RU2294223C2 - Method for biotissue phototreatment at induction of selective apoptosis - Google Patents

Method for biotissue phototreatment at induction of selective apoptosis Download PDF

Info

Publication number
RU2294223C2
RU2294223C2 RU2005113844/14A RU2005113844A RU2294223C2 RU 2294223 C2 RU2294223 C2 RU 2294223C2 RU 2005113844/14 A RU2005113844/14 A RU 2005113844/14A RU 2005113844 A RU2005113844 A RU 2005113844A RU 2294223 C2 RU2294223 C2 RU 2294223C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
biological tissue
skin
irradiated
apoptosis
light radiation
Prior art date
Application number
RU2005113844/14A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005113844A (en
Inventor
н Карен Ишханович Калайдж (RU)
Карен Ишханович Калайджян
Original Assignee
Карен Ишханович Калайджян
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Карен Ишханович Калайджян filed Critical Карен Ишханович Калайджян
Priority to RU2005113844/14A priority Critical patent/RU2294223C2/en
Publication of RU2005113844A publication Critical patent/RU2005113844A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2294223C2 publication Critical patent/RU2294223C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Laser Surgery Devices (AREA)
  • Radiation-Therapy Devices (AREA)

Abstract

FIELD: phototreatment of alive biotissue.
SUBSTANCE: it is necessary to fulfill phototreatment of biotissue that contains certain part with chromophore performed due to light-induced cell apoptosis of this part of biotissue that leads to its atraumatic modification, to removal, as well. The innovation deals with irradiating biotissue with light radiation at wave length ranged 500-2500 nm at density of energy being insufficient for destruction, but sufficient for inducing cell apoptosis of chromophore-containing biotissue. The innovation enables to perform phototreatment for inhibiting the growth of unfavorable hair, removing vascular defects and cutaneous pigment spots, remodeling the skin, reducing sebaceous glands in case of acne, removing neoplasms, reducing and removing hypertrophic and keloid cicatrices at induction of light-induced cell apoptosis of these parts of biotissue. Moreover, the innovation enables to carry out modification, the removal of biotissue atraumatically, without any cosmetically unacceptable complications, as well.
EFFECT: higher efficiency of phototreatment.
22 cl, 3 dwg, 7 ex, 3 tbl

Description

Область техникиTechnical field

Данное изобретение относится к фотообработке живой биоткани, вызывающей светоиндуцированный апоптоз, приводящий к атравматичной модификации, в т.ч. удалению, определенных частей живой биоткани.This invention relates to photoprocessing of living biological tissue, causing light-induced apoptosis, leading to atraumatic modification, including the removal of certain parts of living biological tissue.

Уровень техникиState of the art

Световое излучение от ламп, лазеров и светоизлучающих диодов широко применяется в современной лечебной и косметологической практике для хирургической фотообработки живой биоткани, содержащей хромофоры - вещества естественного или искусственного происхождения, обладающие высоким коэффициентом поглощения светового излучения. Фотообработка приводит к селективной фотодеструкции или фототермолизу за счет импульсного светового излучения (Anderson, R.R. et al., "Selective Photothermolysis: Precise Microsurgery by Selective Absorption of Pulsed Radiation", Science 1983, 220:524-527). Селективный фототермолиз применяется в тех случаях, когда биоткань содержит подлежащие деструктивной модификации или удалению хромофоросодержащие части, например, такие как сосудистые дефекты, пигментные поражения, нежелательные волосы. Для селективного фототермолиза длина волны светового излучения выбирается исходя из спектрального диапазона максимального поглощения хромофора, при этом длительность импульса не превышает время термической релаксации хромофоросодержащей части биоткани, а плотность мощности выбирается достаточной для ее нагрева и коагуляции. В этом случае достигается деструкция этой части биоткани без светового повреждения остальной, не содержащей хромофоры, биоткани.Light radiation from lamps, lasers, and light emitting diodes is widely used in modern medical and cosmetic practice for surgical photo-processing of living biological tissue containing chromophores - substances of natural or artificial origin that have a high absorption coefficient of light radiation. Photoprocessing leads to selective photodegradation or photothermolysis due to pulsed light radiation (Anderson, R.R. et al., "Selective Photothermolysis: Precise Microsurgery by Selective Absorption of Pulsed Radiation", Science 1983, 220: 524-527). Selective photothermolysis is used in cases where the biological tissue contains chromophore-containing parts that are subject to destructive modification or removal, for example, such as vascular defects, pigmented lesions, unwanted hair. For selective photothermolysis, the wavelength of light radiation is selected based on the spectral range of the maximum absorption of the chromophore, while the pulse duration does not exceed the thermal relaxation time of the chromophore-containing part of the biological tissue, and the power density is selected sufficient for heating and coagulation. In this case, the destruction of this part of the biological tissue is achieved without light damage to the rest of the chromophore-free biological tissue.

Будучи клинически результативной при решении задач по модификации или для удаления определенных частей биоткани, фотообработка с селективной фотодеструкцией обладает рядом недостатков. Клеточная гибель вследствие действия внешних повреждающих факторов проходит по некротическому сценарию, что, как известно, означает нарушение целостности клеточных оболочек и вынос внутриклеточного содержимого в межклеточное пространство. Это, естественно, сопровождается образованием локального воспалительного процесса. В область воспалительной реакции могут быть также вовлечены близлежащие здоровые части биоткани, что с большей степенью вероятности приводит к побочным эффектам и осложнениям. Клинически эти побочные эффекты и осложнения проявляются в виде дисхромии, волдырей, пурпуры, рубцов, общего дискомфорта из-за болевого синдрома. Эти побочные эффекты и осложнения особо нежелательны в тех случаях, когда повышены требования к косметическому результату, например при обработке кожи в дерматологии и косметологии (C.A. Nanni, T.S. Alster, "Complications of Cutaneous Laser Surgery", Dermatologic Surgery, 1998; 24:209-219, B. Greve, C. Raulin, "Professional Errors Caused by Laser and Intense Pulsed Light Technology in Dermatology and Aesthetic Medicine: Preventive Strategies and Case Stadies", Dermatologic Surgery 2002; 28:156-161). Побочные эффекты и осложнения, связанные с термонекрозом клеток и ткани наносят не только моральный, но и материальный вред пациентам, поскольку повышают совокупную стоимость лечения и приводят к потере рабочего времени социально активными пациентами.Being clinically effective in solving problems of modifying or removing certain parts of a biological tissue, selective photo-processing has several disadvantages. Cell death due to the action of external damaging factors takes place according to the necrotic scenario, which, as you know, means a violation of the integrity of the cell membranes and the removal of intracellular contents into the intercellular space. This, of course, is accompanied by the formation of a local inflammatory process. In the area of the inflammatory reaction, nearby healthy parts of the biological tissue may also be involved, which is more likely to lead to side effects and complications. Clinically, these side effects and complications are manifested in the form of dyschromia, blisters, purpura, scarring, general discomfort due to pain. These side effects and complications are especially undesirable in cases where the requirements for a cosmetic result are increased, for example, when treating the skin in dermatology and cosmetology (CA Nanni, TS Alster, "Complications of Cutaneous Laser Surgery", Dermatologic Surgery, 1998; 24: 209- 219, B. Greve, C. Raulin, "Professional Errors Caused by Laser and Intense Pulsed Light Technology in Dermatology and Aesthetic Medicine: Preventive Strategies and Case Stadies", Dermatologic Surgery 2002; 28: 156-161). Side effects and complications associated with thermonecrosis of cells and tissues cause not only moral, but also material harm to patients, since they increase the total cost of treatment and lead to the loss of working time by socially active patients.

Таким образом, существует необходимость в атравматичном и менее затратном способе клинически результативной селективной фотообработки живой биоткани для целей ее модификации, в том числе удаления, особенно в случаях, связанных с повышенными требованиями к косметическому результату.Thus, there is a need for an atraumatic and less costly method of clinically effective selective photo-processing of living biological tissue for the purpose of its modification, including removal, especially in cases associated with increased requirements for a cosmetic result.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Целью настоящего изобретения является создание такого способа фотообработки, при котором возможно получение радикального клинического результата атравматично и менее затратно по сравнению с селективным фототермолизом.The aim of the present invention is to provide such a method of photo-processing, in which it is possible to obtain a radical clinical result atraumatic and less expensive compared to selective photothermolysis.

Настоящее изобретение основано на открытии, заключающемся в том, что при определенных условиях в живой хромофоросодержащей биоткани при ее облучении световым излучением может индуцироваться апоптоз жизненно значимых клеток этой биоткани - форма «мягкой» физиологически естественной смерти клеток, при которой клетки активно участвуют в своем уничтожении. Процесс апоптотической смерти клеток, в отличие от некроза при деструкции ткани, проходит без воспаления. Таким образом, становится осуществимой такая фотообработка живой биоткани, при которой модификация, в том числе удаление ее определенных частей, может происходить атравматично.The present invention is based on the discovery that, under certain conditions, apoptosis of vitally important cells of this biological tissue can be induced in a living chromophore-containing biological tissue when it is irradiated with light, a form of “soft” physiologically natural cell death in which cells are actively involved in their destruction. The process of apoptotic cell death, in contrast to necrosis during tissue destruction, takes place without inflammation. Thus, such a photoprocessing of living biological tissue becomes possible in which modification, including the removal of certain parts of it, can occur atraumatically.

В соответствии со способом, раскрываемым в настоящем изобретении биоткань, содержащая определенную часть с хромофором, облучается световым излучением с длиной волны от 500 нм до 2500 нм, с плотностью энергии, недостаточной для деструкции, но достаточной для индуцирования апоптоза клеток этой части биоткани. Отношение апоптозоиндуцирующей плотности мощности светового излучения к деструктивной включает диапазон от 45% до 90%. Отношение апоптозоиндуцирующей длительности импульсов к деструктивной включает диапазон от 10% до 90%, в зависимости от времени термической релаксации биоткани.In accordance with the method disclosed in the present invention, a biological tissue containing a specific part with a chromophore is irradiated with light radiation with a wavelength of 500 nm to 2500 nm, with an energy density insufficient for destruction, but sufficient to induce cell apoptosis of this part of the biological tissue. The ratio of apoptosis-inducing power density of light radiation to destructive includes a range from 45% to 90%. The ratio of apoptosis-inducing pulse duration to destructive one includes a range from 10% to 90%, depending on the time of thermal relaxation of the biological tissue.

В соответствии с другими способами, раскрываемыми в настоящем изобретении, биоткань облучают для целей ингибирования роста нежелательных волос, удаления сосудистых дефектов и пигментных пятен кожи, ремоделирования кожи, редукции сальных желез при акне, удаления новообразований, редукции, в т.ч. удаления гипертрофических и келоидных рубцов с плотностью энергии, недостаточной для деструкции, но достаточной для индуцирования апоптоза клеток этих частей биоткани.In accordance with other methods disclosed in the present invention, biological tissue is irradiated for the purpose of inhibiting unwanted hair growth, removing vascular defects and age spots, skin remodeling, reduction of sebaceous glands in acne, removal of neoplasms, reduction, including removal of hypertrophic and keloid scars with an energy density insufficient for destruction, but sufficient to induce apoptosis of cells of these parts of the biological tissue.

Поскольку признаки воспаления при светоиндуцированном апоптозе отсутствуют, то раскрываемые в настоящем изобретении способы фотообработки позволяют осуществлять модификацию, в т.ч. удаление биоткани атравматично, без косметически неприемлемых осложнений.Since there are no signs of inflammation with light-induced apoptosis, the photoprocessing methods disclosed in the present invention allow modification, including biological tissue removal is non-invasive, without cosmetically unacceptable complications.

Краткое описание фигурBrief Description of the Figures

Фиг.1 - зависимость температуры T апоптоза и деструкции от длительности изотермической экспозиции te. Указанная стрелкой заштрихованная область соответствует степени термоповреждения Ω=0,05-0,1 (апоптоз); указанная стрелкой штриховая линия соответствует степени термоповреждения Ω=1 (деструкция).Figure 1 - dependence of the temperature T of apoptosis and destruction on the duration of isothermal exposure t e . The shaded area indicated by the arrow corresponds to the degree of thermal damage Ω = 0.05-0.1 (apoptosis); the dashed line indicated by the arrow corresponds to the degree of thermal damage Ω = 1 (destruction).

Фиг.2 - зависимость отношения Pa/Pd апоптоиндуцирующей плотности мощности Pa к деструктивной плотности мощности Pd от длительности импульсов светового излучения tp. Указанная стрелкой заштрихованная область соответствует степени термоповреждения при апоптозе Ωa=0,05-0,1.Figure 2 - dependence of the ratio P a / P d of the apoptosis-inducing power density P a to the destructive power density P d on the pulse duration of light radiation t p . The shaded area indicated by the arrow corresponds to the degree of thermal damage during apoptosis Ω a = 0.05-0.1.

Фиг.3 - зависимость отношения tpa/tpd апоптозоиндуцирующей длительности импульсов tpa к деструктивной длительности импульсов tpd от времени термической релаксации tr. Указанные стрелками области соответствуют степени термоповреждения при апоптозе Ωа=0,05-0,1: заштрихованная область в верхней части графика для «коротких» импульсов tpd/tr<10-1, заштрихованная область в нижней части графика для «длинных» импульсов tpd/tr>10, область между верхней и нижней заштрихованными областями для импульсов, длительностью порядка времени термической релаксации 10-1<tpd/tr<10.Figure 3 - dependence of the ratio t pa / t pd of the apoptosis-inducing pulse duration t pa to the destructive pulse duration t pd from the thermal relaxation time t r . The areas indicated by arrows correspond to the degree of thermal damage during apoptosis Ω a = 0.05-0.1: the shaded area in the upper part of the graph for “short” pulses t pd / t r <10 -1 , the shaded area in the lower part of the graph for “long” pulses t pd / t r > 10, the region between the upper and lower shaded areas for pulses, the duration of the order of the thermal relaxation time 10 -1 <t pd / t r <10.

