Поглощение света при лечении лазером
Рассмотрим, что собой представляет поглощение света при лечении лазером. При поглощении большого количества света происходит нагревание поглотившего вещества, т. е., используя лазер, можно нагревать внутренний слой кожи, не нагревая внешние слои, при этом глубина залегания нагреваемой ткани выбирается подбором частоты света лазера.
[[MORE]]
Вещество, поглощающее свет, называют хромофором. В роли хромофора может выступать любой компонент человеческого тела: гемоглобин крови, меланин, жир, вода в клетках, инородные включения (опухоли, гематомы), стенки сосудов. Зависимость коэффициента поглощения от длины волны падающего света (спектр поглощения) для большинства компонентов кожи известна (табл. 2), что позволяет выбрать из доступных длин волн лазера ту, которая будет максимально поглощаться целевым объектом, как можно меньше затрагивая его соседей.
Рассмотрим подробнее поглощение света с разными длинами волн основными хромофорами, входящими в состав кожи.
Ультрафиолетовый свет (УФ) с длинами волн в диапазоне от 200 до 290 нм неплохо поглощается всеми биологическими объектами (клетками и тканью). При увеличении длины волны от 300 до 400 нм поглощение УФ заметно ослабевает и происходит в основном за счет нуклеиновых кислот и бесцветных участков кожи.
Таблица 2
Коэффициенты абсорбции основных кожных хромофоров в зависимости от длины волны света
Характеристики света
Величины
Длина волны ?,, нм
410
532
595
694
755
810
940
1064
Глубина проникновения света в кожу, мкм
100
350
550
750
1000
1200
1500
1700
Кожные хромофоры
Коэффициенты поглощения, см-1
Оксигемоглобин
2000
190
35
1,2
2,3
3,6
5,2
2,2
Дезоксигемоглобин
1300
140
96
6,6
5,2
2,7
3,0
0,6
Меланин
140
56
38
23
17
13
7
5,7
Вода
6,7х10-5
4,4х10-4
1,7х10-3
5,9х10-3
0,029
0,022
0,18
0,144
Поглощение света при лечении лазером. Спектры поглощения основных кожных хромофоров
Видимый свет (длины волн от 400 до 760 нм) хорошо поглощается кровью (гемоглобин) и пигментом (меланин). Остальные клетки и вода практически не поглощают в этом диапазоне, поэтому цвет кожи сильно зависит от пигментации ее верхних слоев и притока крови. Также в этом диапазоне могут поглощать внесенные в кожу посторонние вещества (например татуировочные пигменты).
В инфракрасном (ИК) диапазоне (более 760 нм) возрастает поглощение многих биомолекул, а поглощение меланином и гемоглобином значительно ослабевает. Длины волн более 1200 нм поглощаются преимущественно водой (максимум длины – около 2900 нм), содержащейся в организме практически повсеместно. В диапазоне 1200 – 1700 нм находятся максимумы поглощения жира. Около 6000 – 7000 нм резко возрастает коэффициент поглощения света коллагеном, что позволяет нагревать его напрямую, а не путем теплопередачи от молекул воды (как происходит при использовании Er:YAG и CO2 лазеров).
Из всех кожных хромофоров наибольший интерес представляют гемоглобин, меланин и вода, т. к. максимумы их поглощения лежат в разных областях спектра, а сами они хорошо представлены в коже.
Вода является прозрачной во всем видимом диапазоне волн и его окрестности (200 – 900 нм), но хорошо поглощает свет с длиной волн менее 150 и более 1300 нм. Максимум поглощения находится около 2940 нм, после чего оно плавно спадает, но остается значимым до 12 мкм и более.
Гемоглобин. Максимумы поглощения света окси- и дезоксигемоглобином находятся вблизи 415, 430, 540, 555 нм. При этом с ростом длины волны интенсивность поглощения в среднем спадает. Интерес представляет диапазон 600 – 750 нм, в котором очевидным преимуществом обладает именно дезоксигемоглобин.
При длинах волн более 1100 нм поглощение гемоглобином теряется на фоне существенно усиливающегося поглощения света водой.
Меланин. Поглощение света меланином довольно быстро спадает при росте длины волны от 300 до 1000 нм. В диапазоне 300 – 450 нм поглощение максимально, однако эти же длины волн значительно сильнее поглощаются гемоглобином. Свет с длинами волн 450 – 500 и 600 – 1000 нм меланин поглощает интенсивнее всех остальных хромофоров, а при длине волны более 1100 нм теряется на фоне воды.
Углерод. Несмотря на то, что он является основой всей известной жизни, в здоровые ткани чистый углерод попадает только извне (например татуаж), но выделяется в виде графита из органических молекул при их длительном разогреве до температуры в несколько сотен °С. Из-за очень сильного поглощения в широком диапазоне волн углерод не пропускает свет внутрь кожи, приводя к высокому поверхностному нагреванию.
Различные составляющие кожи (как и любого другого органа) часто поглощают свет с разными длинами волн, что может быть эффективно использовано в медицине. Спектры поглощения и концентрация основных хромофоров в разных участках кожи полностью определяют ее взаимодействие с монохроматическим светом лазера и, соответственно, реакцию на дерматологические процедуры. Избирательное нагревание отдельных элементов кожи называют селективным фототермолизом., точечный характер нагревания при котором снижает вероятность масштабного термического повреждения тканей. Поскольку области нагрева локализованы, данная методика, по сравнению с другими, обычно уменьшает болезненность.