováním intervalu. Je proto pravděpodobné, že chromofory absorbující v pásmech 404 a 633 nm nepatří k jedné molekule, ale rozličným molekulám téhož redukčního řetězce. Ozařování fibroblastů křečka v červeném pásmu a v pásmu na přechodu červeného a infračerveného světla (760 nm) způsobilo změny v intracelulární koncentraci camp. Ozáření v pásmech 670 a 830 nm stimulovalo proliferaci Schwannových buněk, avšak ozáření v pásmu 780 nm proliferaci inhibovalo. Je tedy možno předpokládat, že rozličné absorbující chromofory mohou hrát různou roli v řízení metabolizmu. Tato okolnost může pravděpodobně vysvětlovat rozmanitost klinických výsledků, když se ozařuje světlem při 632,8 nm a 820 nm. Každý posun redukčního stavu a metabolické aktivity buňky nutně narušuje její radiosenzitivitu a odpověď na ozáření nebo jiné formy toxicity endogenních nebo exogenních radikálů. V pokusech, kdy jedna vrstva HeLa buněk byla ozářena zářením γ, byla prokázána zvýšená radiorezistence po předchozím ozáření laserem v intervalu 630 až 900 nm. Ozáření nízkou a vysokou hustotou energie světla o stejné vlnové délce aktivuje odlišné reakční kanály,

8 KLINICKÁ RADIOBIOLOGIE 147 což má za následek rozdílné buněčné odpovědi. Existují biologická omezení účinků nízkovýkonného laseru: proliferace rychle rostoucích buněk nemůže být stimulována, nebo nemohou být aktivovány všechny buněčné funkce. Hovoříme o dvou základních regulačních směrech světla. Prvním je existence propojení mezi redukčními funkcemi mitochondrií aktivovaných světlem, změnami v redukčním stavu cytoplasmy, depolarizací buněčné membrány a vzestupem intracelulárního ph (alkalizace cytoplazmy). Druhým je kontrola hladiny intracelulárního ATP. I malé změny v množství ATP mohou významně narušit buněčný metabolizmus Inhibiční účinky terapeutického laseru Ve většině experimentů týkajících se účinků nízkovýkonného laseru byly popsány stimulující účinky. Existuje však i množství údajů popisujících jeho inhibiční a dokonce letální účinky na různé typy buněk. Při vysvětlení pozitivních (stimulujících) efektů viditelného světla jsou předpokládány součásti respiračního řetězce jako primární fotoakceptory. Například stimulační hustoty energie modrého světla spadaly do rozsahu mezi 10 a 10 3 J/cm 2, zatímco letální hustoty energie byly vyvolány při velikosti J/cm 2 (tab. 8.3). Tab Působení modrého, zeleného a červeného světla na růst Escherichia coli. Stimulace růstu Inhibice růstu Světlo Hustota energie Hustota energie (J/cm 2 ) (J/cm 2 ) modré λ nm zelené λ nm červené λ nm Experimentálně bylo prokázáno, že expozice mitochondrií vysokou hustotou energie laseru ve viditelném světelném spektru má za následek ztrátu respirace, což bylo vysvětleno inaktivací dehydrogenáz v mitochondriálním řetězci. Ozáření zeleným světlem o délce 530 nm a červeným světlem o délce 610 nm inhibuje aktivitu cytochrom c oxidázy. K dosažení stimulačního efektu je potřebný funkční systém přenosu elektronů. V případě inhibičního a letálního efektu je elektronový přenos inhibován nebo dokonce přerušen. Představa, že singletový kyslíkový kanál není účasten v účincích stimulace růstu, byla podpořena výsledky experimentů, v nichž byly aerobně i anaerobně rostoucí kvasinky ozářeny He-Ne laserem. R. Arndt a H. Schultz formulovali biologické pravidlo působení laseru na živý organizmus, podle kterého nízká hustota energie zesiluje fyziologickou aktivitu, mírná fyziologické aktivitě prospívá, vysoká zpožďuje a velmi vysoká hustota energie ji může brzdit (graf 8.1)

