С момента возникновения физиотерапии исследователей и врачей всегда интересовали механизмы действия лечебных физических факторов на организм. Однако более или менее системные представления о них, базирующиеся на результатах научных исследований, появились в 50–60-х годах XX столетия (А. Р. Киричинский, А.Н. Обросов, В. Г. Ясногородский и др.). Развитие молекулярной биологии, обосновавшей важную роль молекулярных процессов в патогенезе и терапии многих заболеваний, явилось толчком к изучению действия лечебных физических факторов на уровне отдельных молекул. Многие из них, как известно, принято считать биологически активными, участвующими в регуляции биохимических процессов и физиологических функций организма. Именно полифункциональность таких молекул должна прежде всего привлекать внимание физиотерапевтов, так как влияние на их метаболизм физических факторов может лежать в основе разветвленного характера действия последних. К тому же они играют важную роль и в патогенезе заболеваний, поэтому их исследование может способствовать пониманию многих сторон лечебного действия физических факторов.

В настоящей статье впервые делается попытка обобщить и осмыслить участие различных молекул, прежде всего некоторых биологически активных веществ, в физиологическом и лечебном действии средств и методов физиотерапии.

Общие замечания о молекулярных механизмах действия физических факторов

Молекулярный подход к проблемам физиотерапии представляется обоснованным, плодотворным и весьма перспективным, хотя и требующим совершенно нового уровня исследований и мышления. Как известно, молекула — достаточно лабильная система, характеризующаяся наличием ряда как сильных, так и слабых связей. Именно присутствие слабых связей обеспечивает, с одной стороны, лабильность, структурную подвижность и функциональную адаптивность молекул, что весьма важно для обеспечения высокого уровня устойчивости и приспособляемости живых систем. С другой стороны, наличие слабых связей в молекулах, особенно в молекулах более сложного уровня, делает их уязвимыми для любых внутренних и внешних изменений, в том числе для воздействий лечебными физическими факторами. Как нам представляется, этот механизм, что мы и попытаемся показать ниже, играет далеко не последнюю роль в физиологическом и лечебном действии физиотерапевтических методов. Влияние лечебных физических факторов на отдельные молекулы может быть прямым или опосредованным, и разграничить это, даже теоретически, не всегда представляется возможным. Рассмотрим наиболее вероятные механизмы их действия на молекулярном уровне.

Как уже отмечалось, даже в простой, а тем более в сложной молекуле имеется большое число прочных (ковалентных) и слабых (водородных, ионных, Ван-дер-Ваальса и др.) связей с различной (от нескольких до нескольких сотен кДж/моль) энергией. Фундаментальное значение для биологии и, по-видимому, для физиотерапии имеют слабые связи. Одним из важнейших биологических свойств таких связей является их способность благодаря непрочности (малой энергии) разрываться и вновь соединяться даже при обычных физиологических условиях, что исключительно важно для выполнения молекулой своих функций. В свете обсуждаемой проблемы уместно заметить, что слабые связи требуют для своего образования и разрушения весьма малого количества энергии, сопоставимой с энергией тепловых столкновений молекул и равной 2,5 кДж/моль, вследствие чего эти процессы происходят и без участия ферментов.

Каждый вид связи ответствен за определенный уровень организации и взаимодействия молекул: ковалентная связь, например в белках, определяет их первичную структуру, водородная — вторичную, а гидрофобная и Ван-дер-Ваальса — третичную. Естественно, разрыв той или иной связи сопровождается вполне определенными изменениями структуры и функции молекул.

Поскольку энергия используемых с лечебно-профилактическими целями физических факторов колеблется в довольно широких пределах, то вызываемые ими изменения на молекулярном и субмолекулярном уровнях носят весьма разнообразный характер. Энергии некоторых лечебных физических факторов достаточно для разрыва даже прочных связей, что и определяет молекулярный уровень их первичного действия на организм. К примеру, характер первичных фотобиологических реакций при светолечении определяется энергией квантов действующего оптического излучения. В инфракрасной области энергии фотонов ((1,6—2,4) х10-19 Дж) достаточно лишь для увеличения энергии колебательных процессов биологических молекул. Видимое излучение, энергия фотонов которого составляет (3,2—6,4)х10-19 Дж, способно вызвать их электронное возбуждение и фотолитическую диссоциацию. Наконец, кванты ультрафиолетового излучения с энергией (6,4—9,6)х10-19 Дж вызывают ионизацию молекул и разрушение ковалентных связей [10]. Кстати, электромагнитные излучения, имеющие энергию выше 1,6·10-19 Дж (12 эВ) и способные ионизировать вещество, называют ионизирующими. К ним, кроме дальних ультрафиолетовых лучей, относят радиоактивные и рентгеновское излучения.

