Что такое биофизика

Человек стремится познать мир. В этих дерзаниях человек опирается на науку и технику. Громадные радиотелескопы услышали "голос" далеких галактик, прочные батискафы помогли открыть на дне океана новый мир с невиданными животными, мощные ракеты вышли из сферы земного притяжения и открыли дорогу в космос...

Есть в окружающей нас природе еще одна "крепость". Это сама жизнь. Да, жизнь, живой организм, живая клетка - невидимый глазом комочек протоплазмы (или цитоплазмы) с ядром, заключенный в оболочку,- одно из самых загадочных явлений в мире. И эта "крепость" должна сдаться, мощное оружие - ум человека срывает покровы с микроскопических миров живых клеток, проникая в самую сущность жизни.
Изучение человеком природы идет сейчас так стремительно и приводит к таким неожиданным результатам и выводам, что они не укладываются в рамки старых наук. Например, физика - одна из наиболее важных наук о природных явлениях - развилась так широко, что возникла потребность выделить новые, самостоятельные области - квантовую физику, ядерную, физику твердого тела, астрономическую, радиофизику и др. Процесс расширения и углубления человеческих знаний о природе привел к появлению и таких разделов наук, которые изучают процессы и явления, относящиеся одновременно к различным областям знания.
Такой пограничной наукой, возникшей на стыке биологии, физики и химии, является биофизика, играющая особую роль в изучении свойств живой материи.
Биофизика - это наука о физических и физико-химических процессах и их регулировании в живом организме.
От биофизики в свою очередь отпочковываются новые науки, расширяющие горизонты человеческих знаний. Так выделилась радиобиология - наука о действии различных видов радиации на живые организмы ; космическая биология - наука, изучающая особенности жизни в космосе; механохимия, исследующая взаимное превращение химической и механической энергии, происходящее в мышечных волокнах ; совсем недавно возникла бионика, изучающая живые организмы с целью использовать принципы их работы для создания новых, совершенных по конструкции приборов и аппаратов.
Рассказ об этих научных дисциплинах, входящих в биофизику, занял бы слишком много места, поэтому мы расскажем лишь о трех главных направлениях, развиваемых сегодня в биофизике, о трех ее отделах - молекулярной биофизике, клеточной и биофизике процессов управления.
Каждая наука, и биофизика в том числе, состоит из двух частей - теоретической и экспериментальной, тесно связанных друг с другом, взаимно дополняющих друг друга. Но между ними есть и различия. Теоретическая биофизика изучает первичные явления и процессы, происходящие в биологических молекулах, на модельных, как говорят ученые, веществах, т. е. на выделенных из живого организма или искусственно созданных системах. Вот на таких модельных системах изучают основные процессы фотосинтеза, природу биопотенциалов, биолюминесценцию и другие явления.
Экспериментальная же (прикладная) биофизика изучает работу организма в целом и его отдельных органов, используя методы и подходы теоретической биофизики (биофизика движения, зрения, регулирования физиологических функций).
Один из больших отделов биофизики, как уже было сказано, называется молекулярной биофизикой. Этот отдел изучает свойства биологических молекул, физико-химические процессы, происходящие в чувствительных клетках, их взаимосвязь с клеточными структурами. Особое внимание уделяется при этом изучению свойств ферментов - белков, обладающих свойством ускорять (катализировать) биохимические реакции в живых организмах.
Благодаря успехам молекулярной биофизики люди узнали много нового о том, как хранится и передается информация в живых клетках, как происходит передвижение молекул и ионов, как идет синтез белков, как запасается энергия в живых клетках. Молекулярная биофизика помогает в изучении фотосинтеза.
Все видели зеленые листья растений. Но, наверное, не все знают, какие удивительные процессы происходят в обыкновенном листе березы или черемухи, яблони или пшеницы. Солнце посылает на Землю колоссальное количество энергии, которая пропадала бы без пользы, если бы не зеленые листья, улавливающие ее, создающие с ее помощью органическое вещество и тем самым дающие жизнь всему живому на Земле.
Этот весьма важный процесс протекает в зеленых частицах, находящихся в клетках листа, - хлоропластах, содержащих растительные пигменты - хлорофилл и каротиноиды.
Порции световой энергии поглощаются пигментами и производят фотоокисление воды: она отдает свой электрон молекуле хлорофилла, а затем и протон используется для восстановления углекислого газа до углеводов. (Протон и электрон, как известно, составляют атом водорода; этот атом по частям отнимается у молекулы воды. Вода окисляется и присоединяется к углекислому газу, и получаются углеводы.) Остаток же воды (его называют гидроксилом) разлагается особыми ферментами, образуя кислород, которым дышит все живое.
Мы рассказали очень сжато о фотосинтезе. На самом деле превращение световой энергии, поглощенной хлорофиллом, в химическую энергию веществ, синтезированных в зеленом листе, представляет собой бесконечную цепь молекулярных изменений. Во время этого процесса электроны переходят с одних молекул на другие, образуются и распадаются молекулы соединений, обладающие большой энергией, происходят сотни тысяч реакций.
Над разгадкой этого процесса также много трудились биофизики, и выяснению его деталей мы обязаны молекулярной биофизике.