9 KLINICKÁ RADIOBIOLOGIE 148 Graf Grafické znázornění Arndt-Schultzeho biologického pravidla. 8.4 Mechanismus léčebných efektů nízkovýkonného laseru Obecně jsou dnes akceptovány následující efekty působení terapeutického laseru: analgetický; protizánětlivý; stimulační Analgetický efekt Použití terapeutického laseru v klinické praxi k dosažení analgetického efektu je odůvodněno řadou prací publikovaných v posledních deseti létech. Na základě jejich analýzy lze předpokládat, že analgetický účinek je dán ovlivněním některých fyziologických dějů. Laser ovlivňuje periferní nervový systém. Jeho přímým působením na nervová zakončení u spastických paraplegiků dosáhneme stejné účinnosti jako elektrickou stimulací. Rovněž snižuje dráždivost periferních nervů a to i při aplikaci kůží. Bolest je nepříjemný smyslový a citový zážitek, který je spojen s aktuálním či potenciálním poškozením tkáně, pokud se nejedná o fantomovou bolest. Jedná se o široký pojem, navozený nejen objektivními patofyziologickými procesy, ale i subjektivními pocity, které jsou značně individuální. Nocisenzory ("spící senzory") jsou čidla s vysokým prahem registrující potenciální fyzikální nebo chemické podráždění. Jsou přítomny ve všech tkáních, tedy i v kůži a ve sliznicích. Mají normální membránový potenciál. Podráždění vede ke změnám permeability senzorické membrány (především otevřením Na-kanálů) a tím ke vzniku depolarizačních iontových proudů. Výsledná depolarizace je označována jako sensorický nebo receptorový potenciál. Ten přetrvává jako podráždění a jeho amplituda vzrůstá se silou impulzů v nociceptivních aferentních nervových vláknech. Podráždění je obrazem stimulace. Mlu- víme o transdukci, kterou je možné v podrážděné oblasti aplikací laseru pozitivně ovlivnit

10 KLINICKÁ RADIOBIOLOGIE 149 navozenou desenzibilizaci. K podpoře tohoto předpokladu bylo popsáno signifikantní snížení denzity mitochondrií v axonech po aplikaci laseru. Dřímající neurony nejsou citlivé na laserové ozáření, zatímco spontánně aktivní neurony odpovídají na ozáření membránovou depolarizací. Rychlost membránové depolarizace, trvání latentní periody a pravděpodobnost tvorby výběžků jsou závislé na intenzitě záření laseru. Přímé měření iontových proudů procházejících membránami neuronů páteře potkana, spinálních neuronů krysího hippokampu, kardiomyocytů morčat a krysích gliálních buněk prokázalo, že He-Ne laserové ozáření ovlivňuje bazální membránu. Nervová vlákna periferního nervového systému s malým a středním průměrem, která jsou minimálně myelinizována, a C vlákna (průměr 1 µm), která jsou nemyelizovaná, přenášejí informaci získanou nocisenzorem do míchy, kde nociceptivní aferentní dráhy končí v zadních rozích míšních (obr. 8.5). Tam jsou přepojeny na vzestupné systémy drah, které vedou bolestivé informace do retikulární formace (RF), thalamu a kůry. Na vzniku vědomého bolestivého vnímání se potom podílí somatosenzorická kůra a asociační korové oblasti. Víme, že již v zadních míšních rozích a v buňkách spinálních ganglií mohou být nociceptivní informace modulovány prostřednictvím aferentních a descendentních tlumivých systémů. Obr. 8.5 Místo aplikace laseru při bolesti vznikající generováním impulzů v nociceptivních aferent- nervových ních vláknech. Laser zřejmě ovlivňuje uvolňování endogenních opiátů, které se váží na opiátové receptory nociceptivního systému a především PAG (substantia grisea centralis), který je jimi na mnoha místech obsazen a tak je rovněž dosaženo žádoucího analgetického efektu. Tento poznatek podporuje nárůst sekrece kyseliny 5-hydroxyindoloctové (degradační produkt serotoninu) močí po lokálním ozáření terapeutickým laserem a to zvláště u nemocných s chronickou bolestí, takže lze předpokládat, že analgesie je zde navozena uvolněním serotoninu a endogenních opiátů (o čemž svědčí i zvýšení hladiny β-endorfinů). Tato hypoalgesie navozená laserovou stimulací není naloxon-reversibilní.