Последствия разрыва связей в молекулах под действием лечебных физических факторов могут быть самыми различными. Например, при использовании УФ-излучения в тканях может происходить образование свободных радикалов ароматических и серосодержащих белков и пиримидиновых оснований нуклеиновых кислот, фотолиз белковых молекул, декарбоксилирование тирозина с последующим образованием меланина и др. [3, 10, 31, 52]. Действие радиоактивных излучений, в том числе при радонотерапии, может сопровождаться радиолизом воды, образованием перекиси водорода, свободных радикалов нуклеиновых кислот и липидов, индуцирующих различные метаболические процессы в клетках и тканях [3, 21]. Образование свободных радикалов различных молекул наблюдается и при действии многих других физических факторов (ультразвук, магнитные поля), что дало основание в свое время предложить свободнорадикальную теорию их первичного действия [23, 24]. Интерес к свободнорадикальной концепции в физиотерапии обусловлен той универсальной ролью, которую свободные радикалы играют в жизнедеятельности организма и патогенезе многих патологических состояний.

По влиянию на свободнорадикальные процессы физиотерапевтические факторы принято делить на три группы: 1) инициирующие свободные радикалы — ионизирующая радиация, ультрафиолетовые лучи, ультразвук, повышенное парциальное давление кислорода; 2) ингибирующие свободнорадикальное окисление — пелоиды, сероводородные ванны, пониженное парциальное давление; 3) косвенно действующие на радикальные процессы — различные токи, видимое и инфракрасное излучения, микроволны и др. [23].

Наряду с разрывом связей в основе молекулярных изменений может лежать и резонансное поглощение физических факторов. Оно обусловлено совпадением собственной частоты колебаний молекул с частотой действующего физического фактора, что сопровождается изменением их конформации, увеличением амплитуды колебаний, смещением электрических зарядов и другими физико-химическими эффектами, сказывающимися на функциональной активности молекул [58, 61]. Частота конформационных колебаний, которая является важной характеристикой внутримолекулярной подвижности, может варьировать от десятков герц (рибонуклеаза) до десятков килогерц (полипептиды) [90]. Для белков характерны и более высокочастотные структурные колебания, возникающие в связи с их упругими деформациями [78]. Они могут обеспечить поглощение энергии электромагнитных колебаний сверхвысокой частоты (микроволн). Циклотронные частоты простых ионов, наоборот, лежат в области низких частот, и сегодня ведется активный поиск возможности использования «циклотронного резонанса» в биологии и медицине [72, 74, 89]. В широком диапазоне может изменяться частота внутримолекулярной подвижности воды, что открывает большие возможности ее участия в механизмах действия лечебных физических факторов, особенно магнитных и электромагнитных полей [66]. Молекулы воды осуществляют либрационное, трансляционное и вращательное движения, частота которых равна соответственно 109, 108 и 106 Гц [13].

Сведения о резонансных эффектах весьма важны для физической терапии. С одной стороны, они позволяют глубже и объективнее понять интимные механизмы действия лечебных физических факторов на организм. Например, нами они были использованы при разработке конформационной теории действия лечебных физических факторов [58, 61, 62], получившей экспериментальное подтверждение и всеобщее признание. С другой стороны, резонансные явления следует учитывать при разработке современной физиотерапевтической аппаратуры — в диапазоне рабочих частот импульсных воздействий обязательно должны предусматриваться резонансные частоты [64, 65, 74].

Физические факторы влияют не только на структуру и функцию различных молекул. Они могут изменять и концентрацию метаболитов, оказывая воздействие на их биосинтез. Биосинтетический эффект физиотерапевтических методов может быть вызван как прямым действием на сами молекулы (например, ферменты), так и различными косвенными (вторичными) механизмами. Остановимся на наиболее вероятных из них.