Можно задать вопрос: а для чего так долго и упорно бьются ученые над тайной зеленого листа? Дело в том, что зеленый лист - это как бы миниатюрный "завод", вырабатывающий вещества, составляющие основу питания человека. Подсчитано, что в качестве сырья зеленые растения потребляют в год громадные количества углекислого газа - 150 000 000 000 г! Если ученые разгадают до конца великую тайну зеленого листа, человечество получит самый быстрый и самый экономичный способ получения питания и других важных продуктов, одним словом, все то, что сегодня дают человеку зеленые растения.
Молекулярная биофизика занимается также и процессами, которые протекают в животных организмах, например в их органах чувств.
Одна из таких удивительных и необычайных страниц молекулярной биофизики - изучение запаха. Химики создали около 1 млн. органических соединений, и почти все они имеют свой характерный запах. Человек может различать несколько тысяч запахов, причем для некоторых веществ достаточно исключительно малых количеств, чтобы их ощутить, - всего миллионные и миллиардные доли миллиграмма на литр воды (например, таких веществ, как скатол, тринитробутилтолуол, [достаточною-7-Ю-9 мг/л).
Животные оказываются чувствительнее человека. Собаки, например, различают около полумиллиона различных запахов! Они способны (особенно собаки-ищейки) чувствовать нужный запах, даже если он ничтожно слаб. Стоит человеку только чуть-чуть прикоснуться к предмету - и собака уже может определить, кто это сделал. Известны случаи, когда натренированные собаки-ищейки  помогали геологам находить руду, лежащую  под землей на глубине 2-3 м.
Но, пожалуй, всех превосходят рыбы и  насекомые. Некоторые рыбы ощущают пахучее вещество при его неизмеримо малом содержании-10" мг/л. Это все равно, что растворить одну каплю вещества в 100 млрд. м3 воды! Бабочки находят друг друга по запаху на расстоянии нескольких километров. Расчеты показывают, что в таком случае бабочки обнаруживают чуть ли не одну молекулу пахучего вещества, приходящуюся на 1 мг воздуха. Как это происходит, остается пока загадкой. Некоторые ученые предполагают, что пахучие вещества распространяют электромагнитные волны, энергия которых воспринимается чувствительными клетками насекомых и помогает им находить друг друга на таких больших расстояниях.
Недавно внимание биофизиков привлекла необычная способность некоторых видов мух. Оказывается, муха, коснувшись лапками какого-либо вещества, мгновенно производит точный химический анализ. Механизм этого явления неизвестен, но установлено, что особые чувствительные клетки на лапках определяют "вкус" вещества электромагнитным путем!
Молекулярная биофизика помогает выяснить не только различия в чувствительности и строении органов обоняния у различных групп животных, рыб и насекомых, но и сам процесс определения запаха. Сейчас установлено, что имеется несколько основных (6-7) запахов, сочетаниями которых объясняется все их многообразие. Этим основным запахам соответствуют определенные типы обонятельных клеток, воспринимающих запах. В клетках есть молекулярные по размерам углубления строго определенной формы и размера, соответствующие форме молекул пахучих веществ (молекула камфары имеет подобие шара, молекула мускуса - диска и т. д.). Попадая в "свое" углубление, молекула раздражает нервные окончания и создает ощущение запаха.
Даже из краткого рассказа видно, что существует тесная связь между изучением клеток и молекулярных процессов, происходящих в них, т. е. между молекулярной и клеточной биофизикой. Одна из них изучает молекулярные изменения, свойства биологических молекул, а также те системы, которые образуют молекулы в клетках (как говорят, субмолекулярные образования), их свойства и изменения, а другая исследует свойства и функционирование клеток - выделительных, сократительных, обонятельных и др.
Развитию биофизики клетки, о которой мы сейчас расскажем, во многом способствовало изобретение электронного микроскопа. Применение электронного микроскопа с увеличением в сотни тысяч, миллионы раз намного расширило наши знания о живых организмах, населяющих планету, о их внутреннем строении. При исследовании клетки электронным микроскопом сразу открылся новый мир ультрамикроскопических (самых мельчайших) клеточных структур. Электронные микроскопы позволили увидеть различной толщины мембраны, мельчайшие трубочки, в сотни тысяч раз тоньше человеческого волоса, крохотные пузырьки, полости, канальцы. Исследования показали, что даже самые мелкие клеточные структуры - митохондрии, хлоропласты - тоже имеют довольно сложное строение. Стало ясно, что любая клетка, кажущаяся простым комочком протоплазмы с ядром, представляет собой сложное образование с большим числом мельчайших клеточных частиц (как говорят, структурных элементов), действующих в строгом порядке и связанных между собой сложно, точно и согласованно.
Особенно поразило исследователей многообразие структурных элементов. Например, в нервной клетке находится до 70 тыс. частиц - митохондрий, благодаря которым клетка дышит и получает энергию для своей деятельности. Кроме того, в клетке находится до сотни тысяч самых мелких частиц - рибосом, создающих белковые молекулы.
Самое удивительное то, что в любой маленькой клеточке живого организма происходят точные согласованные процессы: идет поглощение необходимых веществ и выделение ненужных, происходит дыхание, деление. Наряду с этим клетки выполняют специальные функции: клетки сетчатки глаза определяют силу и качество света, клетки слизистой оболочки носа определяют запах веществ, клетки различных желез выделяют особые вещества - ферменты, способствующие пищеварению, и гормоны, помогающие росту и развитию организма.