Подробное раскрытие изобретенияDetailed Disclosure of Invention

Поглощенная в хромофоре энергия светового излучения порождает ряд стрессовых факторов для клеток. Возможна пластическая деформация клеток упругой акустической волной, распространяющейся от хромофора к клеткам при фотомеханическом преобразовании поглощенной энергии. Фотохимическое преобразование может привести к появлению свободных радикалов или, например, к нарушению связей в ДНК при УФ облучении. С точки зрения настоящего изобретения особый интерес представляет тепловой стрессовый фактор, доминирующий при длине волны светового излучения, превышающей 500 нм, и обусловленный теплопередачей от хромофора к клеткам при фототермическом преобразовании поглощенной в хромофоре энергии. В области сублетальных, т.е. потенциально, но не обязательно деструктивных, температур, существует определенный диапазон температур, при которых апоптотическая смерть превалирует над коагуляционной (N.P. Matylevitch et al., "Apoptosis and Accidental Cell Death in Cultured Human Keratinocytes After Thermal Injury", American Journal of Pathology 1998, 153:567-577, H.-K.B. Dihn et al., "Gene expression profiling of the response to thermal injury in human cells", Physiol Genomics 2001, 7:3-13), при наличии соответствующих физиологических регулирующих факторов в самой биоткани.The energy of light radiation absorbed in the chromophore gives rise to a number of stress factors for cells. Plastic deformation of the cells by an elastic acoustic wave propagating from the chromophore to the cells during the photomechanical conversion of absorbed energy is possible. Photochemical conversion can lead to the appearance of free radicals or, for example, to the breaking of bonds in DNA upon UV irradiation. From the point of view of the present invention, of particular interest is the thermal stress factor, which dominates at a wavelength of light radiation exceeding 500 nm, and is due to heat transfer from the chromophore to cells during photothermal conversion of the energy absorbed in the chromophore. In the sublethal region, i.e. potentially, but not necessarily destructive, temperatures, there is a certain range of temperatures at which apoptotic death prevails over coagulation (NP Matylevitch et al., "Apoptosis and Accidental Cell Death in Cultured Human Keratinocytes After Thermal Injury", American Journal of Pathology 1998, 153 : 567-577, H.-KB Dihn et al., "Gene expression profiling of the response to thermal injury in human cells", Physiol Genomics 2001, 7: 3-13), in the presence of appropriate physiological regulatory factors in the biological tissue itself.

Идея, послужившая основанием для настоящего изобретения заключается в том, что световое излучение, при определенных оптических характеристиках может служить индуктором апоптоза, поскольку апоптозоиндуцирующая сублетальная температура может быть обусловлена теплом, выделившимся при фототермическом преобразовании энергии светового излучения, поглощенного в хромофорах этой биоткани.The idea underlying the present invention is that light radiation, with certain optical characteristics, can serve as an inducer of apoptosis, since the apoptosis-inducing sublethal temperature can be due to the heat released during the photothermal conversion of the energy of light radiation absorbed in the chromophores of this biological tissue.

Значения температуры, при которых преимущественно происходит термокоагуляция, составляют от около 50°С при температурных экспозициях около 100°С и выше 100°С при снижении экспозиции до микросекундного диапазона (D. Simanovski et al., "Cellular tolerance to pulsed heating", SPIE Proc, BIOS 2005, v.5695, pp.1-6). С точки зрения настоящего изобретения, полный термонекроз и апоптоз, должны быть разделены достаточно широким температурным диапазоном, при наличии в клетках соответствующих физиологических механизмов. В этом случае возможна реализации преимущественного апоптоза без существенной термокоагуляции, т.е. степень термокоагуляции для апоптоиндуцирующих температур не должна превышать 10%. Например, изотермическая экспозиция кератиноцитов длительностью 1 с при температуре около 64°С приводит к их термокоагуляции. Апоптоз же индуцируется преимущественно при достижении температуры 56-58°С при той же экспозиции. Исходя из экспериментальных данных, аппроксимированных решениями уравнения Аррениуса:The temperature values at which thermocoagulation predominantly occurs are from about 50 ° C at temperature exposures of about 100 ° C and above 100 ° C with a decrease in exposure to the microsecond range (D. Simanovski et al., "Cellular tolerance to pulsed heating", SPIE Proc, BIOS 2005, v. 5695, pp. 1-6). From the point of view of the present invention, complete thermonecrosis and apoptosis should be separated by a sufficiently wide temperature range, in the presence of appropriate physiological mechanisms in the cells. In this case, it is possible to realize preferential apoptosis without significant thermocoagulation, i.e. the degree of thermocoagulation for apoptosis-inducing temperatures should not exceed 10%. For example, isothermal exposure of keratinocytes lasting 1 s at a temperature of about 64 ° C leads to their thermocoagulation. Apoptosis is induced primarily upon reaching a temperature of 56-58 ° C at the same exposure. Based on experimental data approximated by solutions of the Arrhenius equation:

Figure 00000001
Figure 00000001

где:Where:

Е0 - энергия активации коагуляции (ДжМ-1);E 0 - coagulation activation energy (JM -1 );

R - универсальная газовая постоянная (ДжМ-1К-1);R is the universal gas constant (JM -1 K -1 );

А - фактор частоты (с-1);A is the frequency factor (s -1 );

te - длительность температурной экспозиции (с);t e is the duration of the temperature exposure (s);

T(t) - температура биоткани (К);T (t) is the temperature of the biological tissue (K);

Ω - степень термоповреждения (доля); Ω is the degree of thermal damage (fraction);

в изотермическом приближении и представленными на Фиг.1 и в Таблице 1, соответствует область (указанная стрелкой, заштрихованная на Фиг.1) с несущественной термокоагуляцией в пределах значений Ω от 5·10-2 до 10-1, в которой концентрация коагулированных клеток составляет от 5% до 10% соответственно. Апоптозоиндуцирующие температуры включают диапазон от 43°С до 145°С при соответствующих временах температурной экспозиции te, обеспечивающих сублетальный характер стресса. Приближение «изотермичности», в данном случае, означает, что во время экспозиции температуру (т.е. воздействие тепла на кератиноциты) можно считать постоянной.in the isothermal approximation and shown in FIG. 1 and Table 1, there corresponds a region (indicated by an arrow, shaded in FIG. 1) with insignificant thermocoagulation within the range of values from 5 · 10 -2 to 10 -1 , in which the concentration of coagulated cells is from 5% to 10%, respectively. Apoptosis-inducing temperatures include a range from 43 ° C to 145 ° C at appropriate times of temperature exposure t e , providing a sublethal character of stress. The approximation of “isothermality,” in this case, means that during exposure, the temperature (ie, the effect of heat on keratinocytes) can be considered constant.

Таблица 1
Значения температур T, приводящих к степени термоповреждения Ω=0,05-0,1 (апоптоз) и Ω=1 (деструкция) в зависимости от длительности изотермической экспозиции te
Table 1
Values of temperatures T leading to the degree of thermal damage Ω = 0.05-0.1 (apoptosis) and Ω = 1 (destruction) depending on the duration of the isothermal exposure t e
te, сt e , s Ω, доля Ω, share 1,01,0 0,10.1 0,090.09 0,080.08 0,070,07 0,060.06 0,050.05 10-10 10-10 145,5145.5 135,6135.6 135,2135.2 134,7134.7 134,2134.2 133,5133.5 132,8132.8 10-9 10 -9 135,6135.6 126,2126.2 125,8125.8 125,3125.3 124,8124.8 124,2124.2 123,4123,4 10-8 10 -8 126,2126.2 117,2117.2 116,8116.8 116,3116.3 115,8115.8 115,2115,2 114,5114.5 10-7 10 -7 117,2117.2 108,6108.6 108,2108,2 107,7107.7 107,3107.3 106,7106.7 106,0106.0 10-6 10 -6 108,6108.6 100,3100.3 99,999.9 99,599.5 99,199.1 98,598.5 97,997.9 10-5 10 -5 100,3100.3 92,492.4 92,192.1 91,791.7 91,291.2 90,790.7 90,190.1 10-4 10 -4 92,492.4 84,884.8 84,584.5 84,184.1 83,783.7 83,283,2 82,682.6 10-3 10 -3 84,884.8 77,677.6 77,277,2 76,976.9 76,576.5 76,076.0 75,475,4 10-2 10 -2 77,677.6 70,670.6 70,370.3 69,969.9 69,569.5 69,169.1 68,568.5 10-1 10 -1 70,670.6 63,963.9 63,663.6 63,363.3 62,962.9 62,462,4 61,961.9 1one 63,963.9 57,457.4 57,257.2 56,856.8 56,556.5 56,056.0 55,655.6 1010 57,457.4 51,251,2 51,051.0 50,650.6 50,350.3 49,949.9 49,449.4 102 10 2 51,251,2 45,345.3 45,045.0 44,744.7 44,444,4 44,044.0 43,543.5

При меньшей степени термокоагуляции доминирует повышенная активность протеинов теплового шока - молекул-шаперонов, концентрация которых в подверженных умеренному тепловому стрессу клетках составляет около 5-10%. Благодаря активности шаперонов жизнедеятельность клетки в случае умеренного теплового стресса восстанавливается (J.T. Beckham et al., "Assessment of Cellular Response to Thermal Laser Injury Through Bioluminescence Imaging of Heat Shock Protein 70", Photochemistry and Photobiology 2004, 79:76-85). Возможно также старение клетки с остановкой развития (C. Soti et al., "Apoptosis, necrosis and cellular senescence: chaperone occupancy as a potential switch", Aging Cell 2003, 2:39-45), но не ее апоптоз.At a lower degree of thermocoagulation, the increased activity of heat shock proteins — chaperone molecules — whose concentration in cells subject to moderate heat stress is about 5-10%, dominates. Due to the activity of chaperones, cell activity is restored in the event of moderate heat stress (J.T. Beckham et al., "Assessment of Cellular Response to Thermal Laser Injury Through Bioluminescence Imaging of Heat Shock Protein 70", Photochemistry and Photobiology 2004, 79: 76-85). It is also possible cell aging with arrest (C. Soti et al., "Apoptosis, necrosis and cellular senescence: chaperone occupancy as a potential switch", Aging Cell 2003, 2: 39-45), but not its apoptosis.

Температура биоткани, а значит и степень термокоагуляции биоткани при фототермическом преобразовании зависит от значений плотности мощности (Вт/см2) и длительности импульса (с) светового излучения. С точки зрения настоящего изобретения особый интерес представляет сравнение апоптозоиндуцирующих и деструктивных плотности мощности и длительности импульсов светового излучения. В общем случае значение плотности мощности может меняться за время импульса из-за характерных для того или иного типа светового источника изменений мощности, обусловленных особенностями генерации. В этом случае следует говорить о мгновенной мощности, т.е. мощности в данный момент времени. Например, значение мгновенной мощности может линейно расти от нуля в начале и до максимума к концу импульса, формируя пилообразные импульсы. Другой случай, когда мгновенная мощность максимальна в начале импульса и спадает до нуля к концу, как в случае свечения ламп-вспышек, питающихся от конденсаторов. Тем не менее, на практике любая форма импульса аппроксимируется прямоугольной, с некоторым эффективным или усредненным значением мощности, постоянным во время импульса, если речь не идет о специальных задачах, касающихся особенностей фототермического преобразования светового излучения, имеющего ту или иную заданную форму импульсов. В случае прямоугольных импульсов плотность мощности и длительность импульсов определяют плотность энергии светового излучения следующим выражением:The temperature of the biological tissue, and hence the degree of thermocoagulation of the biological tissue during photothermal conversion, depends on the values of power density (W / cm 2 ) and pulse duration (s) of light radiation. From the point of view of the present invention, of particular interest is the comparison of apoptosis-inducing and destructive power densities and pulses of light radiation. In the general case, the value of the power density can change during the pulse due to changes in power characteristic of a particular type of light source due to the characteristics of generation. In this case, we should talk about instantaneous power, i.e. power at a given time. For example, the value of instantaneous power can linearly increase from zero at the beginning to the maximum towards the end of the pulse, forming sawtooth pulses. Another case is when the instantaneous power is maximum at the beginning of the pulse and drops to zero towards the end, as in the case of the glow of flash lamps powered by capacitors. Nevertheless, in practice, any pulse shape is approximated rectangular, with some effective or averaged power value, constant during the pulse, if we are not talking about special problems concerning the features of the photothermal conversion of light radiation having one or another given pulse shape. In the case of rectangular pulses, the power density and pulse duration determine the energy density of light radiation by the following expression:

Figure 00000002
Figure 00000002

где:Where:

Е - плотность энергии светового излучения (Дж/см2);E is the energy density of light radiation (J / cm 2 );

P - плотность мощности светового излучения (Вт/см2);P is the power density of light radiation (W / cm 2 );

tp - длительность импульса светового излучения (с).t p - pulse duration of light radiation (s).

Можно сравнить апоптоиндуцирующие и деструктивные значения плотности мощности и длительности прямоугольных импульсов, решив уравнение Аррениуса для случаев полного термоповреждения (при Ω=1) и для апоптоиндуцирующей области ( Ω=5·10-2-10-1). Зависимость температуры биоткани от мощности и длительности прямоугольного импульса светового излучения при фототермическом преобразовании энергии известна из решений уравнений распространения света и теплопереноса и может быть представлена в следующем обобщенном виде:We can compare the apoptotropic and destructive values of the power density and the duration of rectangular pulses by solving the Arrhenius equation for cases of complete thermal damage (at Ω = 1) and for the apoptotinducing region (Ω = 5 · 10 -2 -10 -1 ). The dependence of the temperature of the biological tissue on the power and duration of a rectangular pulse of light radiation during photothermal energy conversion is known from the solutions of the equations of light propagation and heat transfer and can be represented in the following generalized form:

Figure 00000003
Figure 00000003

гдеWhere

tp, P - определены выше;t p, P are defined above;

tr - время термической релаксации биоткани (с), определяемое выражением tr≅d2/kα, в котором d - характеристический размер хромофоросодержащей части биоткани (см), α - коэффициент термодиффузии биоткани (см2с-1), k - геометрический фактор; импульсы светового излучения считаются «длинными» при tp≫tr и «короткими» при tp≪tr;t r is the thermal relaxation time of the biological tissue (s) defined by the expression t r ≅d 2 / kα, in which d is the characteristic size of the chromophore-containing part of the biological tissue (cm), α is the thermal diffusion coefficient of the biological tissue (cm 2 s -1 ), k is geometric factor; light emission pulses are considered “long” at t p ≫t r and “short” at t p ≪t r ;

К - коэффициент

Figure 00000004
зависящий от оптических и геометрических параметров биоткани;K - coefficient
Figure 00000004
depending on the optical and geometric parameters of biological tissue;

T0 - физиологически нормальная температура биоткани

Figure 00000005
T 0 - physiologically normal temperature of the biological tissue
Figure 00000005

Таким образом, отношение апоптозоиндуцирующих и деструктивных плотностей мощностей при данной длительности импульсов будет определяться следующим выражением:Thus, the ratio of apoptosis-inducing and destructive power densities at a given pulse duration will be determined by the following expression:

Figure 00000006
Figure 00000006

где:Where:

Pa - апоптозоиндуцирующая плотность мощности (Вт/см2);P a is the apoptosis-inducing power density (W / cm 2 );

Pd - деструктивная плотность мощности (Вт/см2);P d - destructive power density (W / cm 2 );

Ωa - степень термоповреждения при апоптозе (доля);Ω a - the degree of thermal damage during apoptosis (fraction);

Ωd - степень термоповреждения при деструкции (доля),Ω d - the degree of thermal damage during destruction (fraction),

обычно принимается Ωd=1;usually taken Ω d = 1;

E0, R, А, tp, E0 - определены выше.E 0 , R, A, t p , E 0 are defined above.

