Oddziaływanie promieniowania laserowego na tkankę biologiczną zależy od długości fali, rodzaju tkanki, a także od tego czy promieniowanie jest ciągłe, impulsowe, od wartości jego parametrów, wartość mocy i energii oraz czasu ekspozycji.

Około 5% padającego promieniowania ulega odbiciu z uwagi na różnicę wartości współczynników załamania tkanki i otaczającego ją ośrodka. Pozostała część przenika do tkanki i jest wielokrotnie rozpraszania i absorbowana.

Tkanka, w przeciwieństwie do innych ciał stałych, jest ośrodkiem silnie niejednorodnym i w jej przypadku największy udział, w procesie osłabienia padającego na nią światła, ma na ogół zjawisko rozpraszania.
Zaabsorbowane światło przekształcone zostaje w ciepło, które podnosi temperaturę.

Na przykład długości fali 193, 248 i 308 nm (ultrafiolet), generowane przez lasery ekscymerowe oraz długości 2.94 i 10.6 mikro ?m promieniowania laserów CO2 są silnie absorbowane w tkance naczyniowej tych długości fal wynosi w przybliżeniu 1-20 ?m.

Głębokość penetracji tkanki dla długości 450-590nm, które obejmują m.in. promieniowanie lasera argonowego wynosi około 0.5-2.5mm.

ODDZIAŁYWANIE FOTOCHEMICZNE

Okazało się, że efektywność przenoszenia energii wzbudzenia elektronowego (w wyniku oświetlania laserem) w układach żywych jest bardzo duża.

Promieniowanie laserowe niewątpliwy wpływa na zwiększenie syntezy kolagenu, białek oraz kwasu DNA, a także na potencjał błon komórkowych. Laseroterapia niskoenergetyczna wywiera wpływ na układ immunologiczny - immunosupresyjny, w gojeniu ran przejawia się wzmożoną aktywnością żerną monocytów i neutrofilów. Bardzo ważnym dla funkcji tkanek pozostają stwierdzone pod wpływem tego promieniowania zmiany w poziomie hormonów, autokoidów i neuromediatorów. Stwierdzono również wzrost adrenaliny i noradrenaliny.

Wskazuje się również na zwiększenie stężenia histaminy i serotoniny. Uważa się również, że wpływ na synapsy serotoninoergiczne oraz cholinergiczne wraz ze zwiększonym wydzielaniem beta-enkefalin ma znaczenie dla przeciwbólowego działania promieniowania laserowego. Ważną rolę należy przypisać stwierdzonemu przez wielu autorów zwiększeniu aktywności enzymów i produkcji ATP. Usprawnieniu ulega dysocjacja oksyhemoglobiny, co wpływa korzystnie na zaopatrzenie tkanek w tlen. Stwierdzono też, że wzmożenie procesów regeneracyjnych dotyczy tkanki łącznej i nabłonkowej co wpływa na szybsze gojenie się ran, oparzeń i złamań kości. Głównym mechanizmem procesu regeneracji jest przyspieszenie proliferacji komórek. Przeciwbólowe działanie promieniowania laserowego wiąże się m.in. z jego wpływem na stan czynnościowy naczyń tętniczych i włoskowatych oraz usprawnieniem dopływu limfy z miejsc dotkniętych stanem zapalnym. Wpływ na efekt przeciwbólowy ma mieć według niektórych autorów zwiększenie poziomu prostaglandyn oraz usprawnienie komórkowych procesów metabolicznych.

W procesie biostymulacji laserowej zastosowanie znajdują lasery He-Ne (632.8 nm) - soft laser- ciągłego działania oraz półprzewodnikowe - mid laser - (około 900 nm) - impulsowe. W zakresie 600-1200 nm istnieje tzw. okno optyczne (terapeutyczne) skóry. W oknie tym promieniowanie ma możliwość głębszego wnikania do tkanek. Promieniowanie lasera He-Ne wnika na głębokość 10-15mm, zaś 904 nm 20-50mm.

ODDZIAŁYWANIE W PROCESIE TERAPII FOTODYNAMICZNEJ

W ciągu ostatnich kilkunastu lat w USA, Japonii i Europie następił szybki rozwój nowej metody diagnozy i terapii nowotworów zwanej powszechnie fotodynamiczną (ang. Photodynamic Therapy - PDT).

Diagnostyka opiera się na zjawisku gromadzenia w tkance nowotworowej barwnika, który fluoryzuje pod wpływem padającego promieniowania.
Metoda terapii pozwala na wybiorcze niszczenie tkanek nowotworowych, chroniąc jednocześnie tkanki zdrowe. Jest niskoinwazyjna i charakteryzuje się niewielkimi skutkami ubocznymi. Stosowana jest do leczenia nowotworów skóry, dróg moczowo-płciowych, centralnego układu nerwowego, płuc, piersi, gardła, przełyku, głowy, szyi, jelit, żołądka. Najbardziej skuteczna, podobnie jak inne metody, jest przy leczeniu wczesnych faz rozwoju nowotworów.