11 KLINICKÁ RADIOBIOLOGIE 150 Obr Schéma důsledku působení terapeutického laseru na periferní nervový systém (+ stimulační účinek; - tlumící účinek). Shrneme-li výše uvedené poznatky, je možné vyslovit následující předpoklady, které jsou schématicky znázorněny na obr. 8.6: a) terapeutický laser aktivuje RF + PAG; b) terapeutický laser navozuje uvolňování serotoninu, který moduluje T-buňky + buňky v zadních rozích míchy; c) je však třeba i upozornit na možnost, že terapeutický laser je schopen potencovat vedení nervového vzruchu slabými vlákny a důsledkem je zvýšení bolesti. Chemickou substancí nervového systému citlivou na ozáření paprskem terapeutického laseru je acetylcholin a to jak na neuromuskulární ploténce, tak v oblasti pregangliových synapsí. Při vzniku potenciálu na neuromuskulární ploténce dochází k depolarizaci presynaptických zakončení a otevřením Ca 2+ kanálů k vytvoření ákladu pro potenciální a koncentrační gradient. Ca 2+ ionty stabilizují klidový potenciál zvýšením prahu pro aktivaci rychlých Na + systémů (naopak jejich extracelulární pokles vede ke zvýšení dráždivosti, v extrémní formě k tetanii). Vstupní proud Ca 2+ iontů indukuje synchronní uvolňování acetylcholinu ze synaptických váčků (obr. 8.7). Acetylcholinové molekuly difundují k acetylcholinovým receptorům a aktivují je. Aktivace vede k otevření membránových kanálů, které se stávají průchodné pro ionty Na +, K + a Ca 2+. Proud protéká krátkou dobu (1-2 ms) a do 5 ms se vrací neuromuskulární destička zpět na úroveň klidového potenciálu. Aplikace terapeutického laseru zvyšuje aktivitu acetylcholinesterázy a dochází k urychlenému rozkladu acetylcholinu na cholin a kyselinu octovou, ze kterých je acetylcholin po jejich zpětné difúzi do presynaptického zakončení resyntetizován.

12 KLINICKÁ RADIOBIOLOGIE 151 Lokální analgetický efekt je rovněž podporován stimulací metabolizmu sliznic, který je důsledkem zlepšené mirkocirkulace a zrychleného odtoku lymfy z postižené oblasti. Te- rapeutický laser nepřímo paralyzuje nepatrný hladký sval - prekapilární sfinkter - prostřednictvím autakoidů, mezi které patří například histamin. Při vyšším výkonu je paprsek schopen navodit tento efekt v poměrně velké oblasti. Laser rovněž podstatně zpomaluje degenerativní proces nervového vlákna, i když tomuto procesu není schopen zcela zabránit. V klinické studii bylo dosaženo po poškození míchy při ozařování n. ischiadicus hustotou energie 10 J/cm stimulace astrocytů a oligodendro- 2 cytů. Při léčbě laserem nedochází k poškození nervu, a to ani po ozáření hustotou energie 9,6 J/cm 2. Ve vztahu k analgetickému efektu byla popsána opožděná odpověď nervu na podnět v závislosti na době po ozáření nízkovýkonným laserem (v minutách). Obdobně jako u stimulačního efektu jsou i při analgetickém užití laseru popisovány stavy, kdy nemocní s chronickým cervikokraniálním syndromem byli léčeni terapeutickým laserem unilaterálně a přitom došlo k signifikantnímu zvýšení prahu tlakové bolesti i na straně neléčené (vzestup na straně léčené byl však vyšší). K přednostem LLLT (low level laser theray) při navození chirurgické analgesie patří bezproblémové a často i bezbolestné pooperační období a urychlené hojení operační rány per primam a to i u zánětlivých stavů Protizánětlivý efekt Terapeutický laser aktivuje při cílené aplikaci na oblast