На Фиг.2 и в Таблице 2 представлены значения отношения плотностей мощности Pa/Pd при Ωа=5·10-2-10-1 (указанная стрелкой заштрихованная область на Фиг.2) в зависимости от заданных длительностей импульсов, откуда видно, что отношение апоптозоиндуцирующей и деструктивной мощностей падает от 90% до 45% с увеличением длительности импульсов. В этом приближении отношение Pa/Pd не зависит от соотношения длительности импульсов и времени термической релаксации биоткани. Таким образом, апоптозоиндуцирующая и деструктивная плотности мощности отделены достаточно широкими, с точки зрения практических применений, интервалами значений.In Fig.2 and in Table 2, the values of the ratio of power densities P a / P d for Ω a = 5 · 10 -2 -10 -1 (the shaded area indicated by the arrow in Fig. 2) are shown depending on the specified pulse durations, from which it can be seen that the ratio of apoptosis-inducing and destructive powers decreases from 90% to 45% with increasing pulse duration. In this approximation, the ratio P a / P d is independent of the ratio of the pulse duration and the thermal relaxation time of the biological tissue. Thus, the apoptosis-inducing and destructive power densities are separated by rather wide, from the point of view of practical applications, intervals of values.

Таблица 2
Значения отношений Pa/Pd апоптоиндуцирующей плотности мощности Pa к деструктивной плотности мощности Pd в зависимости от длительностей импульсов tp для разных значений степени термоповреждения при апоптозе Ωa
table 2
The values of the ratios P a / P d of the apoptosis-inducing power density P a to the destructive power density P d depending on the pulse durations t p for different values of the degree of thermal damage during apoptosis Ω a
tp, сt p, s Ωa, доляΩ a , share 0,10.1 0,090.09 0,080.08 0,070,07 0,060.06 0,050.05 10-10 10-10 0,9090,909 0,9050,905 0,9000,900 0,8950.895 0,8890.889 0,8820.882 10-9 10 -9 0,9040.904 0,9000,900 0,8950.895 0,8900.890 0,8840.884 0,8760.876 10-8 10 -8 0,8990.899 0,8940.894 0,8890.889 0,8840.884 0,8770.877 0,8700.870 10-7 10 -7 0,8920.892 0,8880.888 0,8820.882 0,8760.876 0,8690.869 0,8610.861 10-6 10 -6 0,8850.885 0,8800.880 0,8740.874 0,8670.867 0,8600.860 0,8510.851 10-5 10 -5 0,8750.875 0,8700.870 0,8630.863 0,8560.856 0,8480.848 0,8390.839 10-4 10 -4 0,8630.863 0,8570.857 0,8500.850 0,8430.843 0,8340.834 0,8230.823 10-3 10 -3 0,8480.848 0,8410.841 0,8340.834 0,8250.825 0,8150.815 0,8040.804 10-2 10 -2 0,8280.828 0,8200.820 0,8120.812 0,8020.802 0,7910.791 0,7780.778 10-1 10 -1 0,8000,800 0,7910.791 0,7810.781 0,7770.777 0,7570.757 0,7420.742 1one 0,7600.760 0,7500.750 0,7370.737 0,7240.724 0,7080.708 0,6900.690 1010 0,6960.696 0,6830.683 0,6680.668 0,6500.650 0,6310.631 0,6070,607 102 10 2 0,5800.580 0,5610.561 0,5400.540 0,5160.516 0,4890.489 0,4570.457

Отношение апоптозоиндуцирующих и деструктивных длительностей импульсов для данной плотности мощности светового излучения будет определяться следующими выражениями:The ratio of apoptosis-inducing and destructive pulse durations for a given power density of light radiation will be determined by the following expressions:

в случае «длинных» импульсов:in the case of "long" pulses:

Figure 00000007
и
Figure 00000007
and

в случае «коротких» импульсов:in the case of "short" pulses:

Figure 00000008
Figure 00000008

где:Where:

tpa - длительность импульсов при апоптозе (с);t pa - pulse duration during apoptosis (s);

tpd - длительность импульсов при полной деструкции (с);t pd is the pulse duration at complete destruction (s);

E0, R, T0, A, Ωa, Ωd - определены выше.E 0 , R, T 0 , A, Ω a , Ω d are defined above.

В большинстве практических применений длительности импульсов соотносят с временем термической релаксации, поэтому на Фиг.3 и Табл.3 представлены значения отношения длительностей импульсов tpa/tpd в зависимости от времени термической релаксации tr при Ωа=5·10-2-10-1 для «коротких» (tpd/tr<10-1, указанная стрелкой заштрихованная область в верхней части графика Фиг.3) и «длинных» (tpd/tr>10, указанная стрелкой заштрихованная область в нижней части графика Фиг.3) импульсов. Как видно из Фиг.3 и Табл.3, отношение tpa/tpd сильно зависит от соотношения длительности импульсов tpd и времени термической релаксации tr. Апоптозоиндуцирующие длительности импульсов составляют от 5-10% до 75-90% от деструктивных при данной плотности мощности светового излучения в области «длинных» и «коротких» импульсов соответственно. Таким образом, апоптозоиндуцирующие и деструктивные длительности импульсов также отделены достаточно широкими, с точки зрения практических применений, интервалами значений.In most practical applications, the pulse durations are correlated with the thermal relaxation time, therefore, Fig. 3 and Table 3 show the values of the ratio of the pulse durations t pa / t pd depending on the thermal relaxation time t r at Ω a = 5 · 10 -2 -10 -1 for "short" (t pd / t r <10 -1 , the shaded area indicated by the arrow in the upper part of the graph of Figure 3) and "long" (t pd / t r > 10, the shaded area indicated by the arrow in the bottom of the graph Figure 3) pulses. As can be seen from Figure 3 and Table 3, the ratio t pa / t pd strongly depends on the ratio of the pulse duration t pd and the thermal relaxation time t r . Apoptosis-inducing pulse durations are from 5-10% to 75-90% of the destructive power of light radiation at a given density in the region of "long" and "short" pulses, respectively. Thus, apoptosis-inducing and destructive pulse durations are also separated by rather wide, from the point of view of practical applications, intervals of values.

В области «коротких» импульсов апоптоз индуцируется со снижением длительности импульсов при неизменной плотности мощности приблизительно в той же пропорции, что и при снижении мощности при неизменной длительности импульсов (см. Фиг.2 и Табл.2) на 10-30%. В области же «длинных» импульсов чувствительность к изменению мощности по сравнению к изменению длительности импульсов значительно выше. Физически это объясняется тем, что при «длинных» импульсах устанавливается квазистационарный с точки зрения времени тепловой баланс между теплом, выделяющимся при поглощении света в хромофоросодержащей части биоткани, и теплом, рассеивающимся в окружающую биоткань. При этом установившаяся температура зависит преимущественно от мощности, а не от длительности импульса, в отличие от «коротких» импульсов, в случае которых рассеивание тепла в окружающую биоткань отсутствует и температура зависит в равной степени от мощности и от длительности импульса.In the region of "short" pulses, apoptosis is induced with a decrease in pulse duration at a constant power density in approximately the same proportion as when a decrease in power at a constant pulse duration (see Figure 2 and Table 2) by 10-30%. In the region of “long” pulses, the sensitivity to a change in power compared to a change in the pulse duration is much higher. Physically, this is due to the fact that with “long” pulses a quasi-stationary from the point of view of time thermal balance is established between the heat released during the absorption of light in the chromophore-containing part of the biological tissue and the heat dissipated into the surrounding biological tissue. In this case, the steady-state temperature depends mainly on the power, and not on the pulse duration, in contrast to “short” pulses, in which there is no heat dissipation into the surrounding biological tissue and the temperature depends equally on the power and on the pulse duration.

«Длинные» импульсы могут быть применимы в тех случаях, когда термодиффузия в окружающую ткань является приемлемой в соответствии с целями фотообработки. Например, при облучении культуры клеток, имеющей расчетное время термической релаксации единицы миллисекунд световыми импульсами длительностью из секундного диапазона, для обеспечения условия изотермичности. Тем не менее, в большинстве случаев фотообработки особый интерес представляют длительности импульсов, не превышающие время термической релаксации более чем на порядок (указанные стрелками значения tpa/tpd, попадающие между заштрихованными областями графика на Фиг.3)."Long" pulses may be applicable in cases where thermal diffusion into the surrounding tissue is acceptable in accordance with the objectives of photo processing. For example, when irradiating a cell culture having an estimated thermal relaxation time of a few milliseconds with light pulses lasting from the second range, to provide an isothermal condition. However, in most cases of photoprocessing, pulse durations of no more than an order of magnitude more than the thermal relaxation time are of particular interest (the values t pa / t pd indicated by the arrows falling between the shaded areas of the graph in FIG. 3).

Таблица 3
Диапазоны отношений tpa/tpd апоптозоиндуцирующих длительностей импульсов tpa и деструктивных длительностей импульсов tpd, соответствующие степени термоповреждения при апоптозе Ωa=0,05-0,1, в зависимости от времени термической релаксации tr при разных соотношениях деструктивной длительности импульса tpd с временем термической релаксации tr
Table 3
The ranges of ratios t pa / t pd of apoptosis-inducing pulse durations t pa and destructive pulse durations t pd , corresponding to the degree of thermal damage during apoptosis Ω a = 0.05-0.1, depending on the thermal relaxation time t r at different ratios of the destructive pulse duration t pd with thermal relaxation time t r
tpd/tr t pd / t r tr, сt r , s 10-5 10 -5 10-4 10 -4 10-3 10 -3 10-2 10 -2 10-1 10 -1 1one 1010 100one hundred <10-1 <10 -1 0,91-0,860.91-0.86 0,9-0,850.9-0.85 0,89-0,840.89-0.84 0,88-0,820.88-0.82 0,87-0,80.87-0.8 0,86-0,770.86-0.77 0,85-0,730.85-0.73 0,84-0,680.84-0.68 10-1-1010 -1 -10 0,86-0,10.86-0.1 0,85-0,10.85-0.1 0,84-0,10.84-0.1 0,82-0,10.82-0.1 0,8-0,10.8-0.1 0,77-0,10.77-0.1 0,73-0,10.73-0.1 0,68-0,10.68-0.1 >10> 10 0,05-0,10.05-0.1

Таким образом, учитывая, что произведение плотности мощности и длительности импульсов определяет плотность энергии светового излучения, можно сделать вывод о том, что апоптозоиндуцирующая плотность энергии светового излучения при фотообработке может составлять от 10% до 90% плотности энергии, вызывающей деструкцию ткани, обусловленную термонекрозом.Thus, taking into account that the product of the power density and pulse duration determines the energy density of light radiation, we can conclude that the apoptosis-inducing energy density of light radiation during photo processing can be from 10% to 90% of the energy density that causes tissue destruction due to thermonecrosis.

В клинической практике фотообработки, во многом связанной с индивидуальными особенностями патологий, невозможно с необходимой точностью теоретически предсказать требуемые параметры светового излучения. Поэтому, как правило, следуют оценочным диапазонам параметров и затем, после точечных тест-облучений, устанавливают соответствующие для выбранного типа обработки и конечных целей параметры светового излучения. С точки зрения реализации настоящего изобретения на практике, в качестве критерия для выбора необходимой плотности мощности могут быть использованы известные клинические признаки, характерные для реакции живой биоткани на летальное повреждение, например, отек, эритема. Для получения светоиндуцированного апоптоза в соответствии с настоящим изобретением плотность энергии, т.е. плотность мощности и/или длительность импульсов должны быть снижены до исчезновения этих признаков. Затем необходимо дополнительно либо снизить плотность мощности, в пределах 10-55%, при неизменной длительности импульсов в соответствии с Фиг.2 и Табл.2, либо снизить длительность импульсов на 10-95% при неизменной плотности мощности в соответствии с Фиг.3 и Табл.3.In the clinical practice of photoprocessing, which is largely related to the individual characteristics of pathologies, it is impossible to theoretically predict the required parameters of light radiation with the necessary accuracy. Therefore, as a rule, the estimated ranges of parameters are followed, and then, after point test exposures, the parameters of light radiation are set for the selected type of processing and final goals. From the point of view of practical implementation of the present invention, known clinical signs characteristic of the response of living biological tissue to lethal damage, for example, edema, erythema, can be used as a criterion for choosing the required power density. To obtain light-induced apoptosis in accordance with the present invention, an energy density, i.e. power density and / or pulse duration should be reduced until these signs disappear. Then you must additionally either reduce the power density, within 10-55%, with a constant pulse duration in accordance with Figure 2 and Table 2, or reduce the pulse duration by 10-95% with a constant power density in accordance with Figure 3 and Table 3.

Соотношения апоптозоиндуцирующих и деструктивных температур, плотностей мощности и длительностей импульсов для разных типов биоткани и клеток могут отличаться. Эти отличия обусловлены характером температурной чувствительности, отражающимся в т.ч. и на значениях фактора частоты А и энергии активации коагуляции Е0, которые могут принимать значения в диапазонах 105-106 ДжМ-1 и 1040-10105 с-1, соответственно (J. Pearce, S. Thomsen, "Rate process analysis of thermal damage", Optical-Thermal Response of Laser Irradiated Tissue, A.J. Welsh and MJC van Gemert, eds., Plenum, New York, 1995, pp.561-606), в зависимости от типа биоткани. Однако закономерность останется той же и служит критерием оценки того отличия, которое существует в значениях мощности и длительности импульсов светового излучения, обеспечивающих фототермолиз и светоиндуцированный апоптоз.The ratios of apoptosis-inducing and destructive temperatures, power densities, and pulse durations for different types of biological tissue and cells may differ. These differences are due to the nature of temperature sensitivity, which is reflected including and on the values of the frequency factor A and the activation energy of coagulation E 0 , which can take values in the ranges 10 5 -10 6 JM -1 and 10 40 -10 105 s -1 , respectively (J. Pearce, S. Thomsen, "Rate process analysis of thermal damage ", Optical-Thermal Response of Laser Irradiated Tissue, AJ Welsh and MJC van Gemert, eds., Plenum, New York, 1995, pp. 561-606), depending on the type of biological tissue. However, the pattern will remain the same and serves as a criterion for assessing the difference that exists in the values of the power and duration of light radiation pulses that provide photothermolysis and light-induced apoptosis.

Поскольку температура является только одним из физических факторов, приводящих к индуцированию апоптоза, и существуют другие потенциально апоптозоиндуцирующие факторы - химические или механические, проявляющиеся при фотохимическом или фотомеханическом взаимодействии светового излучения с биотканью, то раскрываемый в настоящем изобретении способ светового индуцирования апоптоза может быть соответствующим образом расширен с учетом этих факторов. Светоиндуцированный апоптоз возможен во всем спектральном диапазоне, используемом для селективной фотообработки живой биоткани.Since temperature is only one of the physical factors leading to the induction of apoptosis, and there are other potentially apoptotic inducing factors, chemical or mechanical, which are manifested in the photochemical or photomechanical interaction of light radiation with biological tissue, the method of light inducing apoptosis disclosed in the present invention can be expanded accordingly considering these factors. Light-induced apoptosis is possible in the entire spectral range used for selective photoprocessing of living biological tissue.

С точки зрения изменений в биоткани сразу после облучения, апоптоз, в отличие от некроза, в большинстве случаев известными методами не фиксируется, т.е. ткань остается такой же, что и до облучения. Процесс апоптотической клеточной гибели проявляется спустя часы после облучения и может продолжаться недели.From the point of view of changes in biological tissue immediately after irradiation, apoptosis, in contrast to necrosis, in most cases is not fixed by known methods, i.e. the tissue remains the same as before irradiation. The process of apoptotic cell death occurs hours after irradiation and can last for weeks.

