1. Первичный биофизический механизм действия красного света на клетку

При взаимодействии с поверхностью тела человека часть светово­го потока отражается, другая рассеивается во все стороны, третья по­глощается, а четвертая проходит сквозь различные слои биологичес­ких тканей. Отношения этих частей к падающему потоку излучения характеризуют коэффициентами отражения, рассеяния, поглощения и пропускания тканей и сред. Коэффициент отражения света слабопиг- ментированной кожей достигает 43-55% и зависит от многих причин. Так, например, у мужчин он на 5-7% ниже, чем у женщин. Пигменти­рованная кожа отражает свет па 6-8% слабее. Нарастание угла паде­ния света на поверхность кожи увеличивает коэффициент отражения до 90% [31, 37, 46]. Явления оптической прозрачности биоткани пока­заны на рис. 1.2.

200 400 600 800 1000 1200 1400 10600 >_ _нм

-^J—))— ^

Э

99%

Дерма Мальпигиев спой

Характер взаимодействия красного света с биологическими тка­нями определяется его следующей проникающей способностью. Раз­личные слои кожи неодинаково поглощают красный свет (Sliney D., Wolbarsht М., 1980 г.):

пидермис Наружный спой

мальпигиев слой =71%; дерма =19%; подкожный слой =10%.

Фотобиологические реакции возникают вследствие поглощения электромагнитной энергии 2,1-2,4 эВ, которая определяется энергией квантов красного света и возрастает с уменьшением длины волны от 690 до 610 нм с 2,1 до 2,4 эВ.

Это подтверждается законами фотоэффекта, сформулироваными А.Г. Столетовым в 1888 г.:

сила фототока насыщения прямо пропорциональна падающему световому потоку;

кинетическая энергия, приобретаемая электроном, не зависит ни от природы освещаемого вещества, ни от его температуры, ни от интенсивности падающего света; эта энергия определяется лишь цветом (частотой или, что одно и то же, энергией квантов) падаю щего монохроматического света и растет с увеличением частоты, т. е. энергии кванта.

Образованный в тканях на промежуточных стадиях фотосенсиби­лизатор представляет собой вещество, которое поглощает свет и затем передает эту энергию возбуждения в столкновениях с другим веще­ством. Каждая молекула, участвующая в химической реакции, идущей под действием света, поглощает только один квант излучения, кото­рый вызывает реакцию.

Среды с явно выраженными оптическими неоднородностями носят название мутных сред. В оптическом диапазоне спектра (1 нм - 1 мм) биоткань является ярко выраженной мутной средой. Глубина проник­новения красного света достигает =2 см [27]. Красное излучение сильно поглощается плазмой крови, нервной тканью, костями, фасциями.

Красное излучение (длины волн в диапазоне 610...690 нм) истори­чески считается биологически и клинически наиболее эффективным, однако только в последние десятилетия появились достаточно серьез­ные научные данные, подтверждающие и объясняющие этот факт. Ак­цепторами красного света в клетках животных и человека являются кислород и каталаза. Перестройка электрокинетического гомеостаза при воздействии цветом лежит в основе первичных биологических и физиологических эффектов хромотерапии [44, 45, 55, 65].

Потенциальная энергия электрона в гидратном окружении, рав­ная примерно 2,2-2,4 эВ, является причиной антирадикальной актив­ности красного излучения. Энергия связи электрона с молекулами воды зависит от температуры и концентрации ионов в растворе и не строго соответствует фотону с длиной волны 650 нм, а может отклоняться от этого значения на несколько нанометров в ту или иную сторону. По­тенциальная энергия гидратированного катион-радикала также состав­ляет величину около 2 эВ, что соответствует длине волны красного излучения.

Красное излучение может обусловливать как антиоксидантный эффект - рекомбинацию гидратированных электронов с катион-ради­калами излучением с длиной волны 650 нм, так и прооксидантный эф­фект - образование синглетного кислорода излучением с длиной вол­ны 630 нм. Немонохроматическое (широкополосное) красное излуче­ние светодиодов может обусловить преобладание того или иного эф­фекта в зависимости от отношений спектральной плотности энергети­ческой светимости при длинах волн 650 и 630 нм, от локализации облу­чения и от функционального состояния облучаемых тканей. Существен­но облегчает неинвазивное использование красного излучения высо­кая прозрачность для него биологических тканей относительно дру­гих волн оптического диапазона.