sterilního zánětu přirozené procesy, kterými organizmus na probíhající zánět reaguje. Vycházíme-li z tohoto předpokladu, není třeba ozařovat defekt po celé ploše, ale postačí jej ozářit pouze při jeho okrajích. Působením neinvazivního laseru jsou aktivovány všechny buňky, které se na protizánětlivé reakci organizmu podílejí (granulocyty, monocyty, fibroblasty, polymorfonukleární buňky) a dochází ke zvýšení jejich chemotaktické aktivity. Urychlená reakce organizmu je podpořena aktivovanými biochemickými mediátory: histaminem, cytokininem, serotoninem, prostaglandiny a hlavně kininem (obr. 8.7). Tento efekt je výrazný zvláště u zdravých osob, zatímco u nemocných s chronickými záněty méně. Protizánětlivý efekt terapeutického laseru je dále podpořen jak zvýšenou mikrocirkulací v ozářeném místě, tak zrychleným lymfatickým odtokem v důsledku přetrvávající dilatace lymfatických cév, mající za následek rychlý ústup otoku. Zvýšený průtok krve postiženým místem přetrvává minimálně ještě 20 minut po ukončení působení laseru. Podstatná je skutečnost, že příznivý vliv terapeutického laseru na cirkulaci nesouvisí s lokálním nárůstem tkáňové teploty vlivem světelné energie, ale vasodilatace a zlepšená mikrocirkulace jsou výsledkem zvýšeného tkáňového metabolizmu podpořeného následnou úpravou hemostázy. Aplikace laseru má rovněž zřetelný efekt na mastocyty. Jejich množství se zmenšuje a probíhá v nich degranulace s následnou iniciací všech dějů daná uvolněním velkého množství histaminu. Terapeutický laser následně podporuje průnik fibroblastů do rány a zvyšuje aktivitu jejich nespecifické esterázy. B-lymfocyty a T-lymfocyty jsou nositeli specifické buněčné imunity stejně jako protilátky sloužící k rozpoznávání antigenů (imunoglobuliny IgA, IgD, IgM). Ke zvýšení hladiny IgA dochází zpočátku v místě aplikace laseru, s určitým časovým zpožděním následuje zvýšení koncentrace v krevním séru.

13 KLINICKÁ RADIOBIOLOGIE 152 Obr. 8.7 Místa působení terapeutického laseru a mechanizmu specifické humorální imunity a buněčné obrany. Rozporné jsou názory posuzující vliv terapeutického laseru na aktivitu baktérií, přímikroflóry po ozáření sliznice ústní dutiny. Zvláště citlivé jsou G+ bakterie. Předpo- padně virů. O bakteriostatickém efektu laseru podle některých pozorování svědčí snížená vitalita klad byl potvrzen i laboratorně, kdy při ozáření kultivační plotny dávkou 2 J/disk byl pozorován snížený růst prakticky všech běžných druhů patogenních bakterií. Prokázán byl i vliv laseru na aktivitu virů Stimulační efekt Stimulační efekt terapeutického laseru byl v klinické praxi opakovaně potvrzen. Je třeba upozornit, že se nejedná žádný převratný objev, ale pouhé efektivnější využití fototerapie, známé již od dob Hippokrata a experimentálně poprvé prokázaný u vlnové délky 633 nm v roce 1926 Bernhardem. Řada studií potvrdila výraznou závislost stimulace, případně inhibice rychlosti dělení HeLa buněk ve tkáňové kultuře po ozáření monochromatickým světlem při různých vlnových délkách. Experimentální práce, při které byl sledován vliv působení monochromatického světla na HeLa buňky tkáňové kultury, prokázala vzájemnou závislost vlnové délky působícího paprsku a rychlost mitózy buněk ve smyslu zkrácení či prodloužení (obr. 8.8). Proto volba vhodné vlnové délky pro dosažení potřebného stimulačního efektu je nezbytná.