Для оперативного неинвазивного мониторинга апоптоза может быть использовано высокочастотное 40-100 МГц ультразвуковое сканирование высокого разрешения (G. Czarnota et al., "Ultrasound Imaging of Apoptosis", Methods in Molecular Biology, v.203, 2002, pp.257-277, G. Czarnota et al.," Ultrasound imaging of apoptosis: high-resolution non-invasive monitoring of programmed cell death in vitro, in situ and in vivo", Br J Cancer. 1999 Oct; 81 (3):520-527). Апоптоз характеризуется серией специфических морфологических изменений клетки, отличных от некроза, и в несколько раз повышающих интенсивность рассеяния ультразвука и эхогенность, как по сравнению с нормальной биотканью, так и по сравнению с некротической. Следовательно, появление на УЗ-изображении биоткани участков с увеличивающейся диффузной яркостью при снижении энергетических параметров светового излучения от летальных к сублетальным означает, с наибольшей степенью вероятности, инициирование апоптоза, если при этом не ожидаются какие-либо другие изменения биоткани, обычно приводящие к повышению интенсивности УЗ рассеяния. Глубина такого ультразвукового сканирования обычно ограничена 3-5 мм, однако часто этого вполне достаточно, например, для дерматологических и косметологических применений.High-resolution 40-100 MHz high-resolution ultrasound scanning (G. Czarnota et al., "Ultrasound Imaging of Apoptosis", Methods in Molecular Biology, v.203, 2002, pp. 257-277, G) can be used for operational non-invasive monitoring of apoptosis. . Czarnota et al., "Ultrasound imaging of apoptosis: high-resolution non-invasive monitoring of programmed cell death in vitro, in situ and in vivo", Br J Cancer. 1999 Oct; 81 (3): 520-527). Apoptosis is characterized by a series of specific morphological changes in the cell, other than necrosis, and several times increasing the ultrasound scattering intensity and echogenicity, both in comparison with normal biological tissue and in comparison with necrotic tissue. Consequently, the appearance on the ultrasound image of the biological tissue of areas with increasing diffuse brightness with a decrease in the energy parameters of light radiation from lethal to sublethal means, with the highest degree of probability, initiation of apoptosis, if any other changes in biological tissue are not expected, usually leading to an increase in intensity Ultrasound scattering. The depth of such an ultrasound scan is usually limited to 3-5 mm, but often this is quite enough, for example, for dermatological and cosmetic applications.

Облучение биоткани может осуществляться не только моноимпульсным, но и мультиимпульсными режимами, используемыми для предотвращения нежелательного нагрева не подлежащих воздействию, но попадающих в поле облучения, частей биоткани с конкурирующими хромофорами.Biotissue irradiation can be carried out not only in single-pulse, but also in multi-pulse modes used to prevent unwanted heating of parts of the biological tissue with competing chromophores that are not subject to exposure, but fall into the irradiation field.

Рассматриваемый в настоящем изобретении спектральный диапазон светового излучения имеет верхний предел с длиной волны 2500 нм из-за сильного поглощения внутритканевой водой выше этого значения, что соответственно ограничивает селективность воздействия. Тем не менее, не исключено появление задач, требующих фотообработки, вызывающей индукцию апоптоза на глубину, оцениваемую одним или несколькими клеточными слоями, например, при поверхностном воздействии на культуры клеток эрбиевым (2900 нм) или СО2 (10600 нм) лазерами. Не существует принципиальных причин, по которым настоящее изобретение не могло быть применено и в этих случаях.The spectral range of light radiation considered in the present invention has an upper limit with a wavelength of 2500 nm due to the strong absorption of interstitial water above this value, which accordingly limits the selectivity of the effect. Nevertheless, the emergence of tasks requiring photoprocessing, which induces apoptosis to a depth estimated by one or more cell layers, for example, with surface treatment of cell cultures with erbium (2900 nm) or CO 2 (10600 nm) lasers, is not ruled out. There are no fundamental reasons why the present invention could not be applied in these cases.

Облучение биоткани может производиться как интерстициально, так и чресповерхностно. Интерстициальное, в том числе внутрисосудистое, облучение целесообразно при глубокой локализации подлежащих воздействию клеток, например, адипоцитов жировой ткани, остеобластов костной ткани или клеток крови. Интерстициальное облучение может производиться с использованием тонких световодов, в том числе и в упрочняющей металлической оболочке, вводимых в биоткань с помощью инъекторов, подобно введению игл. Если подлежащая воздействию биоткань локализована неглубоко, как, например, базальный слой кожи или ограничена оптически прозрачной частью биоткани, как, например, стекловидное тело глаза, то целесообразно (в случаях, когда это технически возможно) производить чресповерхностное облучение. Понятие чресповерхностного облучения по настоящему изобретению включает также облучение через поверхность внутренних полостей, например, при эндоскопических вмешательствах с использованием соответствующих технических средств.Biological tissue can be irradiated both interstitially and transversely. Interstitial, including intravascular, irradiation is advisable for the deep localization of the exposed cells, for example, adipocytes of adipose tissue, osteoblasts of bone tissue or blood cells. Interstitial irradiation can be carried out using thin optical fibers, including in a reinforcing metal sheath, introduced into the biological tissue using injectors, similar to the introduction of needles. If the biological tissue to be affected is localized not deeply, such as the basal layer of the skin or limited to the optically transparent part of the biological tissue, such as the vitreous body of the eye, then it is advisable (in cases when it is technically possible) to perform transverse irradiation. The concept of transverse irradiation of the present invention also includes irradiation through the surface of internal cavities, for example, during endoscopic interventions using appropriate technical means.

При чресповерхностном облучении может оказаться необходимым отвод тепла с поверхности, через которую производят облучение, например, при недостаточно сильном поглощении хромофоров. Теплоотвод может производиться разными способами, например обдувом холодным воздухом, нанесением на поверхность биоткани быстроиспаряющегося хладоагента, в том числе и в форме аэрозоля, контактированием с биотканью тонкой оптически прозрачной пластины из материала с относительно высокой теплопроводностью, например сапфира, при необходимости принудительно охлаждаемой, например, термоэлектрическим элементом, хладоагентами или за счет обдува потоком газа. Эту пластину прикладывают к поверхности кожи и через нее пропускают световое излучение в биоткань во время облучения. Для улучшения оптического и термического контакта между поверхностью биоткани и пластиной, поверхность биоткани либо пластина могут увлажняться оптически прозрачной жидкостью или гелем. Эта пластина, в тех случаях, например, когда гемоглобин оказывается конкурирующим хромофором, может прикладываться с некоторым давлением на биоткань для достижения эффекта компрессии, при котором кровь вытесняется из сосудов, находящихся в зоне облучения. Эта пластина, при согласованных с биотканью коэффициентах преломления и рассеяния, может также служить для выведения обратно рассеянного излучения из биоткани. Будучи выбранной достаточно тонкой, эта же пластина, при необходимости, может служить для ввода части отраженного излучения обратно в биоткань за счет полного внутреннего отражения на внутренней грани.For transverse irradiation, it may be necessary to remove heat from the surface through which the irradiation is performed, for example, when the absorption of chromophores is not strong enough. The heat can be removed in various ways, for example, by blowing with cold air, applying a rapidly evaporating coolant to the surface of the biological tissue, including in the form of an aerosol, by contacting a thin optically transparent plate from a material with relatively high thermal conductivity, for example sapphire, if necessary forcibly cooled, for example, thermoelectric element, coolants or by blowing a stream of gas. This plate is applied to the skin surface and light radiation is passed through it into the biological tissue during irradiation. To improve the optical and thermal contact between the surface of the biological tissue and the plate, the surface of the biological tissue or plate can be moistened with an optically transparent liquid or gel. This plate, in cases, for example, when hemoglobin turns out to be a competing chromophore, can be applied with some pressure to the biological tissue to achieve a compression effect in which blood is forced out of the vessels located in the irradiation zone. This plate, with refractive index and scattering coefficients agreed with the biological tissue, can also serve to remove backscattered radiation from the biological tissue. Being selected sufficiently thin, the same plate, if necessary, can serve to introduce part of the reflected radiation back into the biological tissue due to total internal reflection on the inner face.

Во многих случаях, особенно при фотообработке биоткани, содержащей циклично развивающие клетки или клеточные структуры, может потребоваться проведение многократных сеансов облучений одной и той же части биоткани. В этом случае, при выборе режима длительного лечения, необходимо учитывать продолжительность цикла развития этих клеток или структур. Необходимо также учитывать продолжительность процесса апоптотической гибели, которая может составлять от дней до недель.In many cases, especially during photoprocessing of biological tissue containing cyclically developing cells or cellular structures, it may be necessary to conduct multiple irradiation sessions of the same part of the biological tissue. In this case, when choosing a long-term treatment regimen, it is necessary to take into account the duration of the development cycle of these cells or structures. It is also necessary to take into account the duration of the apoptotic death process, which can range from days to weeks.

Хромофоры по настоящему изобретению могут включать как натуральные, так и искусственные. Примерами натуральных, естественно вырабатываемых в этой части биоткани хромофоров, являются меланин, гемоглобин, вода, липиды, протеин, ДНК, цитохромы. Исскуственные хромофоры, вводятся в ткань извне. Искусственными хромофорами могут быть, например, растворы красителей, суспензии пигментов, наночастиц. Эти хромофоры могут локализоваться как внутри, так и вне клеток, подлежащих воздействию в соответствии с целями фотообработки.Chromophores of the present invention may include both natural and artificial. Examples of natural chromophores naturally produced in this part of the biological tissue are melanin, hemoglobin, water, lipids, protein, DNA, and cytochromes. Artificial chromophores are introduced into the tissue from the outside. Artificial chromophores can be, for example, solutions of dyes, suspensions of pigments, nanoparticles. These chromophores can be localized both inside and outside the cells to be exposed in accordance with the objectives of photo processing.

В качестве источников светового излучения по настоящему изобретению могут быть использованы различные типы когерентных и некогерентных излучателей: лазеров, светоизлучающих диодов и ламп видимого и инфракрасного диапазонов. Выбор того или иного типа светового источника обусловлен длиной или диапазоном длин волн, соответствующим хромофорам биоткани, длительностью импульсов и мощностью, необходимыми для достижения результатов фотообработки за счет апоптоза. Могут быть использованы такие лазеры, как, например, аргоновые (515 нм), калий-титан-фосфатные КТР (532 нм), на красителях (575-610 нм), рубиновые (694 нм), александритовые (755 нм), диодные (810-1050 нм), неодимовые (1064 нм), гольмиевые (2100 нм) и другие известные типы лазеров непрерывной, свободной генерации и модулированной добротности. Лампы, в отличие от лазеров, являются широкополосными источниками света. Необходимый диапазон длин волн может быть получен фильтрацией светового излучения ксеноновых, ртутных, галогенных и других известных типов ламп, способных после фильтрации обеспечить необходимые энергетические характеристики светового излучения. Могут быть использованы одиночные, точечные источники, а также линейки и матрицы из них.As sources of light radiation of the present invention, various types of coherent and incoherent emitters can be used: lasers, light emitting diodes, and visible and infrared lamps. The choice of this or that type of light source is determined by the length or range of wavelengths corresponding to the chromophores of the biological tissue, the duration of the pulses and the power necessary to achieve the results of photoprocessing due to apoptosis. Such lasers as, for example, argon (515 nm), potassium-titanium phosphate KTP (532 nm), dye (575-610 nm), ruby (694 nm), alexandrite (755 nm), diode (can be used) can be used. 810-1050 nm), neodymium (1064 nm), holmium (2100 nm) and other known types of lasers of continuous, free generation and Q-switched. Lamps, unlike lasers, are broadband light sources. The necessary wavelength range can be obtained by filtering the light radiation of xenon, mercury, halogen, and other known types of lamps, which after filtering can provide the necessary energy characteristics of light radiation. Single, point sources, as well as rulers and matrices from them, can be used.

Фотообработка с использованием индуцированного апоптоза клеток части живой биоткани может сопровождаться стимулированной биологической активностью других компонентов этой части биоткани через обусловленную апоптозом экспрессию цитокинов, таких, например, как TGF-β, PDGF, FGF, IL-1β, TNF-α. Раскрываемый способ фотообработки с индуцированием апоптоза может быть использован для различных целей, включающих эпиляцию и ингибирование роста нежелательных волос, ремоделирование кожи, сосудов, костной и хрящевой ткани, удаление сосудистых дефектов, контроль рубцевания, в т.ч. ингибирование роста гипертрофических рубцов и келоидов, удаление жировой ткани и сальных желез при акне, удаление новообразований кожи, в т.ч. обусловленных дисбалансом в апоптозе и пролиферации клеток, в т.ч. за счет апоптоза васкулярных клеток кровеносных сосудов, питающих эти новообразования. Настоящее изобретение может применяться при обработке тканей растительного происхождения и микроорганизмов, культур клеток живой биоткани, в том числе в сканирующей лазерной микроскопии.Photoprocessing using induced apoptosis of cells of a part of a living biological tissue may be accompanied by stimulated biological activity of other components of this part of a biological tissue through apoptotic expression of cytokines, such as, for example, TGF-β, PDGF, FGF, IL-1β, TNF-α. The disclosed photoprocessing method with the induction of apoptosis can be used for various purposes, including hair removal and growth inhibition of unwanted hair, remodeling of the skin, blood vessels, bone and cartilage, removal of vascular defects, control of scarring, including inhibition of the growth of hypertrophic scars and keloids, removal of adipose tissue and sebaceous glands with acne, removal of skin neoplasms, including caused by an imbalance in apoptosis and cell proliferation, including due to apoptosis of the vascular cells of the blood vessels that feed these neoplasms. The present invention can be applied to the processing of tissues of plant origin and microorganisms, cell cultures of living biological tissues, including in scanning laser microscopy.

Отличие способа по настоящему изобретению от способов, основанных на селективной фотодеструкции, состоит в возможности достижения клинически результативной «мягкой» атравматичной модификации, в том числе удаления, определенной части биоткани без характерной для ранее известных способов воспалительной реакции и обусловленных этой реакцией побочных эффектов и осложнений. Отсутствие осложнений и побочных эффектов также снижает совокупную стоимость лечения, в т.ч. за счет экономии потерь рабочего времени работоспособными пациентами. Поскольку для светового индуцирования апоптоза требуется на 10-90% меньше световой энергии, чем при фотодеструкции, а следовательно, мощность световых источников и затраты на их производство будут ниже, то снижается стоимость оборудования, расходы на его эксплуатацию и, соответственно, стоимость лечения.The difference of the method of the present invention from methods based on selective photodestruction consists in the possibility of achieving a clinically effective “soft” atraumatic modification, including the removal of a certain part of the biological tissue without the inflammatory reaction characteristic of previously known methods and the side effects and complications caused by this reaction. The absence of complications and side effects also reduces the total cost of treatment, including due to the saving of losses of working time by working patients. Since light induction of apoptosis requires 10-90% less light energy than with photodestruction, and therefore, the power of light sources and the cost of their production will be lower, the cost of equipment, the cost of its operation and, accordingly, the cost of treatment are reduced.