О всей своей большой работе - увиденном, услышанном, опознанном - клетки сообщают нервными электрическими импульсами в головной мозг - главный координирующий центр. Как клетки получают необходимые сведения из окружающего пространства, как эти сведения зашифрованы в электрических сигналах-импульсах, как образуются биологические потенциалы в клетках, какова связь с головным мозгом - все эти и многие другие вопросы изучает биофизика клетки.
Недавно в области биофизики клетки сделано важное открытие. Давно известно, что многие живые организмы обладают способностью к свечению - люминесценцией. Сильно свечение многих обитателей морей - рыб, губок, звезд и т. д. Но оказывается, клетки любых организмов обладают люминесценцией - так называемым сверхслабым свечением. Этот свет столь ничтожен, что обнаружить его могут лишь особые приборы - фотоэлектронные умножители, способные в миллионы раз усиливать падающий световой поток. Сверхслабое свечение наблюдается в корешках и листьях растений, в клетках различных органов животных. Сверхслабое свечение присуще всем клеткам живых организмов и происходит в результате биохимических реакций, протекающих в клетках.
Ученые выяснили, что сверхслабое свечение имеет свои особенности у различных групп животных, насекомых и растений. По интенсивности сверхслабого свечения биофизики уже сейчас могут определить засухо- и морозоустойчивость сельскохозяйственных растений (ячмень, пшеница) и тем самым помочь селекционерам и физиологам растений в выведении нужных сортов.
Мы уже рассказывали, что все клетки взаимосвязаны, что идущие в них реакции, несмотря на их сложность, протекают с удивительной правильностью и постоянством, говорили мы и о тесной связи всех клеток с головным мозгом. Эти особенности клеток, органов и целого организма изучает возникший совсем недавно отдел науки - биофизика процессов управления и регуляции.
Расскажем о работе этого отдела на следующем примере. Каждый орган человека состоит из бесчисленного количества клеток, часто выполняющих специфическую работу. Например, большую роль в обонянии играет слизистая оболочка носа - так называемый обонятельный эпителий. Слизистая оболочка занимает площадь не более 4 с но содержит чуть ли не 500 млн. обонятельных клеток-рецепторов. Сведения о их работе передаются в обонятельный нерв по нервным волокнам, число которых достигает 50 млн., и далее в мозг. Отделы мозга - полушария головного мозга - содержат 2 1010 клеток, а в мозжечке их еще больше-10й. Даже] трудно себе представить, какой поток информации получает мозг каждую секунду от  всех органов и тканей.
Сигналы, идущие от клеток в виде первичных электрических импульсов, должны быть правильно расшифрованы, затем необходимо принять соответствующие "решения" и передать ответные сигналы - указания о  том, как должны работать те или иные клетки, ткани или органы в целом в определенных условиях. Ясно, что в центральную  нервную систему поступают тысячи разнообразных сигналов из внешней среды в виде звуков, света, запахов и пр. Таким образом, | мы видим, насколько сложны взаимосвязи в любом организме, как сложна работа по управлению клетками, регулированию их состояния, контролю за согласованностью всех  жизненных процессов.
Этот важный отдел биофизики опирается на законы, открытые другой наукой - кибернетикой. Пользуясь ее методами, биофизики, изучающие процессы управления и регулирования, разработали электронные модели живых организмов, органов, клеток и даже отдельных процессов, происходящих в этих клетках. Такие электронные модели (например, электронная черепаха, электронная нервная клетка, электронная модель процесса фотосинтеза) облегчают изучение всех | сложных явлений регуляции в живом организме.
Биофизики, изучающие регуляцию и управление в живом организме, выяснили, что как клетки, так и органы живых организмов представляют собой систему, обладающую удивительным свойством. Клетки и органы, как говорят биофизики,- это САМО-регулирующиеся, САМОорганизующиеся, САМОнастраивающиеся, САМОобучающиеся системы, т. е. вся их работа, необычные качества и свойства, характеризующие их, постоянство состава среды внутри них и выполняемой ими работы - все обусловлено процессами, протекающими в них самих.
Чтобы немного подробнее представить себе работу биофизиков, расскажем об одном интересном направлении, возникшем на основе биофизики и уже оформившемся в самостоятельную биофизическую науку - бионику.
Это наука, которая изучает живые организмы для создания совершенных искусственных систем, машин и приборов. Результаты исследований биоников показали, что инженерам-конструкторам всех специальностей есть чему поучиться у природы. Вот несколько примеров.
В конструкцию современных электронных вычислительных машин входит большое количество различных деталей (полупроводниковые диоды, триоды, сопротивления, конденсаторы и т. д.). Размеры электронных вычислительных машин зависят от того, сколько таких деталей (элементов) находится в 1 см3 машины. Чем больше рабочих элементов в 1 см3 (так называемая плотность монтажа), тем более емка "память" машины, больше возможностей проводить нужные операции, лучше работа. Оказывается, что если наивысшая плотность монтажа в технических схемах машин достигает 2000 элементов в 1 слг3, то плотность монтажа элементов мозга в 50 тыс. раз больше: 100 ООО ООО элементов в 1 см3.

