Адрес этой статьи в интернете: www.biophys.ru/archive/congress2012/proc-p161-d.htm

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НИЗКОИНТЕНСИВНОГО ТЕРАГЕРЦЕВОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОПУХОЛЕВЫЕ ПРОЦЕССЫ

В.К. Киселев^1,2, В.И. Маколинец³, Н.А. Митряева⁴, В.П. Радионов¹

¹Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины, 61085, Украина, Харьков, ул. Ак. Проскуры 12, e-mail: kiseliov@ire.kharkov.ua

²Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина, 61022, Украина, Харьков, площадь Свободы 4

³Институт патологии позвоночника и суставов им. проф. М.И. Ситенко НАМН Украины, 61024, Украина, Харьков, ул. Пушкинская 80

⁴Институт медицинской радиологии им. С. П. Григорьева НАМН Украины, 61024, Украина, Харьков, ул. Пушкинская 82

Введение. В настоящее время вызывают интерес исследования влияния терагерцевого излучения на живые организмы. Уже накоплен некоторый опыт использования для этих целей гипервысокочастотной (ГВЧ) области (0,3…3ТГц) этого диапазона, соответствующей субмиллиметровому диапазону длин волн (1..0,1мм) [1-3]. Проведенные нами ранее исследования подтвердили биологическую эффективность ГВЧ излучения и выявили его стимулирующее действие при реабилитации различных ортопедических заболеваний и травм [4]. Установлено, что воздействие ГВЧ излучения оказывает стимулирующее действие на иммунную систему. В связи с этим возник интерес к исследованию возможности стимулирования иммунной системы при опухолевых процессах.

Постановка эксперимента и результаты. Для проведения медицинских исследований в клинических условиях, была разработана ГВЧ-лазерная установка, которая является комплексом, состоящим из ряда систем. Она включает в себя газоразрядный HCN лазер [5] с длиной волны излучения 337 мкм, систему накачки переменным током и систему прокачки активного вещества. Управление лазером и контроль излучения осуществляется с помощь пульта дистанционного управления. Поскольку в субмиллиметровом диапазоне не существует гибких лучеводов, лазерная установка снабжена уникальным пантографом-манипулятором, выполненном на квазиоптической лучеводной элементной базе [6] и предназначенным для подведения излучения в любую точку облучаемой зоны без перемещения лазера.

  Существенной проблемой HCN лазера является оседание полимерного налета на внутренних стенках разрядной трубки. Скорость образования полимерного налета и его конфигурация зависят от температуры стенок разрядной трубки и состава рабочей смеси. Для устранения оседания полимерного налета в разработанном лазере была впервые использована система избирательной термоизоляции разрядной трубки. Это позволило повысить долговременную стабильность лазера и длительность его работы без технического обслуживания и дало возможность проведения онкологических исследований, в которых серия экспериментов проводится на протяжении длительного времени.

Нами было проведено две серии экспериментов на крысах с привитой карциномой Герена. В первой серии опытов животные распределялись на три группы по 9–12 животных: I (контрольная) – не подвергалась никакому воздействию; II (опытная) – подвергалась ГВЧ-облучению; ІІІ (сравнительная) – подвергалась рентгеновскому облучению. Облучение опухолей начинали через 10 дней после прививки, когда объем опухолевого узла достигал средних размеров 5 см³. Облучению подвергалась зона роста опухоли. В данной серии был испытан режим двукратного облучения с интервалом через два дня на третий. Параметры лазерного излучения: длина волны 0,337 мм, плотность потока мощности 1600 мкВт/см² (доза 1,44 Дж/см²); площадь облучения ~ 1 см². При рентгеновском облучении суммарная поглощенная доза на зону роста опухоли составила 10 Гр. Были проведены гистологические исследования опухолей и произведен сравнительный анализ изменений вызванных ГВЧ- и рентгеновским облучением. На рис. 1 представлены морфологические изменения, произошедшие в структуре тканей опухоли. Эти исследования свидетельствуют о значительном влиянии ГВЧ-излучения на организм животных и о непосредственном его влиянии на опухолевые клетки.

а)	б)	в)	г)	д)	е)
Рис. 1. Структура тканей карциномы Герена (гематоксилин – эозин, 10х100): а – до облучения; б –отдельные клетки с гомогенною оксифильной цитоплазмой и хромосомной пластинкою (после ГВЧ облучения); в – клетки с фрагментированным ядерным хроматином и уменьшенной гранулированной цитоплазмою (после ГВЧ облучения); г – фрагментированные ядра камбиальных клеток (после ГВЧ облучения); д – клетки с увеличенными просветами в центре ядер и поврежденными ядерными оболочками (после рентгеновского облучения); е – камбиальные клетки с гиперхромным ядром и узкой полоской цитоплазмы (после рентгеновского облучения)

Результаты первой серии опытов приведены в таблице 1. Как видно из приведенных данных, ГВЧ- и рентгеновское облучение вызывали торможение роста опухоли, но с разной эффективностью. Отставание роста опухоли относительно контроля, особенно в ранние сроки после облучения, было более выражено после действия рентгеновского облучения. Торможение роста опухоли после первого и второго сеанса составило 32,3 и 46,2% соответственно. После действия ГВЧ-облучения данный показатель составил соответственно 20,9 и 25,1%. На конечном этапе наблюдения разница темпов роста опухоли после этих двух типов облучения снижается. Снижение ее роста под воздействием ГВЧ-облучения составляло 26,5%, а рентгеновского облучения 36,2%.