14 KLINICKÁ RADIOBIOLOGIE 153 Obr. 8.8 Vliv délky monochromatického světla na zkrácení mitózy HeLa buněk ve tkáňové kultuře. Terapeutický laser při aplikaci na tkáň aktivuje enzymy dýchacího řetězce (flavindehydrogenázu, cytochromoxidázu) při současném zesílení antioxidačního efektu v mitochondriích. Proces tkáňové oxidace je řetěz reakcí, při nichž jsou elektrony z vhodného substrátu neseny soustavou přenašečů v mitochondriích za aerobních podmínek až na kyslík. Transfer vodíku na flavoprotein je spojen s tvorbou ATP a ADP a další transfér flavoproteinocytochromovým systémem dává vznik dvěma dalším molekulám ATP na každý pár přenesených protonů. Tato vazba tvorby ATP na oxidaci se nazývá aerobní fosforylace. Proces závisí na dostatečném přísunu ADP, a proto je pod kontrolou určitého typu zpětné vazby. Čím rychlejší je utilizace ATP ve tkáních, tím rychlejší je tvorba ADP, a tedy tím rychlejší jsou i aerobní fosforylace. Bylo popsáno zvýšení koncentrace ATP (adenosintrifosfátu), ADP (adenosindifosfátu) a AMP (adenosinmonofosfátu) v buňce po ozáření terapeutickým laserem (například nárůst obsahu adenosintrifosfátu v HeLa buňkách tkáňové kultury po ozáření hustotou energie 0,1 J/cm 2 až o 170 procent v průběhu 30 minut). Zvýšené množství energie navozuje urychlenou replikaci mitochondriální DNA v průběhu fáze G 0 - S. Ke zvýšené syntéze dochází již po ozáření hustotou energie 4,5 mj/cm 2 a to až o 60 procent. O zrychlení metabolizmu v ozářené tkáni svědčí i místně zvýšená spotřeba kyslíku a glukózy. Předpokladem stimulačního efektu terapeutického laseru je současně urychlená regenerace krevních a lymfatických cév po aplikaci při hustotě energie 4-8 J/cm 2 a tím zlepšená vaskularizace ozářené tkáně. Byla popsána zvýšená enzymatická aktivita stěny kapilár již 15 minut po ozáření 6 J/cm 2, zatímco dilatace kapilár byla zaznamenána později. Důsledkem celého děje je jak urychlená epitelizace postižené tkáně (sliznice dutiny ústní, oční rohovka) asi v 70 procentech případů, tak i stimulace tvorby kolagenu. Ta byla objektivně prokázána elektronmikroskopickým monitorováním a měřením spotřeby glycinu a prolinu. Jizva v kosterním svalu má po ozáření vyšší pevnost v tahu. Protože popsaný děj bývá navozen po aplikaci laseru i v lokalitách, které přímo paprskem ozářeny nejsou, předpokládá se, že stimulační efekt může být zprostředkován i humorálními faktory. Na základě těchto zjištění proto není třeba ozařovat k dosažení léčebného cíle celou plochu rány, ale postačí pouze stimulace při okrajích defektu. Zajímavá je i řada prací prokazující zlepšení reologických vlastností krve po intravaskulární aplikaci laseru ve smyslu sníženého nebezpečí hyperkoagulace, nárůstu fibrinolytické aktivity a možné korekce krevní viskozity k fyziologické hodnotě. Při cílené aplikaci laseru intrakoronárně při akutním uzávěru byl popsán jeho příznivý vliv na koncentraci dvou prostaglandinů ovlivňujících hemostázu a to prostacyklinu (PGI 2 ) a tromboxanu A 2.

15 KLINICKÁ RADIOBIOLOGIE 154 Po ozáření krvetvorné kostní dřeně hustotou energie 4 J/cm 2 byla zvýšena granulocytopoéza. Po aplikaci terapeutického laseru dochází k vzrůstu počtu spermií a libida při lokálním ozáření varlat. Zajímavé jsou rovněž studie, ve kterých autoři po ozáření hypofyzárních a tyreoidálních buněk tkáňových kultur in vitro pozorovali jejich zvýšenou aktivitu, zatímco in vivo podobné změny popsány nebyly.