Примеры осуществления изобретенияExamples of carrying out the invention

Нижеприведенные примеры не носят ограничительного характера, а предназначены для демонстрации выполнения изобретения.The following examples are not restrictive, but are intended to demonstrate the implementation of the invention.

Пример 1. Ингибирование роста, в т.ч. удаление нежелательных волосExample 1. Inhibition of growth, including unwanted hair removal

Апоптоз является центральным элементом, определяющим цикличность в эволюции фолликула, поскольку запрограммированно запускается в определенное время роста, перебрасывая фолликул из фазы роста в стадию покоя. В соответствии с настоящим изобретением посредством неповреждающего «мягкого» внешнего светового воздействия может быть индуцирован апоптоз жизненно значимых клеток фолликула, включающих кератиноциты эпителия и васкулярные клетки питающих микрососудов, приводящий к атрофии фолликула или, по крайней мере, преждевременной регрессии анагенного фолликула в стадию катагена. Преждевременное с точки зрения нормального развития фолликула и управляемое циклическое переключение анагенного фолликула в стадию катагена позволяет ингибировать развитие фолликула, что соответствует целям контроля за ростом нежелательных волос. В отличие от известных способов фотоэпиляции за счет деструкции, в настоящем изобретении удаление жизненно значимых клеток и субструктур происходит за счет их физиологически естественной атравматичной гибели.Apoptosis is the central element that determines the cyclicality in the evolution of the follicle, since it is programmed to start at a certain time of growth, transferring the follicle from the growth phase to the resting stage. In accordance with the present invention, apoptosis of vital follicle cells including keratinocytes of the epithelium and vascular cells of the microvasculature supplying atrophy of the follicle or at least premature regression of the anagen follicle to the stage of catagen can be induced by non-damaging “soft” external light exposure. Premature from the point of view of the normal development of the follicle and controlled cyclic switching of the anagen follicle to the catagen stage allows one to inhibit the development of the follicle, which is consistent with the purpose of controlling the growth of unwanted hair. In contrast to the known methods of photoepilation due to destruction, in the present invention, the removal of vital cells and substructures occurs due to their physiologically natural atraumatic death.

Был собран макет устройства, состоящий из головки, включающей низковольтную 15 В/10 А кварцевую галогенную лампу (OSRAM), интегрированную в эллипсоидальный рефлектор, покрытый отражающей золотой пленкой и фокусирующий световое излучение через тонкую кварцевую пластину. Между этой кварцевой пластиной и лампой устанавливались фильтры, отсекающие коротковолновую и длинноволновую части спектра таким образом, чтобы обеспечить спектральную полосу от 500 нм до 1200 нм, в которой поглощение основного хромофора фолликула - меланина волосяного стержня максимально. Управление лампой обеспечивалось источником питания и таймером для установки длительности импульса от 0,5 до 3 с. Облучение производилось на фронтальной части голени с типом кожи II-III по Фицпатрику и цветом волос от коричневого до пепельно-коричневого с плотностью волос 13 шт/см2. За несколько минут до облучения выбривался участок площадью 20 см × 4,5 см таким образом, чтобы волосы выступали на 0,5-1 мм над поверхностью кожи. Облучению подвергался участок 16 см × 4,5 см. Остальной участок (4 см × 4,5 см) не подвергался фотообработке и служил для контроля. Облучаемый участок, в свою очередь, был поделен на 4 квадранта размером 4 см × 4,5 см. На двух соседних квадрантах производилось однократное облучение, на третьем - двукратное, на четвертом - трехкратное. Промежуток времени между последующими многократными облучениями был выбран 1 месяц. Непосредственно до облучения кожа размечалась красным маркером и увлажнялась водой. Головка при облучении плотно прикладывалась кварцевой пластиной на поверхность кожи с небольшим давлением. Для уточнения необходимых параметров светового излучения производились пробные облучения. Показателем ограничения энергии служил признак термоповреждения фолликула - перифолликулярная эдема и выпадение волосяного стержня с внутренней оболочкой фолликула при легком вытягивании пинцетом сразу после облучения.A device layout was assembled, consisting of a head including a low-voltage 15 V / 10 A quartz halogen lamp (OSRAM) integrated into an ellipsoidal reflector coated with a reflective gold film and focusing light radiation through a thin quartz plate. Between this quartz plate and the lamp, filters were installed that cut off the short-wave and long-wave parts of the spectrum in such a way as to provide a spectral band from 500 nm to 1200 nm, in which the absorption of the main chromophore of the follicle - the hair shaft melanin is maximal. The lamp was controlled by a power source and a timer for setting the pulse duration from 0.5 to 3 s. Irradiation was carried out on the front of the leg with a skin type of II-III according to Fitzpatrick and a hair color from brown to ashen-brown with a hair density of 13 pcs / cm 2 . A few minutes before irradiation, a 20 cm × 4.5 cm area was shaved so that the hair protruded 0.5-1 mm above the skin surface. A section of 16 cm × 4.5 cm was irradiated. The rest of the section (4 cm × 4.5 cm) was not subjected to photo processing and served as a control. The irradiated area, in turn, was divided into 4 quadrants 4 cm × 4.5 cm in size. A single irradiation was carried out on two adjacent quadrants, twice on the third, and three times on the fourth. The time interval between subsequent multiple exposures was 1 month. Immediately prior to irradiation, the skin was marked with a red marker and moistened with water. During irradiation, the head was tightly applied by a quartz plate to the skin surface with a slight pressure. To clarify the necessary parameters of light radiation, test irradiations were performed. An indicator of energy restriction was a sign of thermal damage to the follicle - perifollicular edema and loss of the hair shaft with the inner shell of the follicle with a light pull with tweezers immediately after irradiation.

На одном из квадрантов, предназначенных для однократного облучения, плотность энергии и время экспозиции устанавливались таким образом, чтобы получить перифолликулярную эдему, т.е. термоповреждение фолликула сразу после облучения. Для данного типа волос и данного участка кожи пороговая плотность мощности, при которой проявлялся перифолликулярный отек, составила около 40 Вт/см2 при длительности импульса 1 с. На остальных участках прооизводилось облучение с плотностью мощности, меньшей на 25% при той же длительности импульсов, т.е. 30 Вт/см2, в соответствии с Фиг.2 и Табл.2. После установки необходимых параметров светового излучения весь участок кожи подвергался однократному облучению.On one of the quadrants intended for a single exposure, the energy density and exposure time were set so as to obtain a perifollicular edema, i.e. thermal damage to the follicle immediately after irradiation. For this type of hair and this skin area, the threshold power density at which perifollicular edema manifested was about 40 W / cm 2 with a pulse duration of 1 s. In the remaining areas, irradiation was performed with a power density lower by 25% for the same pulse duration, i.e. 30 W / cm 2 , in accordance with Figure 2 and Table 2. After setting the necessary parameters of light radiation, the entire skin area was exposed to a single exposure.

Через несколько дней выявилось слабое пруриго на облученном участке. Волосы на облученном и контрольном участке стали появляться одновременно. Однако через 1,5-2 недели стало наблюдаться массовое выпадение волос на облученном участке и разница между контрольным и облученным участками стала визуально очевидной. Выпадающие волосы были лишены луковиц и их появление на поверхности было обусловлено не столько ростом, сколько вытеснением волосяных «пеньков» из сокращающихся фолликулов. Через 4 недели на контрольном участке выросло до 60% волос, в то время как на облученных участках выросло менее 20% волос. С течением времени эта разница сократилась, но к 18 неделе стабилизировалась на уровне 100% и 80% соответственно. К 28 неделе, т.е. по прошествии 6 месяцев после фотообработки, существенных изменений между контролем и обработанным участком не наблюдалось. Если учесть, что цикл роста волос на голени составляет в среднем от 3 до 6 месяцев, то можно сделать вывод, что 20% фолликулов погибло или, по крайней мере, их активность была остановлена на долгое время. Если далее учесть, что из всех волос на голени в любой момент времени около 20% находится в анагене, то можно сделать также вывод о том, что эти погибшие или остановленные фолликулы являлись анагенными. Плотность вновь растущих волос через 5 месяцев после двукратного облучения снизилась до 60%, через 4 месяца после трехкратного облучения - до 50%, через 3 месяца после четырехкратного - до 40%.A few days later a weak prurigo was revealed in the irradiated area. Hair on the irradiated and control area began to appear simultaneously. However, after 1.5-2 weeks, mass hair loss began to be observed in the irradiated area and the difference between the control and irradiated areas became visually obvious. The falling hair was deprived of bulbs and their appearance on the surface was caused not so much by growth as by the displacement of hair “stumps” from shrinking follicles. After 4 weeks, up to 60% of hair grew in the control plot, while less than 20% of hair grew in the irradiated areas. Over time, this difference decreased, but by week 18 it stabilized at 100% and 80%, respectively. By week 28, i.e. after 6 months after photo-processing, no significant changes between the control and the treated area were observed. Considering that the cycle of hair growth on the lower leg is on average from 3 to 6 months, it can be concluded that 20% of the follicles died or, at least, their activity was stopped for a long time. If we further take into account that of all the hair on the lower leg at any time, about 20% is in the anagen, we can also conclude that these dead or stopped follicles were anagenic. The density of newly growing hair 5 months after double exposure decreased to 60%, 4 months after triple exposure - up to 50%, 3 months after four - up to 40%.

Был также использован диодный лазер с длиной волны 810 нм, мощностью до 90 Вт, длительностью импульсов от 0,1 с до 1 с и диаметром светового пятна 5 мм, обеспечивающим максимальную плотность мощности до 450 Вт/см2.A diode laser with a wavelength of 810 nm, a power of up to 90 W, a pulse duration of 0.1 s to 1 s and a diameter of the light spot of 5 mm, providing a maximum power density of up to 450 W / cm 2 was also used .

За несколько минут до облучения выбривался участок площадью 22 см × 4 см с плотностью волос 13 шт/см2 таким образом, чтобы волосы выступали на 0,5-1 мм над поверхностью кожи. Облучению подвергался участок 20 см × 4 см. Остальной участок (2 см × 4 см) не подвергался фотообработке и служил для контроля. Облучаемый участок, в свою очередь, был поделен на 10 квадрантов размером 4 см × 2 см. Средний диаметр волос составлял около 70 микрон, с расчетным временем термической релаксации фолликулов около 0,1 секунды. Облучение производилось через нанесенный на кожу предварительно охлажденный оптически прозрачный гель (обычно используемый при УЗ сканировании).A few minutes before the irradiation, a 22 cm x 4 cm area with a hair density of 13 pcs / cm 2 was shaved so that the hair protruded 0.5-1 mm above the skin surface. A section of 20 cm × 4 cm was irradiated. The rest of the section (2 cm × 4 cm) was not subjected to photo processing and served as a control. The irradiated area, in turn, was divided into 10 quadrants with a size of 4 cm × 2 cm. The average hair diameter was about 70 microns, with an estimated follicle thermal relaxation time of about 0.1 second. Irradiation was carried out through a precooled, precooled, optically transparent gel (usually used for ultrasound scanning) applied to the skin.

Пороговая плотность мощности, при которой проявлялся перифолликулярный отек составил около 60 Вт/см2 при длительности импульса 1 с. На 5 из 10 квадрантов производилось однократное облучение с плотностью мощности 60 Вт/см2, 50 Вт/см2, 45 Вт/см2, 40 Вт/см2 и 35 Вт/см2 при фиксированной длительности импульсов 1 с. На остальных 5 квадрантах производилось однократное облучение с длительностью импульсов 1 с, 0,9 с, 0,7 с, 0,4 с, 0,1 с, при фиксированной плотностью мощности 60 Вт/см2.The threshold power density at which peripheral edema manifested was about 60 W / cm 2 with a pulse duration of 1 s. For 5 out of 10 quadrants, a single exposure was performed with a power density of 60 W / cm 2 , 50 W / cm 2 , 45 W / cm 2 , 40 W / cm 2 and 35 W / cm 2 with a fixed pulse duration of 1 s. In the remaining 5 quadrants, a single exposure was performed with a pulse duration of 1 s, 0.9 s, 0.7 s, 0.4 s, 0.1 s, with a fixed power density of 60 W / cm 2 .

Снижение плотности мощности ниже 40 Дж/см2 и длительности импульсов ниже 0,4 с оказалось клинически значимым с точки зрения плотности вновь растущих волос, которая приближалась к контрольной.The decrease in power density below 40 J / cm 2 and pulse durations below 0.4 s was clinically significant in terms of the density of newly growing hair, which was close to the control.

Заданный эффект по показателю достоверности отличия от контроля наблюдался в диапазоне длин волн от 500 нм до 1200 нм при значениях плотности мощности от 80% вплоть до 70% и длительности импульсов от 80% вплоть до 50% от деструктивных значений плотности мощности и длительности импульсов соответственно.The desired effect in terms of the significance of differences from control was observed in the wavelength range from 500 nm to 1200 nm with power densities from 80% up to 70% and pulse durations from 80% up to 50% from destructive values of power density and pulse durations, respectively.

Пример 2. Удаление сосудистых дефектов кожиExample 2. Removal of vascular skin defects

Апоптоз васкулярных клеток, т.е. клеток эндотелия и гладких мышц сосудов, сопровождается усилением проадгезивных и коагулятивных свойств, приводящих к образованию тромба сосудов. В соответствии с настоящим изобретением посредством неповреждающего «мягкого» внешнего светового воздействия может быть индуцирован апоптоз васкулярных клеток, приводящий к тромбозу и атрофии сосудов васкулярных патологий, таких, например, как телеангиэктазии, ангиомы, гемангиомы. В отличие от известных способов фотокоагуляции, в настоящем изобретении удаление сосудистых дефектов происходит атравматично.Apoptosis of vascular cells, i.e. endothelial cells and vascular smooth muscle, is accompanied by an increase in pro-adhesive and coagulative properties, leading to the formation of a blood clot. In accordance with the present invention, apoptosis of vascular cells can be induced by non-damaging “soft” external light, leading to thrombosis and vascular atrophy of vascular pathologies, such as, for example, telangiectasias, angiomas, hemangiomas. Unlike the known photocoagulation methods, in the present invention, the removal of vascular defects is atraumatic.

В макете светового устройства, описанного в вышеупомянутом примере, был установлен фильтр для обеспечения спектральной полосы от 500 нм до 1200 нм, в которой достаточно сильно поглощают гемоглобины и вода - основные хромофоры в крови кровеносных сосудов.In the model of the lighting device described in the above example, a filter was installed to provide a spectral band from 500 nm to 1200 nm, in which hemoglobins and water, the main chromophores in the blood of blood vessels, are absorbed quite strongly.

