close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY 14254

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.04.30
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 14254
(13) C1
(19)
A 61N 5/06
A 61M 1/14
СПОСОБ ЛОКАЛЬНОГО ПОВЫШЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ
КИСЛОРОДА В КОЖНОЙ ТКАНИ
(21) Номер заявки: a 20090429
(22) 2009.03.24
(43) 2010.10.30
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Институт физики
имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Асимов Мустафо Мухамедович; Асимов Рустам Мустафьевич; Рубинов Анатолий Николаевич
(BY)
(73) Патентообладатель: Государственное научное учреждение "Институт
физики
имени
Б.И.Степанова
Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) BY 9855 C1, 2007.
SU 1737336 A1, 1992.
МУСИЕНКО Ю.И. Кислородтранспортная функция крови и показатели гемостаза при церебральной ишемии в
условиях лазерной гемотерапии (экспериментально-клиническое исследование): Автореф. дис. - Минск, 2005. С. 15-16.
СПИРИДОНОВА Т.Г. Локальная озоно-кислородная терапия в комплексном лечении ожогов конечностей:
Автореф. дис. - М., 1994. - С. 15-17.
BY 14254 C1 2011.04.30
(57)
Способ локального повышения концентрации кислорода в кожной ткани, включающий воздействие на кожную ткань лазерным излучением, отличающийся тем, что используют лазерное излучение с длиной волны 585 ± 5 нм и дополнительно кожную ткань
в зоне его воздействия нагревают до температуры 42-43 °С.
Изобретение относится к области медицины, в частности, для восстановления и поддержания нормального уровня аэробного метаболизма клеток.
Известен способ повышения концентрации кислорода в биологической ткани (оксигенация), основанный на вентиляции легких чистым кислородом, при нормальном атмосферном давлении - нормабарическая оксигенация. Эффективность оксигенации биотканей в этом способе низкая, и отсутствие селективности ограничивает его применение.
Известен также способ, основанный на гипербарической оксигенации (ГБО) - воздействии чистым кислородом при давлении, превышающем атмосферное в несколько раз [1].
В этом способе для повышения локального уровня оксигенации биоткани приходится
подвергать избыточному воздействию кислорода весь организм, помещая его в специальную камеру. Недостатками способа ГБО являются отсутствие селективности и побочные
явления, такие как интоксикация чистым кислородом.
Известен также способ, основанный на оксигенации искусственными носителями кислорода - искусственной кровью на основе перфторорганических соединений [2]. Оксигенация искусственными носителями кислорода осуществляется путем внутривенного
BY 14254 C1 2011.04.30
введения эмульсии перфторуглерода в кровь и последующего вдыхания кислорода или
смеси 95 % кислорода и 5 % двуокиси углерода. Растворенный в эмульсии O2 током крови
транспортируется к тканям [3, 4]. Недостатками искусственных заменителей крови являются инвазивность и ограниченные транспортные функции кислорода. Так, если плазма
крови при нормальном давлении транспортирует около 6 % кислорода к тканям, то в таких же условиях перфторуглеродные эмульсии доставляют всего лишь 2 %.
Ближайшим по техническому решению к предлагаемому способу является способ повышения уровня оксигенации биоткани, заключающийся в том, что одновременно с проведением гипербарической оксигенации (ГБО) низкоинтенсивным лазером излучением с
длиной волны от 600 до 1000 нм воздействуют через кожу на зону, в которой необходимо
повысить концентрацию кислорода [5] (прототип).
Существенным недостатком способа является сложность повышения локальной концентрации кислорода в кожной ткани, так как процесс гипербарической оксигенации
включает оксигенацию всего организма в целом.
Способ ГБО является сложным и требует громоздкого стационарного оборудования.
Кроме того, он обусловливает высокий риск кислородной токсемии как результат длительного воздействия О2 на организм при повышенном давлении.
Другим недостатком способа является выбор длины волны лазерного излучения в
диапазоне от 600 до 1000 нм. Воздействие излучением с длиной волны из указанного диапазона преимущественно происходит на кровеносные сосуды, расположенные на большой
глубине кожной ткани. Вместе с тем эффективность воздействия указанных длин волн на
сосуды, расположенные близко к поверхности кожного покрова, остается крайне низкой,
что снижает эффективность способа локальной оксигенации.