Отличие живых организмов от самых сложных современных машин и приборов проявляется не только в строении, но и в свойствах. Возьмем, к примеру, органы зрения. Глаза у животных не только разной величины - от микроскопически малых у муравья (0,1 мм) до гигантских (20-30 см) у кальмаров, - но отличаются и другими свойствами.
Оказывается, глаз рыбы-мечехйоста способен усиливать контраст между краем видимого изображения и общим фоном, так что предмет становится резко очерченным - подобно тому как это делают на экране телевизора, усиливая или ослабляя контраст. Интересным свойством обладает также глаз обыкновенной болотной лягушки. Известно, что лягушка питается только движущейся пищей - мухами, мошками, жучками. Но если насекомое не движется, лягушка никогда не найдет свою пищу и останется голодной: ее глаз воспринимает лишь движущиеся предметы, оставляя без внимания фон.
Давно было известно, что ночные лесные птицы (филин, сова) отлично видят в темноте, но совсем недавно выяснилась необычайная способность некоторых животных (лягушки, мыши) видеть даже "невидимые" ионизирующие лучи - рентгеновскую и космическую радиацию.
Природа оказалась исключительным конструктором, достигшим необычайных высот мастерства и в области слуха. Опыты показали, что человеческое ухо по своей чувствительности способно воспринимать звуки, ничтожно малую интенсивность которых даже трудно себе представить. Ее можно сравнить разве что с "шумом", с которым происходит тепловое движение молекул! Не менее поразителен слуховой орган кузнечика, расположенный у него на ножке. Этот орган позволяет кузнечику чувствовать колебания, размах которых (амплитуда) составляет половину диаметра атома водорода! Чувствительность слуха кузнечика настолько высока, что, находясь в Москве, он может воспринимать самые малые землетрясения, происходящие в районе Дальнего Востока.
Бионика стремится познать все необычные свойства живых организмов и применить полученные данные для создания машин и приборов. Например, ученые разрабатывают прибор, который даст возможность слепым читать книги, набранные обычным типографским шрифтом. Уже создана модель искусственной руки, управляемой мыслью человека, точнее говоря, биопотенциалами, возникающими в мышцах. На основе изучения глаз пчелы и стрекозы (у них, кстати, очень большой угол зрения - 240-300°) конструкторы создали прибор - небесный компас, используемый при движении судов, самолетов. Изучение медузы помогло сконструировать прибор, предупреждающий о наступлении шторма почти за 15 часов. Список приборов, разработанных биониками, весьма большой, и даже простое их перечисление заняло бы много времени.
Но бионики не только копируют функции и строение отдельных органов животных. Они исследуют и используют особенности передачи информации у насекомых, птиц, рыб. Результаты этих работ очень интересны. Так, недавно стало известно, что комары поддерживают между собой связь с помощью электромагнитных волн миллиметрового диапазона (13-17 мм), причем дальность действия комариной "радиостанции" - 15 м\ Записаны звуки, издаваемые комарами при "испуге", "страшной опасности" (например, при появлении летучей мыши). Ученые работают над созданием ультразвуковых аппаратов, отпугивающих вредных насекомых и привлекающих полезных. (О бионике также см. ст. "Что такое техническая кибернетика и бионика".)