Облучение производилось на участке лица с кожей типа II÷III по Фицпатрику размером 5 см × 10 см с телеангиоэктазией на щеке в виде сосудов диаметром около 0,5 мм с расчетным временем термической релаксации около 0,5-1 с. Непосредственно до облучения кожа увлажнялась водой. Головка источника света при облучении прикладывалась кварцевой пластиной к коже без давления. Ограничителем потока мощности и длительности экспозиции служили визуальное осветление сосудов, эритема и эдема вдоль сосудов сразу после пробного облучения. Длительность импульсов при этом пробном облучении составила 1 с при плотности мощности в световом пятне около 40 Вт/см2.Irradiation was carried out on a face area with type II ÷ III skin according to Fitzpatrick measuring 5 cm × 10 cm with telangiectasia on the cheek in the form of vessels with a diameter of about 0.5 mm with an estimated thermal relaxation time of about 0.5-1 s. Immediately prior to irradiation, the skin was moisturized with water. The head of the light source during irradiation was applied by a quartz plate to the skin without pressure. A limitation of the power flow and exposure duration was the visual clarification of blood vessels, erythema and edema along the vessels immediately after the trial exposure. The pulse duration in this test irradiation was 1 s at a power density in the light spot of about 40 W / cm 2 .

Плотность мощности и длительность импульсов были снижены до 40 Вт/см2 при 0,6 с и 28 Вт/см2 при 1 с. Первые признаки визуального осветления и исчезновения сосудов стали заметны через 10 дней после облучения.The power density and pulse duration were reduced to 40 W / cm 2 at 0.6 s and 28 W / cm 2 at 1 s. The first signs of visual clarification and the disappearance of blood vessels became noticeable 10 days after irradiation.

Был также использован диодный лазер с длиной волны 810 нм, плотностью мощности 140 Вт/см2 и 100 Вт/см2, при длительности импульсов 0,3 с и 0,5 с соответственно.A diode laser was also used with a wavelength of 810 nm, a power density of 140 W / cm 2 and 100 W / cm 2 , with pulse durations of 0.3 s and 0.5 s, respectively.

Заданный эффект по показателю достоверности отличия от контроля наблюдался в диапазоне длин волн от 500 нм до 1200 нм при значениях плотности мощности от 80% вплоть до 70% и длительности импульсов от 80% вплоть до 65% от деструктивных значений плотности мощности и длительности импульсов соответственно.The desired effect in terms of the significance of differences from the control was observed in the wavelength range from 500 nm to 1200 nm with power densities from 80% up to 70% and pulse durations from 80% up to 65% of destructive values of power density and pulse duration, respectively.

Пример 3. Удаление пигментных пятенExample 3. Removal of age spots

Пигментные пятна характеризуются избыточным содержанием меланина в виде меланосом в кератиноцитах и меланоцитах, обусловленным либо избыточным производством меланина меланоцитами (например, солнечное лентиго, веснушки, кофейные макулы), либо избыточной пролиферацией меланоцитов (например, невусы Оты, монгольские пятна). В соответствии с настоящим изобретением, посредством неповреждающего «мягкого» внешнего светового воздействия может быть индуцирован апоптоз избыточных меланосомосодержащих меланоцитов и кератиноцитов, приводящий к осветлению и редукции пигментации, вплоть удаления пигментного пятна. В отличие от известных способов фотодеструкции пигментных пятен, в настоящем изобретении их удаление происходит атравматично.Pigment spots are characterized by an excess of melanin in the form of melanosomes in keratinocytes and melanocytes, caused either by excessive production of melanin by melanocytes (e.g., solar lentigo, freckles, coffee macula), or by excessive proliferation of melanocytes (e.g., Ota nevi, Mongolian spots). In accordance with the present invention, apoptosis of excess melanosome-containing melanocytes and keratinocytes can be induced by non-damaging “soft” external light exposure, leading to lightening and reduction of pigmentation, up to the removal of the age spots. Unlike the known methods of photodegradation of age spots, in the present invention, their removal occurs atraumatically.

В качестве источника светового излучения использовался неодимовый лазер с модулированной добротностью и удвоением частоты с длительностью импульсов 10 наносекунд и длиной волны 532 нм, на которой сильно поглощает меланин - основной хромофор пигментных пятен, содержащийся в меланосомах, размер и расчетное время термической релаксации которых составляет около 1 микрона и 0,5-1 микросекунда соответственно. Облучение производилось на коже типа II-III по Фицпатрику с солнечными лентиго на спине. Ограничителем потока мощности и длительности экспозиции служила эдема и эритема в области пигментного пятна сразу после пробного облучения. Поток мощности при этом пробном облучении составил 500 МВт/см2 при длительности импульсов 10 наносекунд. Плотность мощности была снижена до 450 Вт/см2 при той же длительности импульсов. Облучение проводилось последовательными сеансами через 30 дней каждый. Показатель пигментации пятна измерялся аппаратом Mexameter (Courage + Khazaka electronic, Германия). Первые признаки осветления стали заметны через 10 дней после второго сеанса.A neodymium laser with a Q-factor and frequency doubling with a pulse duration of 10 nanoseconds and a wavelength of 532 nm, on which melanin is highly absorbed, is the main source of light radiation, which is the main chromophore of pigment spots contained in melanosomes, the size and estimated thermal relaxation of which is about 1 microns and 0.5-1 microseconds, respectively. Irradiation was carried out on skin of type II-III according to Fitzpatrick with solar lentigo on the back. Edema and erythema in the area of the pigment spot immediately after the test irradiation served as a limiter to the power flux and exposure duration. The power flow during this test irradiation was 500 MW / cm 2 with a pulse duration of 10 nanoseconds. The power density was reduced to 450 W / cm 2 at the same pulse duration. Irradiation was carried out in successive sessions after 30 days each. The pigmentation index of the spot was measured with a Mexameter (Courage + Khazaka electronic, Germany). The first signs of lightening became noticeable 10 days after the second session.

В вышеприведенном примере пигментное пятно рассматривалось как совокупность термически не связанных друг с другом поглощающих частей биоткани в виде одиночных меланосомосодержащих клеток. При допустимо изотропном распределении меланина и длительностях импульсов, превышающих характерное время диффузии тепла от одной меланосомосодержащей клетки к другой, следует рассматривать пигментное пятно как единую часть биоткани с определенной толщиной и соответствующим временем термической релаксации. В этом случае может быть включен механизм апоптоза других клеток, в том числе васкулярных, локализованных между меланиносодержащими клетками, приводящий к ремоделированию ткани в целом. Данный подход может быть, в принципе, обобщен и на другие подобные случаи соотношения длительности импульсов и характерного времени термодиффузии между поглощающими центрами. С этой точки зрения был использован диодный лазер с длиной волны 810 нм, на которой меланин поглощает слабее, чем на 532 нм, но достаточно сильно для проявления фототермического эффекта. Толщина лентиго не превышала 20 микрон с расчетным временем термической релаксации около 0,01 секунды. Были получены результаты, аналогичные вышеизложенным, при пороговых для деструкции плотности мощности около 150 Вт/см2 при длительности импульсов 0,02 с, далее сниженных до 150 Вт/см2 при 0,015 с и 120 Вт/см2 при 0,02 с.In the above example, a pigment spot was considered as a set of thermally unrelated absorbing parts of biological tissue in the form of single melanosome-containing cells. With a permissible isotropic distribution of melanin and pulse durations exceeding the characteristic time of heat diffusion from one melanosome-containing cell to another, a pigment spot should be considered as a single part of the biological tissue with a certain thickness and the corresponding thermal relaxation time. In this case, the mechanism of apoptosis of other cells, including vascular cells localized between melanin-containing cells, can lead to remodeling of the tissue as a whole. This approach can, in principle, be generalized to other similar cases of the ratio of the pulse duration and the characteristic thermal diffusion time between the absorbing centers. From this point of view, a diode laser with a wavelength of 810 nm was used, at which melanin absorbs less than 532 nm, but strong enough for the photothermal effect to manifest. The thickness of the lentigo did not exceed 20 microns with an estimated thermal relaxation time of about 0.01 second. Results similar to those described above were obtained with thresholds for the destruction of power density of about 150 W / cm 2 at a pulse duration of 0.02 s, then reduced to 150 W / cm 2 at 0.015 s and 120 W / cm 2 at 0.02 s.

Заданный эффект по показателю достоверности отличия от контроля наблюдался в диапазоне длин волн от 500 нм до 900 нм при значениях плотности мощности от 90% вплоть до 70% и длительности импульсов от 90% вплоть до 70% от деструктивных значений плотности мощности и длительности импульсов соответственно.The desired effect in terms of the significance of difference from control was observed in the wavelength range from 500 nm to 900 nm with power densities from 90% up to 70% and pulse durations from 90% up to 70% from destructive values of power density and pulse durations, respectively.

Пример 4. Ремоделирование кожи при преждевременном старенииExample 4. Skin remodeling in premature aging

Преждевременное старение кожи обусловлено воздействием ультрафиолетового излучения и других вредных факторов и характеризуется рядом показателей, в том числе преждевременными морщинами и потерей упругости из-за разрушения коллагеновых волокон дермы, неоднородностями пигментации эпидермиса, телеангиэктазией. В соответствии с настоящим изобретением посредством неповреждающего «мягкого» внешнего светового воздействия может быть индуцирован апоптоз кератиноцитов эпидермиса и васкулярных клеток субсосочковой васкулатуры дермы в области базального слоя. Апоптоз кератиноцитов и васкулярных клеток сопровождается экспрессией цитокинов, активирующих фибробласты к коллагеногенезу, ремоделированию матрицы, неоваскуляризации в области верхней дермы и ремоделированию эпидермиса. В отличие от известных способов фотодеструкции пигментных пятен, в настоящем изобретении их удаление происходит атравматично.Premature aging of the skin due to exposure to ultraviolet radiation and other harmful factors and is characterized by a number of indicators, including premature wrinkles and loss of elasticity due to destruction of collagen fibers of the dermis, heterogeneity of pigmentation of the epidermis, and telangiectasia. In accordance with the present invention, apoptosis of epidermal keratinocytes and vascular cells of the papillary dermal vasculature of the dermis in the region of the basal layer can be induced by a non-damaging “soft” external light exposure. Apoptosis of keratinocytes and vascular cells is accompanied by the expression of cytokines that activate fibroblasts to collagenogenesis, matrix remodeling, neovascularization in the upper dermis and epidermal remodeling. Unlike the known methods of photodegradation of age spots, in the present invention, their removal occurs atraumatically.

Фотообработке подвергался участок фотоповрежденной кожи типа II по Фицпатрику размером 50 мм × 50 мм на лице. Фотообработка проводилась в несколько сеансов с промежутком времени в 2 недели.A Fitzpatrick type II 50 mm × 50 mm face area was subjected to photoprocessing. Photo processing was carried out in several sessions with a time interval of 2 weeks.

Субсосочковая васкулатура дермы и базальные кератиноциты эпидермиса рассматривались либо как совокупность термически не связанных друг с другом одиночных поглощающих кератиноцитов и микрососудов размером порядка 10 микрометров с расчетным временем термической релаксации около 1 мс, либо как единая часть биоткани толщиной около 150-200 мкм с расчетным временем термической релаксации около 500-800 мс, значительно превышающим характерное время термодиффузии от одного кератиноцита к другому и от одного микрососуда к другому. Соответственно выбирались источники светового излучения.The dermal subsapillary vasculature and epidermal basal keratinocytes were considered either as a set of thermally unrelated single absorbing keratinocytes and microvessels of about 10 micrometers in size with an estimated thermal relaxation time of about 1 ms, or as a single part of a biological tissue about 150-200 microns thick with an estimated thermal time relaxation of about 500-800 ms, significantly exceeding the characteristic time of thermal diffusion from one keratinocyte to another and from one microvessel to another. Accordingly, light sources were selected.

Был использован КТР-лазер с длиной волны 532 нм, на которой сильно поглощает гемоглобин и меланин - основные хромофоры васкулатуры и базальных кератиноцитов на этой длине волны. Непосредственно до облучения кожа увлажнялась водой. Ограничителем потока мощности и длительности экспозиции служила эдема и эритема кожи сразу после пробного облучения. Плотности мощности при этом пробном облучении составила около 4000 Вт/см2 при длительности импульсов 2 мс. Плотность мощности и длительность импульсов были снижены до 3200 Вт/см2 при 2 мс и 4000 Вт/см2 при 1,5 мс. Упругость кожи и профиль морщин дополнительно контролировались аппаратами Cutometer и Visioscan (Courage + Khazaka, Германия). Первые признаки в улучшении текстуры и пигментации кожи стали заметны после третьего сеанса облучения. Аналогичные результаты наблюдались при использовании в качестве источника светового излучения макета светового устройства, описанного в вышеупомянутых примерах, в котором был установлен фильтр для обеспечения спектральной полосы от 500 нм до 2500 нм, в которой достаточно сильно поглощает гемоглобин, меланин и вода. Длительность импульсов при пробном облучении составила 1 с при плотности мощности в световом пятне около 15 Вт/см2. Плотность мощности и длительность импульсов были снижены до 10 Вт/см2 при 1 с и 15 Вт/см2 при 0,7 с.We used a KTP laser with a wavelength of 532 nm, which strongly absorbs hemoglobin and melanin - the main chromophores of vasculature and basal keratinocytes at this wavelength. Immediately prior to irradiation, the skin was moisturized with water. Edema and erythema of the skin immediately after trial exposure served as a limiter to the power flow and exposure duration. The power density in this test irradiation was about 4000 W / cm 2 with a pulse duration of 2 ms. The power density and pulse duration were reduced to 3200 W / cm 2 at 2 ms and 4000 W / cm 2 at 1.5 ms. The skin elasticity and wrinkle profile were additionally controlled by Cutometer and Visioscan (Courage + Khazaka, Germany). The first signs in improving the texture and pigmentation of the skin became noticeable after the third radiation session. Similar results were observed when using as a source of light radiation the layout of the light device described in the above examples, in which a filter was installed to provide a spectral band from 500 nm to 2500 nm, in which it absorbs hemoglobin, melanin and water quite strongly. The duration of the pulses during the test irradiation was 1 s at a power density in the light spot of about 15 W / cm 2 . The power density and pulse duration were reduced to 10 W / cm 2 at 1 s and 15 W / cm 2 at 0.7 s.

Заданный эффект по показателю достоверности отличия от контроля наблюдался в диапазоне длин волн от 500 нм до 2500 нм при значениях плотности мощности от 80% вплоть до 45% и длительности импульсов от 80% вплоть до 10% от деструктивных значений плотности мощности и длительности импульсов соответственно.The desired effect in terms of the significance of difference from control was observed in the wavelength range from 500 nm to 2500 nm with values of power density from 80% up to 45% and pulse durations from 80% up to 10% of destructive values of power density and pulse duration, respectively.