Обмен веществ и биосинтетические процессы, в частности, могут усиливаться вследствие повышения температуры тканей, обусловленного поглощением энергии физических факторов и превращением ее в тепло. Местная температура тканей может повышаться на 3–6 °С, а при гипертермических воздействиях и более. Скорость метаболизма, в частности, ферментативных реакций в живых системах возрастает по мере повышения температуры, подобно тому как это бывает с химическими реакциями, происходящими вне организма. Во многих случаях повышение температуры на каждые 10 °С приводит к увеличению скорости реакции в два раза [37].

На метаболизм и активность веществ, особенно белков и пептидов, существенно влияет рН среды. Как правило, график зависимости активности вещества (фермента) от рН имеет колоколообразную форму с определенным оптимумом, находящимся обычно в области изоэлектрической точки молекулы. Сдвиги рН, обусловленные действием лечебных физических факторов (электрических токов, ультразвука, минеральной воды и др.), в сторону алкалоза или ацидоза приводят к заметным изменениям обмена веществ и активности отдельных метаболитов. Повышение проницаемости и усиление диффузионных процессов, сопровождающих действие многих физиотерапевтических факторов, тоже могут сказываться на биосинтетических процессах в организме.

Хотелось бы упомянуть также о микроциркуляции и регионарном кровообращении как факторах, играющих заметную роль в обмене веществ и метаболизме отдельных молекул [2, 79]. Наблюдения показывают, что большинство лечебных физических факторов усиливает кровообращение на уровне микроциркуляции, а некоторые — многократно. Нами, например, установлено влияние физических факторов не только на объем тканевого кровотока, но и на принцип работы капилляров в некоторых тканях. Попеременный принцип работы капилляров может изменяться в сторону увеличения фазы задержки (периода отключения капилляра), что существенно удлиняет контакт крови с эндотелием и увеличивает переход метаболитов в ткани. Следовательно, стимуляция тканевого кровотока и модификация циркуляции может считаться одним из механизмов увеличения концентрации различных веществ, в том числе биологически активных, и улучшения трофики тканей. При обсуждении этого механизма необходимо также учитывать ту огромную роль, которую играет эндотелий в регуляторно-метаболических процессах [2, 46]. Через стимуляцию (или подавление) регуляторно-метаболической функции эндотелия лечебные физические факторы способны существенно влиять, по крайней мере, на баланс и активность вазоактивных веществ и многих биорегуляторов.

Особого рассмотрения заслуживает такой регуляторный механизм, как связывание и высвобождение биологически активных веществ. Как известно, большинство веществ, активно участвующих в метаболизме и играющих важную роль в проявлении физиологической активности тканями, органами и системами, может находиться как в свободной (активной) форме, так и в связанном (неактивном) состоянии. Нами впервые было высказано предположение, что физические факторы могут активно влиять на процесс образования свободных форм веществ и тем самым реализовывать свое действие на организм [58, 59]. Функцию связывания в организме выполняют полиэлектролиты, прежде всего белки. Величина энергии связей, возникающих между связываемыми веществами и белками, не превышает 5–10 ккал/моль [26, 77]. Такая связь может легко нарушаться при различных внешних воздействиях.

Эти предпосылки получили подтверждение как в наших исследованиях, так и в работах других авторов [58, 60, 63, 65, 68, 73]. Было действительно установлено, что большинство физиотерапевтических процедур сопровождается увеличением (дифференцированным и различной степени выраженности) свободных форм многих веществ: ионов, гормонов, витаминов, гистамина, серотонина и др. Данное открытие было положено в новую концепцию влияния лечебных физических факторов на организм, основу которой составляет представление об образовании свободных форм веществ как универсальном механизме их первичного действия. Эта концепция позволяет во многом понять преимущественно стимулирующий характер физиотерапевтических методов, а также повышение фармакологической активности лекарств при их применении в комплексе с физическими факторами [35, 60].

Как известно, в коже, являющейся первым барьером на пути любого физиотерапевтического воздействия, особую роль играют тучные клетки. Через них осуществляется сложный каскад биохимических реакций, обеспечивающих тканевой гомеостаз [36]. Тучные клетки могут быть первичной клеточной мишенью при действии лечебных физических факторов [48, 61, 65], а происходящая при этом их дегрануляция сопровождается выбросом различных физиологически активных веществ (геперин, гистамин, серотонин, протеазы и др.)