Антология света

Светолечение (фототерапия) традиционно используется в физиотерапии и косметологии. Первые публикации по светотерапии относятся к концу ХIХ века. Так, монография Эдвина Бэббитта «Принципы света и цвета. Исцеляющая сила цвета» была опубликована в 1878 году. Несколько позже был издан целый ряд работ: в 1901 — «Светолечение» Н. Финзена, в 1906 — «Применение света в медицине» В. Бика, в 1929 — «Руководство по светолечению» В. Хаусманна. Уже в 1902 году в Санкт-Петербурге функционировало 20 светолечебниц.

Большой вклад в развитие фототерапии внес американский физиолог Диншах Хадиали (1873—1966), который разработал стройную систему цветовой фототерапии и назвал ее спектрохром.

С развитием научно-технического прогресса появились новые источники света. Возвращение интереса к фототерапии связано с открытием в 1962 году лазерного излучения. Наряду с источниками лазерного излучения появились источники светодиодного излучения, которые позволили получить узкополосный свет разной длины волны.

Свет: законы природы
Свет — электромагнитные волны, для которых характерна высокая частота (10—14 Гц) и малая длина волны, определяемая в нм (1нм = 109м) или в мкм (1мкм = 106м). Спектр электромагнитных волн представлен тремя диапазонами: инфракрасное излучение — от 400 до 0,76 мкм (40000—760 нм), видимое излучение — от 0,76 до 0,4 мкм (760—400 нм); ультрафиолетовое излучение — от 0,4 до 0,18 мкм (400—180 нм).

Свет обладает двойственными свойствами: он не только волна, но и поток частиц (фотонов, или квантов). Длина волны определяет глубину проникновения того или иного вида излучения в биологические ткани. А характер и интенсивность взаимодействия различных лучей с биологическими тканями зависит от энергии порции излучения — кванта (Q), которая прямо пропорциональна частоте электромагнитных колебаний (n) и обратно пропорциональна длине волны (l).

Вышеизложенное выражается в виде формулы: Q=h*n , где h = 6,624*1027 (постоянная Планка).

Таким образом, размер кванта увеличивается с увеличением частоты и, соответственно, с уменьшением длины волны. Так, квант фиолетового излучения примерно в 2,3 раза больше, чем квант инфракрасного излучения. Наиболее выраженной биологической активностью из трех видов оптического излучения обладают ультрафиолетовые лучи, имеющие самую большую величину кванта. Указанные данные необходимо учитывать при проведении фототерапии.

Лазерное излучение
Лазерное излучение является особым видом светового излучения электромагнитной природы, полученным с помощью оптических квантовых генераторов — лазеров. В отличие от других видов излучения, оно имеет особые свойства:
l монохроматичность — наличие в спектре источника световых волн преимущественно одной длины волны;
l когерентность — упорядоченность распределения и совпадение фаз электромагнитных колебаний, усиливающих друг друга;
l высокую поляризацию — закономерное изменение направления и величины вектора излучения в плоскости, перпендикулярной световому лучу.

В связи с указанными свойствами лазерное излучение имеет параллельное, а не радиальное распространение лучей, что обеспечивает ничтожные их потери за счет малого угла расхождения и рассеивания в окружающем пространстве. В то же время хорошая оптическая фокусировка излучения приводит к получению большой энергетической плотности — высокой концентрации энергии в микроскопически малом объеме вещества.

Лазерное излучение не является естественным фактором окружающей нас среды, его получают искусственно. С помощью лазеров можно получить монохроматическое излучение любой длины волны оптического диапазона: ультрафиолетового, видимого и инфракрасного участка спектра.

В медицине используют лазерное излучение различной интенсивности. Высокоэнергетическое (высокоинтенсивное) излучение находит применение в хирургической практике для рассечения и разрушения тканей; среднеэнергетическое (среднеинтенсивное) в основном используют в косметологической практике; низкоэнергетическое (низкоинтенсивное) — в физиотерапии.

В физиотерапевтической практике наиболее широкое применение нашли лазеры, генерирующие излучения красного (0,633 мкм) и инфракрасного (0,89—1,2 мкм) диапазона, которые хорошо изучены и чье использование научно обосновано. Лазеротерапию применяют для лечения сухости и дряблости кожи, устранения морщин, при герпетических высыпаниях, вульгарных угрях, для удаления инфильтратов.