Пример 5. Редукция, в т.ч. удаление сальных желез при акнеExample 5. Reduction, including removal of sebaceous glands with acne

Сальные железы при акне характеризуются увеличенным размером и усиленной секрецией кожного жира, приводящей к разрыву волосяного фолликула и воспалению. В соответствии с настоящим изобретением посредством неповреждающего «мягкого» внешнего светового воздействия может быть индуцирован апоптоз себоцитов и васкулярных клеток сальной железы, приводящий к редукции секреции кожного жира и ремоделированию нормальной ткани. В отличие от известных способов фотокоагуляции сальных желез при акне, в настоящем изобретении удаление сосудистых дефектов происходит атравматично.Sebaceous glands with acne are characterized by an increased size and increased secretion of sebum, leading to rupture of the hair follicle and inflammation. In accordance with the present invention, apoptosis of sebocytes and vascular cells of the sebaceous gland can be induced by non-damaging “soft” external light exposure, leading to a reduction in sebum secretion and remodeling of normal tissue. In contrast to the known methods of photocoagulation of the sebaceous glands with acne, in the present invention, the removal of vascular defects is atraumatic.

В качестве источника светового излучения использовался диодный лазер с длиной волны 920 нм, на которой достаточно сильно поглощают липиды - основные хромофоры сальных желез акне.A diode laser with a wavelength of 920 nm was used as a source of light radiation, on which lipids — the main chromophores of the sebaceous glands of acne — absorb strongly enough.

Облучение производилось на коже типа II-III по Фицпатрику с акне на спине диаметром около 0,3 мм с расчетным временем термической релаксации около 0,5 с. Непосредственно до облучения кожа увлажнялась водой. Ограничителем потока мощности и длительности импульсов служила эдема и эритема кожи в области акне сразу после пробного облучения. Длительность импульсов при этом пробном облучении составила 0,5 с при плотности мощности в световом пятне около 80 Вт/см2.Irradiation was performed on type II-III skin according to Fitzpatrick with acne on the back with a diameter of about 0.3 mm with an estimated thermal relaxation time of about 0.5 s. Immediately prior to irradiation, the skin was moisturized with water. Edema and erythema of the skin in the acne area immediately after the trial exposure served as a limiter to the power flow and pulse duration. The pulse duration in this test irradiation was 0.5 s with a power density in the light spot of about 80 W / cm 2 .

Плотность мощности и длительность импульсов были снижены до 80 Вт/см2 при 0,3 с и 60 Вт/см2 при 1 с. Первые признаки визуального исчезновения акне стали заметны через 7 дней после облучения.The power density and pulse duration were reduced to 80 W / cm 2 at 0.3 s and 60 W / cm 2 at 1 s. The first signs of visual acne disappearance became noticeable 7 days after exposure.

Аналогичные результаты были получены с использованием макета светового устройства, описанного в вышеупомянутом примерах, в котором был установлен фильтр для обеспечения спектральной полосы 500-1800 нм поглощения гемоглобина/оксигемоглобина и липидов. Плотность мощности и длительность импульсов составляли 30 Вт/см2, 20 Вт/см2 и 1 с, 1,5 с соответственно.Similar results were obtained using the layout of the lighting device described in the above examples, in which a filter was installed to provide a spectral band of 500-1800 nm absorption of hemoglobin / oxyhemoglobin and lipids. The power density and pulse duration were 30 W / cm 2 , 20 W / cm 2 and 1 s, 1.5 s, respectively.

Заданный эффект по показателю достоверности отличия от контроля наблюдался в диапазоне длин волн от 500 нм до 1800 нм при значениях плотности мощности от 80% вплоть до 45% и длительности импульсов от 80% вплоть до 35% от деструктивных значений плотности мощности и длительности импульсов соответственно.The desired effect in terms of the significance of difference from control was observed in the wavelength range from 500 nm to 1800 nm with values of power density from 80% up to 45% and pulse durations from 80% up to 35% of destructive values of power density and pulse duration, respectively.

Пример 6. Удаление новообразованийExample 6. Removal of neoplasms

Рост новообразований при размерах более 1-2 мм3 сопровождается интенсивной неоваскуляризацией по периферии и внутри этих новообразований. Васкулатура новообразования обеспечивает его необходимое питание и представляет собой преимущественно хаотическое переплетение сосудов с плотностью, превышающей от нескольких единиц до нескольких десятков раз плотность сосудов в нормальной ткани. В соответствии с настоящим изобретением посредством неповреждающего «мягкого» внешнего светового воздействия может быть индуцирован апоптоз васкулярных клеток сосудов новообразования, например бородавки, папилломы, карциномы, псориатической бляшки, приводящий к тромбозу и атрофии этих сосудов с последующей атрофией самого новообразования и ремоделированием нормальной ткани. В случае пигментированных новообразований может быть использовано поглощение в меланине. В отличие от известных способов фотодеструкции, в настоящем изобретении удаление новообразований происходит атравматично.The growth of neoplasms with sizes greater than 1-2 mm 3 is accompanied by intense neovascularization along the periphery and within these neoplasms. The neoplasm vasculature provides its necessary nutrition and is mainly a chaotic interweaving of vessels with a density exceeding from several units to several tens of times the density of vessels in normal tissue. In accordance with the present invention, apoptosis of vascular cells of neoplasm vessels, such as warts, papillomas, carcinomas, psoriatic plaques, leading to thrombosis and atrophy of these vessels, followed by atrophy of the neoplasm itself and remodeling of normal tissue, can be induced by non-damaging “soft” external light exposure. In the case of pigmented neoplasms, absorption in melanin can be used. In contrast to the known methods of photodegradation, in the present invention, the removal of neoplasms occurs atraumatically.

Фотообработке подвергались бородавки на среднем и указательном пальцах правой руки с кожей типа II по Фицпатрику. Фотообработка проводилась в несколько сеансов с промежутком времени в 2-3 недели.Warts on the middle and index fingers of the right hand with type II skin according to Fitzpatrick were subjected to photoprocessing. Photo processing was carried out in several sessions with a time interval of 2-3 weeks.

Васкулатура бородавок рассматривалась либо как совокупность термически не связанных друг с другом одиночных поглощающих микрососудов размером порядка десятков микрон с расчетным временем термической релаксации около 1 мс, либо как единая часть биоткани толщиной около 2-3 мм с расчетным временем термической релаксации около 50-100 с, значительно превышающим характерное время термодиффузии от одного сосуда к другому. В последнем случае может быть включен механизм апоптоза клеток новообразования, расположенных между микрососудами, приводящий к ремоделированию ткани в целом. Соответственно выбирались источники светового излучения.The wart vasculature was considered either as a set of thermally unconnected single absorbing microvessels of the order of tens of microns in size with an estimated thermal relaxation time of about 1 ms, or as a single part of a biological tissue about 2-3 mm thick with an estimated thermal relaxation time of about 50-100 s. significantly exceeding the characteristic time of thermal diffusion from one vessel to another. In the latter case, the mechanism of apoptosis of neoplasm cells located between microvessels, leading to tissue remodeling as a whole, can be included. Accordingly, light sources were selected.

Был использован КТР-лазер с длиной волны 532 нм, на которой сильно поглощает гемоглобин крови - основной хромофор васкулатуры в этом спектральном диапазоне. Непосредственно до облучения кожа увлажнялась водой. Ограничителем потока мощности и длительности экспозиции служила эдема и эритема кожи сразу после пробного облучения. Плотности мощности при этом пробном облучении составила около 2500 Вт/см2 при длительности импульсов 2 мс.We used a KTP laser with a wavelength of 532 nm, which strongly absorbs blood hemoglobin - the main chromophore of the vascular system in this spectral range. Immediately prior to irradiation, the skin was moisturized with water. Edema and erythema of the skin immediately after trial exposure served as a limiter to the power flow and exposure duration. The power density in this test irradiation was about 2500 W / cm 2 with a pulse duration of 2 ms.

Плотность мощности и длительность импульсов были снижены до 2000 Вт/см2 при 2 мс и 2500 Вт/см2 при 1,5 мс. Первые признаки визуального исчезновения бородавок стали заметны после второго сеанса облучения.The power density and pulse duration were reduced to 2000 W / cm 2 at 2 ms and 2500 W / cm 2 at 1.5 ms. The first signs of the visual disappearance of the warts became noticeable after the second radiation session.

Аналогичные результаты наблюдались при использовании в качестве источника светового излучения макета светового устройства, описанного в вышеупомянутых примерах, в котором был установлен фильтр для обеспечения спектральной полосы от 500 нм до 1200 нм, в которой достаточно сильно поглощает гемоглобин крови. Длительность импульсов при пробном облучении составила 20 с при плотности мощности в световом пятне около 5 Вт/см2. Плотность мощности и длительность импульсов были снижены до 3 Вт/см2 при 20 с и 5 Вт/см2 при 12 с.Similar results were observed when using as a light source a prototype of the light device described in the above examples, in which a filter was installed to provide a spectral band from 500 nm to 1200 nm, in which it absorbs blood hemoglobin quite strongly. The duration of the pulses during the test irradiation was 20 s with a power density in the light spot of about 5 W / cm 2 . The power density and pulse duration were reduced to 3 W / cm 2 at 20 s and 5 W / cm 2 at 12 s.

Заданный эффект по показателю достоверности отличия от контроля наблюдался в диапазоне длин волн от 500 нм до 1200 нм при значениях плотности мощности от 80% вплоть до 55% и длительности импульсов от 80% вплоть до 65% от деструктивных значений плотности мощности и длительности импульсов соответственно.The desired effect in terms of the significance of difference from control was observed in the wavelength range from 500 nm to 1200 nm with values of power density from 80% up to 55% and pulse durations from 80% up to 65% of destructive values of power density and pulse duration, respectively.

Пример 7. Редукция, в т.ч. удаление гипертрофических и келоидных рубцовExample 7. Reduction, including removal of hypertrophic and keloid scars

Развивающиеся гипертрофические и келоидные рубцы характеризуются цветом красного оттенка, от розового до пурпурного, обусловленного питающей капиллярной васкулатурой. В соответствии с настоящим изобретением, посредством неповреждающего «мягкого» внешнего светового воздействия может быть индуцирован апоптоз васкулярных клеток сосудов микроваскулатуры рубцов, приводящий к тромбозу этих сосудов с атрофией рубца. В случае гиперпигментированных рубцов может быть использовано поглощение в меланине. В отличие от известных способов фотодеструкции в настоящем изобретении редукция гипертрофических и келоидных рубцов происходит атравматично.Developing hypertrophic and keloid scars are characterized by a red color, from pink to purple, due to nourishing capillary vasculature. In accordance with the present invention, through non-damaging “soft” external light exposure, apoptosis of vascular cell vessels of scar microvasculature can be induced, leading to thrombosis of these vessels with scar atrophy. In the case of hyperpigmented scars, absorption in melanin can be used. In contrast to the known photodegradation methods, in the present invention, the reduction of hypertrophic and keloid scars occurs atraumatically.

Фотообработке подвергался гипертрофический постоперационный рубец размером 2 мм × 50 мм на руке с кожей типа II по Фицпатрику. Фотообработка проводилась в несколько сеансов с промежетком времени в 4 недели. Часть рубца длиной 5 мм использовалась для пробных облучений.A hypertrophic postoperative scar 2 mm × 50 mm in size was placed on the arm with Fitzpatrick type II skin. Photoprocessing was carried out in several sessions with a time span of 4 weeks. A portion of the 5 mm long scar was used for test exposures.

Васкулатура рубцов рассматривалась либо как совокупность термически не связанных друг с другом одиночных поглощающих микрососудов размером порядка десятков микрон с расчетным временем термической релаксации около 1 мс, либо как единая часть биоткани толщиной около 2 мм с расчетным временем термической релаксации около 50-100 с, значительно превышающим характерное время термодиффузии от одного сосуда к другому. В последнем случае может быть также включен механизм апоптоза фибробластов, расположенных между микрососудами с последующим ремоделированием ткани в целом. Соответственно выбирались источники светового излучения.Scar vasculature was considered either as a set of thermally unconnected single absorbing microvessels of the order of tens of microns in size with an estimated thermal relaxation time of about 1 ms, or as a single part of a biological tissue about 2 mm thick with an estimated thermal relaxation time of about 50-100 s, significantly exceeding characteristic time of thermal diffusion from one vessel to another. In the latter case, the mechanism of apoptosis of fibroblasts located between microvessels with subsequent remodeling of the tissue as a whole can also be included. Accordingly, light sources were selected.

Был использован КТР-лазер с длиной волны 532 нм, на которой сильно поглощает гемоглобин крови - основной хромофор васкулатуры в этом спектральном диапазоне. Непосредственно до облучения кожа увлажнялась водой. Ограничителем потока мощности и длительности экспозиции служила эдема и эритема кожи сразу после пробного облучения. Плотности мощности при этом пробном облучении составила около 3000 Вт/см2 при длительности импульсов 2 мс.We used a KTP laser with a wavelength of 532 nm, which strongly absorbs blood hemoglobin - the main chromophore of the vascular system in this spectral range. Immediately prior to irradiation, the skin was moisturized with water. Edema and erythema of the skin immediately after trial exposure served as a limiter to the power flow and exposure duration. The power density in this test irradiation was about 3000 W / cm 2 with a pulse duration of 2 ms.

Плотность мощности и длительность импульсов были снижены до 2400 Вт/см2 при 2 мс и 3000 Вт/см2 при 1,5 мс. Рубцы в отличие от нормальной дермы не обладают повышенной эхогенностью, по-видимому, в силу неупорядоченности коллагеновых волокон. Первые признаки визуальной редукции рубца стали заметны после третьего сеанса облучения.The power density and pulse duration were reduced to 2400 W / cm 2 at 2 ms and 3000 W / cm 2 at 1.5 ms. Scars, unlike the normal dermis, do not have increased echogenicity, apparently due to the disorder of collagen fibers. The first signs of visual scar reduction became noticeable after the third irradiation session.

Аналогичные результаты наблюдались при использовании в качестве источника светового излучения макета светового устройства, описанного в вышеупомянутых примерах, в котором был установлен фильтр для обеспечения спектральной полосы от 500 нм до 1200 нм, в которой достаточно сильно поглощает гемоглобин крови. Длительность импульсов при пробном облучении составила 20 с при плотности мощности в световом пятне около 4 Вт/см2. Плотность мощности и длительность импульсов были снижены до 2,4 Вт/см2 при 20 с и 4 Вт/см2 при 12 с.Similar results were observed when using as a light source a prototype of the light device described in the above examples, in which a filter was installed to provide a spectral band from 500 nm to 1200 nm, in which it absorbs blood hemoglobin quite strongly. The duration of the pulses during the test irradiation was 20 s with a power density in the light spot of about 4 W / cm 2 . The power density and pulse duration were reduced to 2.4 W / cm 2 at 20 s and 4 W / cm 2 at 12 s.

Заданный эффект по показателю достоверности отличия от контроля наблюдался в диапазоне длин волн от 500 нм до 1200 нм при значениях плотности мощности от 85% вплоть до 60% и длительности импульсов от 80% вплоть до 70% от деструктивных значений плотности мощности и длительности импульсов соответственно.The desired effect in terms of the significance of differences from the control was observed in the wavelength range from 500 nm to 1200 nm with power densities from 85% up to 60% and pulse durations from 80% up to 70% of destructive values of power density and pulse durations, respectively.