Таблица 1 -Динамика роста карциномы Герена при двухразовом ГВЧ и рентгеновском облучении (1 серия исследований)
Группы	Средний объем опухоли (см^3) в зависимости от срока наблюдения, сутки
	10 (до облучения)	12 (после первого сеанса облучения)	15 (после второго сеанса облучения)	21 (10 сутки после двух сеансов облучения)	30 (20 сутки после двух сеансов облучения)
Группа I (контроль)	5,7±0,5	8,6±0,8	15,5±1,4	32,7±1,4	45,6±2,9
Группа ІІ (ГВЧ-облучение)	5,3±0,3	7,8±0,5 (р=0,4)	12,2±0,9 (р=0,4)	24,5±1,9*	33,5±2,1*
Группа ІІІ (рентген. облучение)	5,2±0,3	7,8±0,4 (р=0,4)	10,5±0,8 (р=0,1)	17,6±1,9*	29,1±2,3*

* – достоверность отличий по сравнению с контролем (р<0,05)

Во второй серии опытов ГВЧ-облучение животных начинали через 5 дней после перепрививки опухоли, когда опухолевый узел слабо пальпировался и невозможно было оценить его диаметр. Использовали режим ежедневного ГВЧ-облучения зоны роста опухоли в течение 7 дней с плотностью потока мощности 400 мкВт/см². В данной серии оценивали динамику роста опухоли и среднюю выживаемость животных в условиях опыта. Животных распределяли на две группы по 9-12 животных: I (контрольная) – не подвергалась воздействию; ІІ (опытная) – подвергалась ГВЧ-облучению. Результаты второй серии экспериментов приведены в табл.2.

Таблица 2 - Динамика роста карциномы Герена при ежедневном ГВЧ-облучении на протяжении 7 суток (2 серия исследований).
Группы	Средний объем опухоли (см^3) в зависимости от срока наблюдения, сутки
	5	15	21	30
Группа 1 (контроль)	1,6±0,3	9,1 ± 0,9	24,2 ± 3,2	35,3 ± 3,9
Группа ІІ (ГВЧ-облучение)	1,5 ±0,2	12,5 ± 1,6 (р = 0,47)	32,7 ± 3,1 (р = 0,08)	45,8 ± 3,6 (р = 0,07)

Как видно из приведенных данных, ежедневное ГВЧ облучение, напротив, ускорило темпы роста опухоли. Однако при этом увеличилась и продолжительность жизни животных. Средняя продолжительность жизни в контрольной группе составила 28,2±1,8 суток, а в группе животных, которые подвергались ГВЧ-облучению – 34,5±2,1 суток.

Выводы. Полученные результаты свидетельствуют о влиянии ГВЧ-излучения на темпы опухолевого роста и сильной зависимости этого влияния от методики облучения. При различных методиках облучения темпы роста могут как замедляться, так и ускоряться. Разработка оптимальных схем и режимов использования этого вида облучения требует дальнейших исследований. \

Литература

1. Federov V. Comparative study of the effects of infrared, submillimeter, and millimeter EM radiation. // Biophysics, 2001. 46(2): p. 293–297.

2. Clothier R.H. and N. Bourne, Effects of THz Exposure on Human Primary Keratinocyte Differentiation and Viability. Journal of Biological Physics, 2003. 29(2): p. 179–185.

3. Ramundo-Orlando, A., Terahertz Radiation Effects and Biological Applications. Journal of Infrared.// Millimeter and Terahertz Waves, 2009. 30(12): p. 1308–1318

4. Kiseliov V.K., Ye.M.Kuleshov, V.I.Makolinets, M.S.Yanovsky, V.P.Radionov, B.N.Shevtsov. Z.N.Danischuk Influence of low-energetic submillimeter laser radiation on posttraumatic skin wounds // The sixth Int.Symp. “Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter, and Submillimeter Waves” (MSMW’2007) June 25-30, 2007, Kharkov, Ukraine Symp.Proc.,Vol.2, pp. 907-909.

5. Газорозрядний субміліметровий лазер: патент 86298 Україна: МПК Н01S 3/00 / Кісельов В.К., Радіонов В.П. ‑ № а200709205; заявл. 13.08.2007; опубл. 10.04.2009, Бюл. №7.

6. A. N. Akhiezer, A.I. Goroshko, Ye.M. Kuleshov, et al., Dielectric Beamguide of Sub-mm Wavelength Range, USSR Patent no 302054, priority from 28 Nov. 1969.

THE RESEARCH OF THE LOW-INTENSITY TERAHERTZ LASER RADIATION INFLUENCE ON THE TUMOR PROCESSES

V.K. Kiseliov ^1,2, V.I. Makolinets ³, N.A. Mitryaeva ⁴, V.P. Radionov ¹

¹ A. Ya. Usikov Institute of Radiophysics and Electronics of National Academy of Sciences of Ukraine, 12 Ac. Proskury Street, Kharkov, 61085, Ukraine e-mail: kiseliov@ire.kharkov.ua

² V.N. Karazin Kharkov National University, 4 Svoboda Square, 61022 Kharkov, Ukraine

³ Professor M.I. Sitenko Institute of Spine and Joints Pathology of NAMS of Ukraine 80 Pushkinskaya St., Kharkov, 61024, Ukraine

⁴ S.P. Grigoriev Institute of Medical Radiology of NAMS of Ukraine, 82 Pushkinskaya St., Kharkov, 61024, Ukraine