В способе-прототипе квантовый выход фотодиссоциации оксигемоглобина не превышает 10 %, что также снижает эффективность данного способа. Следует также отметить,
что при необходимости длительного поддержания максимальной степени оксигенации
многократное использование способа гипербарической оксигенации вызывает кислородную токсемию, что создает неудобства и снижает его эффективность.
Задачей изобретения является повышение эффективности локальной концентрации
кислорода в кожной ткани.
Поставленная задача решается следующим образом. В способе локального повышения
концентрации кислорода в кожной ткани, включающем воздействие на кожную ткань лазерным излучением, используют лазерное излучение с длиной волны 585 ± 5 нм и дополнительно кожную ткань в зоне его воздействия нагревают до температуры 42-43 °С.
Использование этого способа позволяет экстрагировать непосредственно из артериальной крови кожных кровеносных сосудов необходимое количество кислорода и повысить его локальную концентрацию в зоне воздействия лазерным излучением.
Технический результат способа заключается в том, что при увеличении локальной
концентрации кислорода (O2) в кожной ткани сверх поступающего путем микроциркуляции крови в сосудах и капиллярах происходит дополнительная его экстракция из крови
непосредственно в зоне воздействия лазерным излучением. Это позволяет оптикотермическим путем поддерживать величины локальной концентрации кислорода на
уровне, необходимом для нормального метаболизма клеток.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется рисунками и зависимостями, полученными авторами на основе экспериментальных исследований, где:
на фиг. 1 изображен интегральный спектр действия оксигемоглобина в кожных кровеносных сосудах по глубине проникновения лазерного излучения в кожную ткань от 0,1 до
5 мм;
на фиг. 2 приведена сравнительная зависимость эффективности воздействия лазерного
излучения на оксигемоглобин в зависимости от глубины проникновения в кожную ткань
2
BY 14254 C1 2011.04.30
при облучении в максимум спектра действия 585 ± 5 нм и на длине волны, выбранной из
спектрального диапазона 600-1000 нм;
на фиг. 3 изображена схема эксперимента для измерения концентрации кислорода в
кожной ткани.
Как известно, количество кислорода, доступного для метаболизма клеток, поступающего естественным путем, в результате микроциркуляции крови, описывается функцией:
∑ O2 (TcPO 2 ) = f (F(HbO2 ) ⋅ [O2 ]) ,
где HbO2 - значение оксигемоглобина в артериальной крови и [O2] - концентрация кислорода, высвобожденного в плазму крови.
В случае нарушения микроциркуляции крови количество кислорода, доставляемого к
клеткам, резко снижается и становится весьма критичным дополнительное обеспечение
кислородом кожной ткани для того, чтобы удовлетворить потребность клеток для нормального метаболизма.
Этого можно достичь путем лазерно-индуцированной фотодиссоциации HbO2 in vivo
непосредственно в зоне, где необходимо повысить локальную концентрацию свободного
молекулярного кислорода (фиг. 3).
В результате получаем общую концентрацию высвобожденного кислорода обычным
путем и благодаря лазерно-индуцированной фотодиссоциации HbO2 в артериальной крови:
∑[O2 ] = [O2 ] + [O2hν ] .
Таким образом, лазерно-индуцированная фотодиссоциация оксигемоглобина in vivo
представляет собой принципиально новую технологию оксигенации кожной ткани, которая использует ресурсы крови по транспорту кислорода гемоглобином. Причем оксигенация кожной ткани проводится локально-лазерно-оптически-термическим методом в зоне
воздействия.
Для локального облучения крови в кожных кровеносных сосудах было выбрано излучение лазера с длиной волны 585 нм. На фиг. 1 представлен расчетный спектр суммарного
поглощения оксигемоглобина (HbO2), проинтегрированный по всей глубине проникновения от 0,1 до 5 мм. Как видно из фиг. 1, наиболее оптимальная длина волны излучения
приходится на λ = 585 нм, которая воздействует на кровеносные сосуды и капилляры на
глубину до 2,0-2,5 мм.