Инфракрасное излучение
Инфракрасное излучение (ИК) было открыто в 1800 году английским физиком Уильямом Гершелем. Оно оптически неоднородно: выделяют ближнее (0,76—1,5 мкм) и дальнее (1,5—400 мкм) ИК-излучение.

Ближнее ИК-излучение относительно слабо поглощается поверхностными слоями кожи и проникает в ткани на глубину 3—7 см. Около 30% ИК излучения достигает подкожного жирового слоя и более глубоко расположенных тканей. Длинноволновое излучение поглощается в основном поверхностными слоями кожи. Кванты ИК-излучения обладают сравнительно небольшой энергией. Они вызывают преимущественно тепловой эффект, который может ощущать пациент.

При локальных облучениях температура кожи и подлежащих тканей может повышаться на несколько градусов (1—40С). По мере увеличения интенсивности облучения возникает чувство жжения, а в дальнейшем — ожог. В результате непосредственного действия тепла и возбуждения терморецепторов развивается терморегуляционная реакция. ИК-излучение вызывает усиление потоотделения и теплоотдачу за счет расширения сосудов кожи, подкожной клетчатки и мышц, активизации циркуляции крови в них. Указанная сосудистая реакция и увеличение кровенаполнения в облученной области приводят к появлению выраженной гиперемии кожи — тепловой эритеме, которая исчезает через 30—40 минут после прекращения облучения. При использовании источников ближнего ИК-излучения эритема на коже не возникает.

Под действием ИК-излучения усиливается броуновское движение молекул, электрическая диссоциация и движение ионов, изменяется поверхностное натяжение и осмос. Интенсивное нагревание кожи приводит к распаду ее белковых молекул и высвобождению биологически активных веществ, в том числе гистаминоподобных. Они повышают проницаемость сосудистой стенки, участвуют в регуляции местной и общей гемодинамики, вызывают раздражение кожных рецепторов. В развитии общих реакций организма и реакций со стороны более глубоко расположенных органов играют роль преимущественно рефлекторные реакции. Тепло, как известно, является катализатором, ускоряющим биохимические процессы в тканях, повышающим обмен веществ, жизнедеятельность биологических структур, активизирующих окислительно-восстановительные реакции организма.

В результате воздействия ИК-облучения усиливается фагоцитарная активность лейкоцитов, активизируются иммунобиологические процессы, рассасываются и удаляются продукты метаболизма, что обуславливает противовоспалительное действие.

Воздействие ИК-излучением показано в основном в подострой и хронических фазах воспаления. Тепло снижает мышечный тонус, снимает спазм, вызывает расслабление поперечно-полосатых (скелетных) мышц. Кроме теплового эффекта, выявлено воздействие ИК-излучения на митохондрии, энергетический центр клетки, в виде стимуляции синтеза АТФ, являющейся «топливом» для живой клетки.

В косметологии в основном используются источники смешанного ближнего и дальнего ИК-излучения: паровые приборы, грелки, лампы накаливания. В последние годы шире стали применяться источники ближнего светодиодного ИК-излучения как отечественного, так и зарубежного производства: аппарат «Спектр — ЛЦ» , «Дюна», «Биоптрон», «Слимминг лайт» и т. д.

Видимое световое излучение (ВС)
Видимое световое (ВС) излучение имеет, как уже указывалось, более короткую длину волны — от 0,76 до 0,40 мкм. Кванты ВС обладают большей энергией, чем кванты ИК-излучения, поэтому наряду с тепловым действием ВС-излучение может влиять на биохимические процессы, вызывая фотохимический эффект. Оно способно приводить атомы в возбужденное состояние, повышая способность веществ вступать в химические реакции.

В спектр видимого света входит семь основных цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый. В физиотерапии сформировалось новое направление — фотохромотерапия, основанное на применении узкополосного светодиодного излучения основных цветов. Наиболее изучено применение красного, зеленого и синего цветов.

Красный цвет
Красный цвет проникает в биологические ткани на глубину 25 мм , поглощаясь в эпидермисе и собственно коже (дерме). Около 25% падающей энергии доходит до подкожной жировой клетчатки. Красный цвет поглощается преимущественно ферментами (каталаза, церулоплазмин), а также хромотоформными группами белковых молекул и частично кислородом. В XVII и XIX веках он использовался в медицине при инфекционных заболеваниях (оспе, кори, скарлатине). Первые попытки применения его в косметологии связаны с концом XIX века, когда при лечении экземы груди красным цветом обратили внимание на изменение тургора кожи, которая приобретала нежно-розовый цвет и становилась атласной на ощупь.