ODDZIAŁYWANIE TERMICZNE

Efekty oddziaływania zależą od temperatury, jaką możemy wywołać w tkance oświetlając ją laserem. Promieniowanie laserów niskoenergetycznych wywołuje podwyższenie temperatury tkanki nie więcej niż o 0.1-0.5oC. W przypadku laserów wysoko-energetycznych (do 100 W) możliwe jest uzyskanie temperatury >150oC. Do temperatury 45oC nie obserwuje się żadnych zmian w tkance - odprowadzenie ciepła zapobiega ewentualnym zmianom. W pobliżu 45oC (hipertemperatura) można oczekiwać tzw. ?usiadania" tkanki - zapadania się w wyniku rozrywania makromolekuł oraz zmiany struktur błony komórkowej. W przedziale 45-60oC rozrywane zostają błony komórkowe, proteiny wychodząc na zewnątrz tworzą łańcuchy, występuje spiekanie tkanek. Przy temperaturze 60oC następuje nekroza tkanek w wyniku ich koagulacji. Przy 100oC ostra nekroza i pełne rozbicie struktur tkanki. Przy 150oC tkanka szybko odparowuje.
Pod wpływem nagłego wzrostu temperatury, płynne składniki komórki przechodzą w stan pary, wzrasta ciśnienie w komórce i następuje rozerwanie błon komórkowych. Większość stałych składników komórki ulega przy tym spaleniu, a produkty spalania wyrzucane są na zewnątrz. W obszarze nekrozy i w jej pobliżu zamknięte zostaje światło naczyń krwionośnych i limfatycznych i to zjawisko wykorzystywane jest często przy leczeniu krwawień i zmian nowotworowych.

Termiczne oddziaływanie promieniowania laserowego z tkanką dotyczy takich procesów, jak cięcie tkanki i jej koagulacja oraz rekanalizacja naczyń. Najczęściej stosowanym tu laserem jest laser Ar+, który oprócz koagulacji naczyń włoskowatych, wykorzystuje się do celów hemostatycznych (tamowanie krwawień z wrzodów, żylaków), w chirurgii plastycznej (usuwanie tatuażu) i przy rekanalizacji naczyń. Laser Nd:YAG wykorzystuje się do tamowania krwawień w przełyku, żołądku i dwunastnicy, w urologii do koagulacji guzów pęcherza moczowego, rozbijania kamieni.

ODDZIAŁYWANIE ABLACYJNE

Efekty takie występują w przypadku oddziaływania na tkankę krótkich impulsów o mocy powyżej MW/cm2. Fotoablację charakteryzuje progowa wartość mocy oraz szybkość ablacji. Destrukcja tkanki jest w przypadku ablacji bardziej efektywna, zaś uszkodzenia termiczne otaczających warstw są minimalne.
Laserowa ablacja tkanki jest objętościową eksplozją, która spowodowana jest przez rozłożenie znacznej części materiału (około 5%) w objętości, gdzie zachodzi ablacja, na małe molekuły w wyniku zabsorbowania fotonów. Zastąpienie długiego łańcucha białkowego przez małe molekuły oraz obecność energii nadmiarowej po zerwaniu wiązań, powoduje lokalny przyrost ciśnienia, który znajduje upust w objętościowej eksplozji.

Metodą ablacji odparowuje się tkankę nowotworową, przeprowadza rekanalizację naczyń krwionośnych, usuwa skrzepy naczyniowe, a także wykonuje niektóre zabiegi w oftalmologii.

ODDZIAŁYWANIE ELEKTROMECHANICZNE

Występuje ono przy bardzo dużych wartościach gęstości mocy promieniowania laserowego - 100 MW/cm2 i nie zależy od wartości współczynnika pochłaniania tkanki. Wykorzystywane jest w ośrodkach o dużej wartości transmisji promieniowania. W miejscu skupienia wiązki laserowej występuje bardzo silne pole elektryczne, rzędu 109 V/cm, w wyniku czego ośrodek zostaje zjonizowany. Powstaje silna fala uderzeniowa, która prowadzi do powstania sił mechanicznych niszczących strukturę tkanki (ciśnienie wzrasta o 20-60 kbar). Oprócz tego mikroplazma nagrzewa sąsiednią tkankę. Rozmiar strefy uszkodzenia zależy od: długości fali promieniowania, natężenia promieniowania i całkowitej dostarczonej energii, czasu utrzymywania się plazmy, mechanicznych własności tkanki (gęstość, masa, elastyczność).

Wzrost ciśnienia objawia się powstaniem pęcherzyka kawitacyjnego. Energia kinetyczna plazmy zamienia się w energię potencjalną magazynowaną w rozszerzającym się pęcherzyku. W czasie krótszym od ms pęcherzyk ten imploduje.

Dla celów klinicznych niezbędna jest zawsze sekwencja kilku impulsów laserowych, a po niej pęcherzyki kawitacyjne są większe, większe też zniszczenia naświetlanej tkanki.

Opisany wyżej efekt mechanicznego działania wiązki laserowej w mikroobszarze wykorzystywany jest głownie w mikrochirurgii przedniego odcinka oka.

Dla bardziej dociekliwych polecam artykuł w oryginale:
http://sllwp.w.interia.pl/6.htm