Следует отметить, что при фотообработке на участках, облученных световым излучением с апоптоиндуцирующей плотностью энергии, косметически значимых побочных эффектов и осложнений не наблюдалось. В то же время, при деструктивной для хромофоросодержащих частей плотности энергии, примерно в 80% облучений, наблюдались волдыри и гиперпигментация из-за конкурирующего поглощения части светового излучения в меланиносодержащем базальном слое. Данный результат свидетельствует о том, что использование деструктивных значений плотности энергии с неизбежностью приводит к повреждению эпидермиса при чрескожном облучении и требует в большинстве случаев специальных охлаждающих систем.It should be noted that during photo processing in areas irradiated with light radiation with an apoptotropic energy density, there were no cosmetically significant side effects and complications. At the same time, at an energy density destructive for chromophore-containing parts, in about 80% of irradiations, blisters and hyperpigmentation were observed due to competing absorption of part of the light radiation in the melanin-containing basal layer. This result indicates that the use of destructive values of the energy density inevitably leads to damage to the epidermis during percutaneous irradiation and in most cases requires special cooling systems.

Claims (22)

1. Способ фотообработки живой биоткани, вызывающей апоптоз клеток части биоткани, содержащей хромофор, обеспечивающий селективное по отношению к остальной биоткани поглощение светового излучения, отличающийся тем, что эту биоткань облучают световым излучением с длиной волны от 500 до 2500 нм с плотностью энергии, недостаточной для деструкции, но достаточной для индуцирования апоптоза клеток этой части биоткани.1. A method of photoprocessing a living biological tissue that causes apoptosis of cells of a portion of a biological tissue containing a chromophore that provides selective absorption of light radiation relative to the rest of the biological tissue, characterized in that this biological tissue is irradiated with light radiation with a wavelength of from 500 to 2500 nm with an energy density insufficient for destruction, but sufficient to induce apoptosis of cells of this part of the biological tissue. 2. Способ фотообработки по п.1, в котором биоткань включает кожу и придатки.2. The photo-processing method according to claim 1, wherein the biological tissue comprises skin and appendages. 3. Способ фотообработки по п.1, в котором мгновенная температура содержащей хромофор части биоткани составляет от 43 до 135°С.3. The photo-processing method according to claim 1, wherein the instantaneous temperature of the chromophore-containing part of the biological tissue is from 43 to 135 ° C. 4. Способ фотообработки по п.1, в котором плотность энергии светового излучения составляет от 10 до 90% от плотности энергии, вызывающей деструкцию ткани, обусловленную термонекрозом.4. The photo-processing method according to claim 1, in which the energy density of light radiation is from 10 to 90% of the energy density that causes tissue destruction due to thermonecrosis. 5. Способ фотообработки по п.1, при котором эту биоткань облучают чресповерхностно.5. The photo-processing method according to claim 1, in which this biological tissue is irradiated transversely. 6. Способ фотообработки по п.5, при котором мгновенная температура поверхности биоткани в области облучения поддерживается близкой к физиологически нормальной за счет теплоотвода во время этого облучения.6. The photo-processing method according to claim 5, wherein the instantaneous temperature of the surface of the biological tissue in the irradiation region is maintained close to physiologically normal due to heat removal during this irradiation. 7. Способ фотообработки по п.6, в котором эту биоткань облучают через оптически прозрачную тонкую пластину, находящуюся в оптическом контакте с поверхностью биоткани.7. The photoprocessing method according to claim 6, in which this biological tissue is irradiated through an optically transparent thin plate in optical contact with the surface of the biological tissue. 8. Способ фотообработки по п.7, в котором пластина находится в тепловом контакте с поверхностью биоткани и через эту пластину производится теплоотвод для поддержания мгновенной температуры этой поверхности во время облучения, близкой к физиологически нормальной.8. The photo-processing method according to claim 7, in which the plate is in thermal contact with the surface of the biological tissue and heat is removed through this plate to maintain the instantaneous temperature of this surface during irradiation close to physiologically normal. 9. Способ фотообработки по п.1, в котором биоткань облучают в режиме одноимпульсной экспозиции.9. The photo-processing method according to claim 1, in which the biological tissue is irradiated in a single-pulse exposure mode. 10. Способ фотообработки по п.1, в котором биоткань облучают в режиме многоимпульсной экспозиции.10. The photo-processing method according to claim 1, in which the biological tissue is irradiated in a multi-pulse exposure mode. 11. Способ фотообработки по п.1, в котором биоткань облучают многократно.11. The photo-processing method according to claim 1, in which the biological tissue is irradiated repeatedly. 12. Способ фотообработки по п.1, в котором биоткань облучают когерентным световым излучением.12. The photo-processing method according to claim 1, wherein the biological tissue is irradiated with coherent light radiation. 13. Способ фотообработки по п.1, в котором биоткань облучают некогерентным световым излучением.13. The photo-processing method according to claim 1, in which the biological tissue is irradiated with incoherent light radiation. 14. Способ фотообработки по п.1, в котором биоткань облучают монохроматичным световым излучением.14. The photo-processing method according to claim 1, in which the biological tissue is irradiated with monochromatic light radiation. 15. Способ фотообработки по п.1, в котором биоткань облучают широкополосным световым излучением.15. The photo-processing method according to claim 1, in which the biological tissue is irradiated with broadband light radiation. 16. Способ фотообработки кожи, вызывающий апоптоз кератиноцитов эпителия и васкулярных клеток волосяных фолликулов, приводящий к ингибированию роста, в т.ч. удалению этих фолликулов, отличающийся тем, что эту кожу облучают световым излучением с длиной волны от 500 до 1200 нм с плотностью энергии, недостаточной для деструкции, но достаточной для индуцирования апоптоза кератиноцитов эпителия и васкулярных клеток этих фолликулов.16. The method of skin photoprocessing, causing apoptosis of keratinocytes of the epithelium and vascular cells of the hair follicles, leading to growth inhibition, including removal of these follicles, characterized in that this skin is irradiated with light radiation with a wavelength of from 500 to 1200 nm with an energy density insufficient for destruction but sufficient to induce apoptosis of keratinocytes of the epithelium and vascular cells of these follicles. 17. Способ фотообработки кожи, вызывающий апоптоз васкулярных клеток сосудистых дефектов, приводящий к редукции, в т.ч. удалению этих дефектов, отличающийся тем, что эту кожу облучают световым излучением с длиной волны от 500 до 1200 нм с плотностью энергии, недостаточной для деструкции, но достаточной для индуцирования апоптоза васкулярных клеток этих дефектов.17. The method of skin photoprocessing, causing apoptosis of vascular cells of vascular defects, leading to reduction, including removal of these defects, characterized in that this skin is irradiated with light radiation with a wavelength of from 500 to 1200 nm with an energy density insufficient for destruction, but sufficient to induce apoptosis of vascular cells of these defects. 18. Способ фотообработки кожи, вызывающий апоптоз кератиноцитов и меланоцитов пигментных пятен, приводящий к редукции, в т.ч. удалению этих пятен, отличающийся тем, что эту кожу облучают световым излучением с длиной волны от 500 до 900 нм с плотностью энергии, недостаточной для деструкции, но достаточной для индуцирования апоптоза кератиноцитов и меланоцитов этих пятен.18. The method of skin photoprocessing, causing apoptosis of keratinocytes and pigment spots melanocytes, leading to reduction, including the removal of these spots, characterized in that this skin is irradiated with light radiation with a wavelength of from 500 to 900 nm with an energy density insufficient for destruction, but sufficient to induce apoptosis of keratinocytes and melanocytes of these spots. 19. Способ фотообработки кожи, вызывающий апоптоз базальных кератиноцитов эпидермиса и васкулярных клеток верхней дермы кожи, приводящий к ремоделированию этой кожи, отличающийся тем, что эту кожу облучают световым излучением с длиной волны от 500 до 2500 нм с плотностью энергии, недостаточной для деструкции, но достаточной для индуцирования апоптоза базальных кератиноцитов эпидермиса и васкулярных клеток верхней дермы этой кожи.19. The method of skin photoprocessing, causing apoptosis of the epidermal basal keratinocytes and vascular cells of the upper dermis of the skin, leading to remodeling of this skin, characterized in that this skin is irradiated with light radiation with a wavelength of 500 to 2500 nm with an energy density insufficient for destruction, but sufficient to induce apoptosis of the basal keratinocytes of the epidermis and vascular cells of the upper dermis of this skin. 20. Способ фотообработки кожи, вызывающий апоптоз себоцитов и васкулярных клеток сальных желез при акне, приводящий к редукции этих желез, отличающийся тем, что эту кожу облучают световым излучением с длиной волны от 500 до 1800 нм с плотностью энергии, недостаточной для деструкции, но достаточной для индуцирования апоптоза себоцитов и васкулярных клеток этих желез.20. The method of skin photoprocessing, causing apoptosis of sebocytes and vascular cells of the sebaceous glands with acne, leading to the reduction of these glands, characterized in that this skin is irradiated with light radiation with a wavelength of 500 to 1800 nm with an energy density insufficient for destruction, but sufficient to induce apoptosis of sebocytes and vascular cells of these glands. 21. Способ фотообработки кожи, вызывающий апоптоз васкулярных клеток новообразований, приводящий к удалению этих новообразований, отличающийся тем, что эту кожу облучают световым излучением с длиной волны от 500 до 1200 нм с плотностью энергии, недостаточной для деструкции, но достаточной для индуцирования апоптоза васкулярных клеток этих новообразований.21. The method of skin photoprocessing, causing apoptosis of vascular cells of neoplasms, leading to the removal of these neoplasms, characterized in that this skin is irradiated with light radiation with a wavelength of 500 to 1200 nm with an energy density insufficient for destruction, but sufficient to induce apoptosis of vascular cells these neoplasms. 22. Способ фотообработки кожи, вызывающий апоптоз васкулярных клеток гипертрофических и келоидных рубцов, приводящий к редукции, в т.ч. удалению этих рубцов, отличающийся тем, что эту кожу облучают световым излучением с длиной волны от 500 до 1200 нм с плотностью энергии, недостаточной для деструкции, но достаточной для индуцирования апоптоза васкулярных клеток этих рубцов.22. The method of skin photoprocessing, causing apoptosis of vascular cells of hypertrophic and keloid scars, leading to reduction, including removal of these scars, characterized in that this skin is irradiated with light radiation with a wavelength of from 500 to 1200 nm with an energy density insufficient for destruction, but sufficient to induce apoptosis of vascular cells of these scars.
RU2005113844/14A 2005-05-05 2005-05-05 Method for biotissue phototreatment at induction of selective apoptosis RU2294223C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005113844/14A RU2294223C2 (en) 2005-05-05 2005-05-05 Method for biotissue phototreatment at induction of selective apoptosis

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005113844/14A RU2294223C2 (en) 2005-05-05 2005-05-05 Method for biotissue phototreatment at induction of selective apoptosis

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005113844A RU2005113844A (en) 2006-11-10
RU2294223C2 true RU2294223C2 (en) 2007-02-27

Family

ID=37500667

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005113844/14A RU2294223C2 (en) 2005-05-05 2005-05-05 Method for biotissue phototreatment at induction of selective apoptosis

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2294223C2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2491106C2 (en) * 2009-01-08 2013-08-27 Панасоник Корпорэйшн Light-exposure apparatus
RU2601678C2 (en) * 2014-12-15 2016-11-10 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Portable device for measurement of chromophores in skin and method of using said device
RU2669551C1 (en) * 2017-12-05 2018-10-11 Кирилл Александрович Новиков Method of erasing vascular dermhelminthiasis
RU2712078C2 (en) * 2015-04-15 2020-01-24 Дзе Джонс Хопкинс Юниверсити Non-invasive biofluid detector and portable sensor transceiving system
US10905331B2 (en) 2014-12-15 2021-02-02 Samsung Electronics Co., Ltd. Image capturing device and sensing protection device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ГЕИНИЦ А.В. и др. Фотодинамическая терапия в лечебной практике. Лечащий врач, М., 2005, №2, с.74-75. Фотодинамическая терапия гнойных и длительно незаживающих ран. Пособие для врачей. М., 2004, с.3-12. *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2491106C2 (en) * 2009-01-08 2013-08-27 Панасоник Корпорэйшн Light-exposure apparatus
US8652188B2 (en) 2009-01-08 2014-02-18 Panasonic Corporation Light irradiation device
RU2601678C2 (en) * 2014-12-15 2016-11-10 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Portable device for measurement of chromophores in skin and method of using said device
US10905331B2 (en) 2014-12-15 2021-02-02 Samsung Electronics Co., Ltd. Image capturing device and sensing protection device
RU2712078C2 (en) * 2015-04-15 2020-01-24 Дзе Джонс Хопкинс Юниверсити Non-invasive biofluid detector and portable sensor transceiving system
US10918280B2 (en) 2015-04-15 2021-02-16 The Johns Hopkins University Non-invasive bio-fluid detector and portable sensor-transmitter-receiver system
RU2669551C1 (en) * 2017-12-05 2018-10-11 Кирилл Александрович Новиков Method of erasing vascular dermhelminthiasis

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005113844A (en) 2006-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Goldberg Current trends in intense pulsed light
Liew Laser hair removal: guidelines for management
Negishi et al. Full‐face photorejuvenation of photodamaged skin by intense pulsed light with integrated contact cooling: initial experiences in Asian patients
US5290273A (en) Laser treatment method for removing pigement containing lesions from the skin of a living human
Ross et al. Intense pulsed light and laser treatment of facial telangiectasias and dyspigmentation: some theoretical and practical comparisons
Polnikorn et al. Treatment of Hori's nevus with the Q-switched Nd: YAG laser
Kono et al. Q‐switched ruby versus long‐pulsed dye laser delivered with compression for treatment of facial lentigines in Asians
Bjerring et al. Intense pulsed light source for treatment of small melanocytic nevi and solar lentigines
EP1018955A1 (en) Pulsed filament lamp for dermatological treatment
WO1998058592A1 (en) Pulsed filament lamp for dermatological treatment
JP2000501016A (en) Hair removal method and apparatus
MXPA06014923A (en) Cosmetic uses of electromagnetic radiation.
Boixeda et al. CO2, argon, and pulsed dye laser treatment of angiofibromas
RU2294223C2 (en) Method for biotissue phototreatment at induction of selective apoptosis
Maruyama Hand rejuvenation using standard intense pulsed light (IPL) in Asian patients
Alster Laser treatment of hypertrophic scars
Alhallak et al. The Ultimate Guide for Laser and IPL in the Aesthetic Field
RU47234U1 (en) DEVICE FOR ELECTROPHORESIS OF MEDICINES
CN111001093A (en) Low-frequency ultrafast laser color spot treatment device
Piccolo et al. Quick guide to dermoscopy in laser and IPL treatments
Cannarozzo et al. Atlas of lasers and lights in dermatology
Harsh et al. Facial laser surgery
Patel The krypton yellow-green laser for the treatment of facial vascular and pigmented lesions
Bonan et al. Laser and light-based treatments for pigmented lesions
Lee et al. Laser hair removal

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20100506