Вторичные молекулярно-метаболические изменения при действии лечебных физических факторов могут возникать и вследствие их влияния на нейрогуморальную регуляцию в организме [61, 65, 73]. Являясь сложными раздражителями, лечебные физические факторы способны вызвать рефлекторную реакцию, выброс различных регуляторных молекул, а также обеспечить организм информацией, включающей механизмы системной организации поведенческого акта, направленного на полезный организму системный приспособительный результат [8, 9]. В обеспечении адаптивных функций при действии физиотерапевтических методов большую роль играют гормоны, биогенные амины, нейропептиды, кинины, оксид азота и другие биорегуляторные молекулы. При курсовых воздействиях основу долгосрочных изменений метаболизма составляет синтез специфических белков, несущих структурную и ферментативную функцию [32, 65].

Таким образом, даже из беглого рассмотрения вопроса следует, что теоретически существует множество прямых и косвенных механизмов действия лечебных физических факторов на молекулярном уровне, сопровождающегося изменением как метаболизма веществ в целом, так и уровня и состояния отдельных, в том числе физиологически активных, молекул. К сожалению, участие отдельных молекул в действии различных по природе физических факторов изучено пока явно недостаточно. Вместе с тем уже сегодня можно привести конкретные данные, подтверждающие изменение уровня многих важных молекулярных соединений под влиянием физиотерапевтических воздействий.

Участие отдельных молекул (веществ) в реализации действия физических факторов

Обмен веществ представлен огромным разнообразием молекул, полное рассмотрение которых в статье — непосильный, да и ненужный труд. Поэтому в данной работе объектом изучения послужат вещества, которые: а) играют наиболее универсальную роль в регуляторных процессах в организме; б) имеют патогенетическое значение для многих болезненных процессов; в) принимают участие в действии многих лечебных физических факторов.

Оксид азота. В настоящее время принято считать, что оксид азота (NO), синтезируемый в организме, представляет собой уникальный вне- и внутриклеточный мессенджер, опосредующий нейротрансмиссию, межклеточные взаимодействия, вазодилатацию, иммунологические процессы и др., т.е. обладает полифункциональным физиологическим действием [12, 55]. Усиление или подавление продукции NO и его метаболитов в организме является одним из факторов регуляции физиологических функций, а также патогенеза некоторых патологических состояний [12, 20, 25, 55]. Все больше данных свидетельствует о существенной роли NO в механизме действия физических факторов [25, 70].

Показано, например, что релаксирующий эффект, вызванный электростимуляцией гладкой мускулатуры кавернозных тел, реализуется благодаря NO-эргическим механизмам. Дополнительное введение L-NAME (ингибитор синтазы оксида азота) вызывало снижение эффекта миорелаксации до 37,3% [86].

Существенную роль NO играет в различных эффектах лазерного излучения. В частности, расширение сосудов микроциркуляторного русла, наблюдаемое при действии импульсного ультрафиолетового лазера, реализуется за счет участия монооксида азота [91]. Введение его ингибиторов нивелировало этот эффект лазерного излучения. Участие NO в фоторасширении сосудов подтверждают и другие авторы [93]. Нами также показано, что оксид азота участвует в реализации модулирующего действия на афферентную импульсацию соматических нервов полихроматического поляризованного света, а подкожное введение L-NAME нивелировало прирост вызванной облучением афферентации. Последующая подкожная инъекция нитропруссида натрия приводила к реконструкции паттерна афферентной активности в этих нервах при повторном облучении кожи поляризованным светом [80, 94].

Известно участие NO в механизмах действия фотодинамической терапии [88]. Введение L-NAME перед проведением фотодинамической терапии значительно усиливает ее онкоцидное действие. Уровень эндогенного монооксида азота в опухолевой ткани считается одним из маркеров ее чувствительности к фотодинамической терапии.