На фиг. 2 представлена сравнительная зависимость эффективности облучения кожных
кровеносных сосудов от глубины проникновения лазерного излучения при воздействии на
длине волны λ = 585 нм и на длине волны λ = 840 нм, выбранной из диапазона 6001000 нм. Как видно из фиг. 2, эффективность поглощения HbO2 на длине волны 585 нм
остается выше по сравнению с λ = 840 нм при воздействии на сосуды, расположенные на
глубине до 2 мм, и сравнивается на 2,5 мм.
Таким образом, длина волны λ = 585 нм обеспечивает эффективное воздействие на
кровеносные сосуды, имеющие высокую плотность на глубине 2-2,5 мм в кожной ткани,
что позволяет дополнительно экстрагировать максимально возможное количество кислорода оптически-термическим путем в зоне воздействия лазерным излучением.
Экспериментальные измерения повышения локальной концентрации кислорода в
кожной ткани при возбуждении лазерным излучением и тепловым воздействием проведены полярографическим методом с помощью кислородного датчика Кларка и монитора
ТСМ-2 фирмы "Radiometer Ltd." (Дания), который позволяет непосредственно определить
концентрацию кислорода в кожной ткани в мм рт. ст.
Измерение локальной концентрации кислорода проводилось при возбуждении лазерным излучением на длине волны 585 нм и тепловым воздействием при температуре 42 и
43 °С непосредственно в зоне облучения кожной ткани.
3
BY 14254 C1 2011.04.30
Первоначально проведено измерение начальной концентрации кислорода в кожной
ткани в мм рт. ст. В данном случае она составляла порядка 20 мм рт. ст., что является
начальной точкой, от которой начинается повышение концентрации кислорода при воздействии лазерным излучением и тепловым воздействием.
Затем проводилось воздействие лазерным излучением на λ = 585 нм и тепловым при
температуре 42 °С в той же зоне, где была измерена начальная концентрация кислорода.
При этом локальная температура в зоне воздействия повышалась с помощью нагревателя,
встроенного в кислородном датчике. Повышение локальной температуры кожного покрова в зоне воздействия лазерным излучением может быть осуществлено любыми другими
способами, например струей горячего воздуха, световым или лазерным излучением в ИКдиапазоне и т.п.
Так, при длительности воздействия порядка 10 минут зарегистрирован рост локальной
концентрации кислорода в зоне облучения в 1,8 раза, что составляет величину 36 мм рт. ст.
При температуре 43 °С происходит рост локальной концентрации кислорода в зоне облучения более чем в два раза и достигает величины 44 мм рт. ст.
Ограничение по верхнему пределу температуры в 43 °С обусловлено денатурацией
биологической ткани. Узкий диапазон температуры от 42 до 43 °С учитывает индивидуальную чувствительность и в то же время обеспечивает достижение максимального значения концентрации кислорода при воздействии лазерным излучением с длиной волны
585 нм.
Длительность воздействия лазерным излучением определяется временем достижения
максимального значения локальной концентрации кислорода в зоне облучения. Это время
зависит от энергии лазерного излучения и плотности меланина в кожной ткани, который
играет роль светового фильтра. Плотность меланина в кожном покрове меняется от индивида к индивиду, и поэтому при заданной энергии лазерного излучения в качестве источника воздействия критерием длительности воздействия является время достижения
максимальной концентрации кислорода в биологической ткани.
Таким образом, в предложенном способе оптически-термическое воздействие на кожные кровеносные сосуды позволяет экстрагировать дополнительное количество кислорода
и повысить его локальную концентрацию в зоне воздействия лазерным излучением.
Источники информации:
1. Ефуни С.Н. Руководство по гипербарической оксигенации. - М.: Медицина, 1986.
2. Grim P.S., Hyperbaric Oxygen Therapy // JAMA. - 1990 - Vol. 263. - P. 2216-2220.
3. Иваницкий Г.Р. Биофизические основы перфторуглеродных сред и газотранспортных заменителей. Перфторорганические соединения в биологии и медицине. - Пущино,
2001 - С. 4-48.
4. Martin D.F., et al. Enhancement of Tumor Radiation Response by the Combination of a
Perfluorochemical Emulsion and Hyperbaric Oxygen // Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. - 1987 Vol. 13. - P. 747-751.
5. Патент BY 9855 C1, 2007.
4
BY 14254 C1 2011.04.30
Фиг. 1
Фиг. 2
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
260 Кб
Теги
14254, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа