Скачать электронную версию статьи (в свободном доступе).

English Abstract

Цель: Изучение воздействия лазерного излучения в инфракрасном диапазоне спектра поглощения эндогенного кислорода с l~1265 нм (светокислородный эффект) и фотодинамического эффекта на эритроциты для совершенствования методики их клинического применения.
Материал и методы: Для проведения исследований светокислородного эффекта на эритроцитах применялся изготовленный по нашему техническому заданию лазерный аппарат (длина волны l~1265 нм) с регулируемой мощностью излучения от 0 до 3 Вт и непрерывным режимом генерации с волоконно-оптическим выходом излучения. Для исследования фотодинамического эффекта (ФДЭ) применялся компактный полупроводниковый лазер l~405 нм, мощностью до 0,5 Вт/см². Использовались эритроциты, полученные при заборе крови из локтевой вены у донора-добровольца непосредственно перед экспериментом. К эпиквотам эритроцитов в физиологическом растворе для моделирования ФДЭ добавлялся фотосенсибилизатор (ФС) Фотодитазин с одинаковыми концентрациями и проводилось их облучение с l~405 нм с экспозиционными дозами 15, 25, 45, 90 Дж/см² с плотностью мощности 0,3 Вт/см². Контролем являлись эритроциты без облучения, с добавлением ФС, без добавления ФС и с облучением без ФС с теми же параметрами. Для исследования светокислородного эффекта (СКЭ) были использованы экспозиционные дозы 15, 25, 45, 90 Дж/см² с плотностью мощности 0,25 Вт/см². Далее образцы готовились по стандартной методике для проведения сканирующей электронной микроскопии (СЭМ).
Результаты: На фотографиях в контроле (эритроциты интактные) и на фотографиях при последующих воздействиях при больших увеличениях видно, что эритроциты представлены в основном в виде сфероцитов, что может быть объяснено методикой проведения эксперимента, поскольку для хранения эритроцитов не использовались консерванты и охлаждение. Были выявлены определенные изменения у эритроцитов при добавлении ФС (без облучения) в виде наличия у некоторых из них единичных пальцевидных выростов мембран (спикул), как и при облучении их с l~405 нм без ФС. При облучении с этой же длиной волны, с добавлением ФС к спикулам добавлялись отдельные выросты плазматических мембран, которые соединяли между собой некоторые клетки. При моделировании СКЭ, начиная с экспозиционной дозы 45 Дж/см², появлялись отдельные стоматоциты, а при экспозиционной дозе 90 Дж/см² были видны многочисленные выросты плазматических мембран пальцевидной формы (спикулы) и частое соединение эритроцитов между собой посредством этих выростов (перетекание внутримембранного содержимого или текучесть мембран).
Заключение: Появление отдельных пальцевидных выростов мембран при добавлении ФС может быть обусловлено как проявлением фотодинамического эффекта с повреждением мембран клеток, находящихся длительное время в условиях естественного и искусственного освещения, так и темновым эффектом. Появление специфических повреждений мембран при облучении эритроцитов с l~405 нм может быть вызвано наличием эндогенных порфиринов в клетках. Изменения мембран при СКЭ схожи с таковыми при ФДЭ, но более выражены при большей дозе облучения, что свидетельствует о повреждении белковолипидной составляющей мембраны. Полученные данные выявили неоднородность мембран эритроцитов, где, повидимому, имеются участки со структурой более восприимчивой к применяемым воздействиям, что нуждается в дальнейших исследованиях. Все вышеизложенное дает основания к проведению работ по выявлению некоторых механизмов как СКЭ, так и ФДЭ и в дальнейшем должно способствовать подбору оптимальной терапии с их использованием в клинической практике.