При очаговом воздействии на локальные кожные зоны красный цвет изменяет местную температуру в облученных тканях, вызывает расширение сосудов, увеличение скорости кровотока, что проявляется легкой гиперемией. Он повышает тонус поперечно-полосатой и гладкой мускулатуры, стимулирует созревание коллагеновых структур. Отмечается выраженная стимуляция иммунитета и эритропоэза. Красный цвет активизирует репаративную регенерацию поврежденных тканей, что используется для более быстрого заживления раневых и язвенных дефектов кожи и слизистых оболочек.

Однако необходимо обратить внимание, что при длительных воздействиях, особенно при нейровегетативной лабильности, красное излучение может вызвать беспокойство, агрессивность и локомоторную реакцию.

Красный цвет противопоказан при лихорадочных состояниях, нервном возбуждении, выраженном отеке и инфильтрации тканей, нагноительных процессах.

Зеленый цвет
Зеленое излучение поглощается более поверхностными тканями — эпидермисом и дермой, в подкожную жировую клетчатку проникает лишь 5% излучения. Глубина проникновения зеленого излучения в ткани составляет 3—5 мм. Оно избирательно поглощается флавопротеидами дыхательной цепи и белковыми комплексами ионов кальция и способно изменять клеточное дыхание в облучаемых тканях.

Зеленый цвет относится к гармонизирующим, так как уравновешивает процессы возбуждения и торможения в центральной нервной системе, улучшает вегетативную регуляцию, обладает мягким успокаивающим действием на эмоциональное состояние человека. В результате нормализации сосудистого тонуса и нормализации кровенаполнения сосудов снижается повышенный уровень артериального и внутриглазного давления.

Отмечено благоприятное действие зеленого цвета на микроциркуляцию, что приводит к ликвидации отечности тканей. Кроме того, зеленое излучение оказывает умеренное антиспастическое действие. Обладая десенсибилизирующим эффектом, оно уменьшает выход гистамина из нейтрофилов и уменьшает кожный зуд.

Синий цвет
Синее излучение полностью задерживается эпидермисом и дермой. Оно избирательно поглощается молекулами пиридиновых нуклеотидов, гемопорфирина. Последующая активация дыхательной цепи способствует усилению гликолиза и липолиза в клетках и ускоряет процессы фотодеструкции билирубина, что ведет к его распаду до веществ, легко выводимых из организма и не оказывающих нервно-токсического действия при желтухе новорожденных (неонатальной гипербилирубинемии).

Синее излучение тормозит нервно-психическую деятельность. Оно понижает возбудимость различных нервных образований, замедляет скорость нервной проводимости и обладает обезболивающим действием. Под влиянием синего цвета происходит значительное удлинение хроноксии двигательных нервов. Это лежит в основе его применения при заболеваниях периферической нервной системы, особенно при невралгических болевых синдромах.

Есть указания на антисептические и противовоспалительные свойства синего цвета.

УФ-излучение
Ультрафиолетовое излучение (УФ) было открыто в 1801 году И. Риттером, У. Гершелем и У. Уолластоном. В спектре оптического диапазона оно занимает чуть более 1%. Фотобиологи условно разделяют весь спектр УФИ на 3 области соответственно его длине волны и особенностям биологического действия. Область А — от 0,400 до 0,320 мкм, которая обладает наиболее выраженным пигментообразованием; область В — от 0,320 до 0,275 мкм; область С — от 0,275 до 0,180 мкм.

УФ-излучение проникает в ткани на глубину 0,62 мм. Однако благодаря большой энергии фотона оно оказывает выраженное фотофизическое и фотохимическое воздействие. Естественной реакцией кожи на УФ-излучение является ультрафиолетовая эритема, которая определяет противовоспалительные и обезболивающие свойства УФ-излучения. Выраженные бактерицидные свойства УФ-лучей усиливают их противовоспалительное действие, что используется при гнойничковых заболеваниях кожи, вульгарных угрях.

В косметологической практике наибольшее значение придается пигментообразующим свойствам УФ-излучения, сообщающим коже приятный золотисто-бронзовый цвет, поэтому целесообразно применение УФИ преимущественно с «загарным» диапазоном волн.

В связи с этим при УФ-облучениях, преследующих разные цели и задачи, следует использовать специализированные селективные источники, дающие отдельные участки спектра УФИ. В косметологии применяют установки или УФ-облучатели, излучающие преимущественно УФ-излучение области А, иногда с некоторым содержанием лучей области В. Это, прежде всего, импортные установки в виде индивидуальных соляриев типа «Солана» и «Кеттлер». Из отечественных источников к этой группе принадлежат облучатели группового действия «ЭОП» и «ЭГД — 5».