Имеются веские основания предполагать, что оксид азота играет важную роль в действии физических факторов, вызывающих местное повышение температуры. Нагревание кожи сопровождается многократным увеличением кровотока, зависящим от уровня монооксида азота. Введение L-NAME значительно уменьшало кровоток, несмотря на повышение температуры кожи, а введение нитропруссида натрия восстанавливало сниженный кровоток в капиллярах кожи [95]. В основе описанных изменений может лежать повышение активности NO-синтазы, наблюдаемое при увеличении температуры.

Ряд исследований, в том числе наши собственные, показал участие монооксида азота в модулирующем действии магнитных полей на двигательную активность и ноцицептивные реакции [80, 81, 87, 92]. Процессам образования и разрушения NO придается важное значение и в механизмах местного и центрального действия электромагнитных полей [84, 94]. Особая роль отводится оксиду азота как фактору регуляции баланса вне- и внутриклеточного кальция.

Способность оксида азота регулировать многие физиологические и патологические процессы позволяет предполагать важную роль этой «молекулы века» в действии и других лечебных физических факторов, что подтвердят, думается, ближайшие исследования. И, как справедливо замечает Т. А. Золотарева [25], процессы биотрансформации оксида азота, течение которых предопределяется состоянием организма, с одной стороны, детерминируют характер эффекта физических факторов, а с другой стороны — эти факторы оказывают влияние на метаболизм NO и его содержание в тканях, что может быть пусковым механизмом реализации основных эффектов физической терапии. Дальнейшие исследования этого вопроса, полагаем, важны не только для теории физиотерапии, но и для клинического использования лечебных физических факторов.

Нейропептиды — класс физиологически активных веществ преимущественно мозгового происхождения, играющих ключевую роль в регуляции (реализации) разнообразных функций организма. По химическому строению большинство из них представляют собой относительно короткие цепи (чаще 8–10) аминокислотных остатков. Нейропептиды являются элементами глобальной системы регуляции гомеостаза, в связи с чем привлекают внимание не только физиологов и биохимиков, но и клиницистов, в том числе физиотерапевтов.

В соответствии с принципами преимущественной органно-тканевой локализации биосинтеза принято различать [19]: 1) опиоидные нейропептиды; 2) гипоталамо-гипофизарно-эпифизарные нейропептиды; 3) пептиды желез внутренней секреции; 4) пептиды пищеварительной системы; 5) пептиды АПУД-системы; 6) мозгоспецифические пептиды. Каждая из названных групп включает до десяти и более представителей. Есть сообщения о выделении новых эндогенных нейропептидов [17].

Физиологическая роль нейропептидов весьма разнообразна, сложна и до конца не выяснена. Они принимают участие в регуляции болевой чувствительности, формировании поведенческих реакций, усиливают двигательную активность, оказывают выраженное влияние на безусловно рефлекторные формы поведения, участвуют в регуляции деятельности сердечно-сосудистой, дыхательной и пищеварительной систем, а также в терморегуляции, регуляции трофики, влияют на обменные процессы и т.п. [15—17, 19]. В общем, биологическая активность нейропептидов охватывает почти все функции организма — от регуляции на клеточном уровне до интегральных поведенческих реакций. Почти каждый нейропептид участвует в контроле 10—20 биохимических и физиологических функций организма [4, 15, 28]. Столь выраженная полифункциональность обеспечивает множественно-перекрестное дублирование модулирующего воздействия на функции. Кроме того, появляется возможность тонкой регуляции величины биологических параметров организма через выбор и включение различных молекулярных программ. Это и дает основание рассматривать нейропептиды как единую систему регуляторных веществ или функциональный континуум (по И. П. Ашмарину), когда, с одной стороны, каждый из пептидов обладает уникальным сочетанием эффектов, а с другой — имеет перекрещивающийся с остальными регуляторными пептидами спектр биологических активностей. Разнообразие модуляций нейропептидами биологических параметров организма привлекает внимание к ним физиотерапевтов как к возможному универсальному участнику механизма действия лечебных физических факторов [62, 65]. Неменьший интерес в этом плане представляет и уже хорошо известный факт тесного взаимодействия нейропептидов с гуморальными регуляторными системами [4, 19, 30]. Нейропептиды взаимодействуют не только между собой, пептидными и нейропептидными гормонами, но и с проста-гландинами, классическими нейромедиаторами, нейроактивными аминокислотами, аденилатциклазной системой, что заметно повышает их регуляторный потенциал. Разбалансирование их взаимодействия с другими гуморальными биорегуляторными системами может быть важным звеном в цепи механизмов развития патологических состояний ЦНС и внутренних органов. Во всяком случае имеются убедительные данные о роли пептидов в патогенезе болезней Альцгеймера, Паркинсона и Геттингтона, шизофрении, наркомании, ряда заболеваний сердечно-сосудистой и пищеварительной систем [19]. Это также повышает интерес к изучению роли нейропептидов в физиотерапии.