Ключевые слова: эритроциты, фотодинамический эффект, светокислородный эффект, электронная микроскопия, инфракрасное лазерное излучение

Реферат

Purpose: To study effects of laser radiation in the infrared range of absorption spectrum of endogenous oxygen with l~1265 nm (lightoxygen effect) and photodynamic effects at red blood cells so as to improve techniques for their clinical application.
Materials and methods: To study the light-oxygen effect at red blood cells, a laser device was manufactured by the authors’ technical specifications (wavelength l~1265 nm) with an adjustable radiation power from 0 to 3 W, continuous generation mode and fiber-optic radiation output. To study the photodynamic effect (PDE), a compact 405 nm semiconductor laser with power up to 0.5 W/cm² was used. Red blood cells were taken from the blood of ulnar vein in a volunteer donor right before the experiment. A photosensitizer (PS) "Photoditazine" with the same concentrations was added to the epiquots of erythrocytes in the physiological solution for modeling PDE; they were irradiated with l~405 nm with exposure doses of 15, 25, 45, 90 J/cm² and power density of 0.3 W/cm². Controls were erythrocytes without irradiation, with added PS, without PS, and irradiated without PS but with the same parameters. Exposure doses 15, 25, 45, 90 J/cm² and power density 0.25 W/cm² were used to study the light-oxygen effect (LOE). After that, the obtained samples were prepared by the standard procedure for scanning electron microscopy examination (SEM).
Results: On photos taken in the controls, red blood cells are intact; and on photos with subsequent exposure and at higher magnifications, one can see that red blood cells have mostly forms of spherocytes, which can be explained by the experimental protocol, namely: preservatives and refrigeration were not used for storing these red blood cells. Certain changes were revealed in some erythrocytes with added PS (without irradiation) which had single finger shaped outgrowth of membranes (spicules), as well as in erythrocytes irradiated with l~405 nm without PS. When irradiated with the same wavelength and with added PS, separate outgrowths of plasma membranes are seen at the spicules which pieced some cells together. When simulating LOE and with starting exposure dose 45 J/cm², individual stomatocytes appeared; and at exposure dose 90 J/cm², numerous finger-shaped plasma membrane out growths (spicules) and adherence of red blood cells to each other through these outgrowths (overflow of intramembrane contents or membrane fluidity) were often seen too. Conclusion: Individual fingershaped outgrowths of membranes with added PS may appear due to both - photodynamic effect after damage of cell membranes exposed to natural and artificial lighting for a long time, and to the dark effect. Specific membrane impairmenst during irradiation of erythrocytes with l~405 nm may be caused by endoge nous porphyrins present in cells. Membrane changes in LOE are similar to those in PDE, but are more pronounced with higher radiation doses, thus indicating the damage to the proteinlipid component of the membrane. The data obtained revealed the heterogeneity of erythrocyte membranes, where, apparently, there are areas with structures more susceptible to the applied effects; however, these speculations need further research confirmation. All of the above gives grounds to carry out further work to identify some LOE and PDE mechanisms which, in future, should contribute to the selection of optimal therapy in clinical practice.
Conclusion: Individual finger-shaped outgrowths of membranes with added PS may appear due to both - photodynamic effect after damage of cell membranes exposed to natural and artificial lighting for a long time, and to the dark effect. Specific membrane impairmenst during irradiation of erythrocytes with l~405 nm may be caused by endogenous porphyrins present in cells. Membrane changes in LOE are similar to those in PDE, but are more pronounced with higher radiation doses, thus indicating the damage to the protein-lipid component of the membrane. The data obtained revealed the heterogeneity of erythrocyte membranes, where, apparently, there are areas with structures more susceptible to the applied effects; however, these speculations need further research confirmation. All of the above gives grounds to carry out further work to identify some LOE and PDE mechanisms which, in future, should contribute to the selection of optimal therapy in clinical practice.

Key words: erythrocytes, photodynamic effect, light-oxygen effect, erythrocytes electron microscopy, infrared laser radiation

DOI: 10.52775/1810-200X-2026-109-1-48-62