УФ-облучения в соляриях (фотариях), кроме загарного действия, дают определенный лечебный эффект. После процедур кожа становится чистой и здоровой, исчезают гнойничковые заболевания, воспалительные инфильтраты, угревая сыпь. Кроме того, улучшается трофика волос, что используется для лечения очагового облысения, повышаются процессы иммунитета, усиливается регенерация красной крови, нормализуется реактивность организма.

В то же время после многократных облучений отмечают усиленное шелушение кожи, появление морщин и сухости кожных покровов. Речь идет о значительном снижении секреторной активности потовых желез в течение нескольких дней после воздействия УФ-излучения. При наличии пигментных и родимых пятен, родинок, веснушек их окраска становится более выраженной и заметной. Наблюдается усиленный рост волос и различных новообразований кожи.

         В последние годы все большее применение в медицине и народном хозяйстве находит низкоинтенсивное лазерное излучение.   Несомненно, большой интерес вызывает суждение о том, что биостимулирующее действия гелий-неонового лазера связано с его поглощением порфирин-содержащим ферментом каталазой, имеющим максимум светоабсорбции 628 нм. Повышением активности каталазы в результате облучения красным светом положительно влияет на антиоксидантную систему организма с последующим физиологическими эффектами при тех или иных заболеваниях.

            В связи с этим нами исследована каталазная активность фермента системы антиоксидантной защиты  белой мышечной ткани мальков  кутума (возрасте 4 месяцев) облученные на стадии зиготы. Облучение светом гелий-неонового лазера с интенсивностью 2,92 mВт/см² и длительностью облучения 60-240 с показало уменьшение активности каталазы по сравнению с контролем. Облученные с интенсивностью 8,09 mВт/см² с тем же временем облучения показало повышение активности каталазы по сравнению с контролем.

            Таким образом, кратковременное воздействие светом гелий-неонового лазера на оплодотворенную икру кутума с последующим ее инкубированием in vitro показало, что воздействия облучения сохраняется и дальнейшем развитии. Полученные в настоящей работе данные представляет определенный практический интерес в области терапевтического применения лазеров для воспроизводства ценных промысловых рыб.      

Каспийское море еще недавно было одним из продуктивных водоемов в мире. На его долю приходится более 30 % от общего вылова рыб во внутренних водоемах. Состав ихтиофауны уникален: шесть видов осетровых, два – лососевых, девять – сельдевых и др.

В настоящее время, очевидно, что тотальное загрязнения Каспийского моря – озера представляет реальную опасность по причине развернувшегося крупномасштабного антропогенного воздействия, которая грозит потерей рыбохозяйственного значения этого водоема.

                Для воспроизводства ценных промысловых рыб на территории Республики Дагестан и на всем побережье Северного Кавказа созданы искусственные водоемы, на базе которых  развивается интенсивное рыбоводство. Для получения наибольшего прироста рыбной продукции необходимо совершенствование способов получения рыб. В этом отношении наиболее эффективным является заводской способ получения личинок, который обеспечивает гарантированное производство молоди в необходимых количествах, что способствует снижению себестоимости товарной рыбы. Заводской способ получения личинок рыб основан на искусственном получении икры, ее оплодотворении, обесклеивании и последующем содержании в инкубационных аппаратах.

В последние годы все большее применение находит низкоинтенсивное излучение гелий – неонового лазера. Особенно эффективно оно используется в медицине и биологии, что обусловлено высоким биостимулирующим и терапевтическим действием красного света при лечении многих заболеваний. На рыбоводных предприятиях существует проблема заболеваемости рыб. В частности на осетровых рыбоводных заводах существует и требует решения проблема сапролегниоза. Благодаря целому ряду уникальных физических свойств излучения гелий-неонового лазера, его воздействием удается добиться наиболее полной реализации генетической программы развития организма, повысить уровень компенсаторной адаптации и снизить восприимчивость к сапролегниозу, также несомненный интерес представляет исследование действия лазерного излучения на эмбриональное и постэмбриональное развитие рыб. Работы такого плана немногочисленны, но тем не менее они дают представление о положительном влиянии лазерного излучения на жизнестойкость икры, вылупившиеся предличинки и личинки, а также на темп их роста и развития.

Полученные в работе данные представляет определенный практиче-ский интерес в области применения лазеров, а также для разработки новых биотехнологий воспроизводства ценных промысловых рыб.                                                                                                                                                                                                                                                           

gdf

fgdsgfds