Особое значение нейропептидов в системе контроля функций организма дало основание ряду исследователей, прежде всего Н. Н. Богданову с соавт. [8, 9], высказать предположение об участии этих регуляторных молекул в механизме действия лечебных физических факторов. Согласно их представлениям, природные и преформированные физические факторы способны за счет стимуляции и компенсации пептидергического звена ауторегуляции восстанавливать, поддерживать и развивать адаптацию людей. К сожалению, убедительных доказательств этих представлений не так много.

Хорошо, например, известно, что в формировании анальгетического эффекта транскраниальной нейростимуляции (ТЭС) участвует опиоидный нейрохимический механизм. Прежде всего отмечено, что во время и после ТЭС весьма существенно усиливается выделение β-эндорфина в мозге и увеличивается его концентрация в спинномозговой жидкости и крови. Введение же налоксона — блокатора m-опиоидных рецепторов — предупреждало развитие всех эффектов ТЭС, в том числе сопряженных, а анальгетический эффект не возникает у животных и людей с высокой толерантностью к морфину. Весьма важен и такой факт: наиболее интенсивное выделение нейропептида происходит при стимуляции на частоте 77 Гц, оптимальной для обезболивающего эффекта. И, наконец, известно, что транскраниальная электроанальгезия значительно усиливается на фоне активности ферментов, расщепляющих эндорфины [34]. Приведенные данные, без сомнения, подчеркивают, что важнейшим механизмом развития анальгезии при ТЭС является активация эндорфинных структур антиноцицептивной системы. С помощью метода метаболического картирования с 3Н-дезоксиглюкозой объективно подтверждено, что на фоне ТЭС активируются структуры, входящие в состав антиноцицептивной системы (ядра гипоталамуса, дорсальная и вентральная части околопроводного серого вещества). Уместно подчеркнуть, что использование для электростимуляции других видов электрических токов [33] также сопровождается изменением содержания в мозге и спинномозговой жидкости β-эндорфинов и других нейропептидов. Клинические наблюдения показывают, что купирование болевых синдромов различного генеза хорошо коррелирует с уровнем β-эндорфинов в крови больных [53]. Со стимуляцией выработки эндорфинов связывают седативное и болеутоляющее действие электросонтерапии [67].

В последние годы нейропептидам придается большое значение в эффекте акупунктуры, особенно при электропунктурной анальгезии. По мнению Л. В. Калюжного [28], анальгезирующее действие акупунктурной электростимуляции связано прежде всего с активацией антиноцицептивной эндогенной опиоидной системы. Введение налоксона обычно снимает акупунктурную анальгезию у людей и животных [28]. Об опиоидном механизме акупунктурного обезболивания свидетельствуют и следующие факты: при акупунктурной анальгезии увеличивается содержание фракций эндорфина в крови и спинномозговой жидкости у людей и опиатоподобных веществ (эндорфина и метионин-энкефалина) у животных [11]. По данным В.В. Яснецова и соавт. [83], микроэлектрофорез эндорфина усиливал или не влиял на изменения спонтанной и вызванной активности нейронов дорсомедиального отдела гипоталамуса при акупунктурной стимуляции. Это может свидетельствовать о том, что активация указанных нейронов при электроакупунктуре осуществляется при участии эндорфинного механизма.

Некоторые авторы, не приводя фактических данных, указывают на большое значение нейропептидов в механизмах физиологического и лечебного действия миллиметровых волн, магнитных полей, ультразвука и других физиотерапевтических факторов.

Таким образом, имеются прямые и косвенные данные о важнейшей роли нейропептидов в механизме действия лечебных физических факторов. Несомненно, их исследования должны продолжаться, особенно в свете новых сведений о физиологии, биохимии и фармакологии регуляторных пептидов.

Гормоны. О роли как отдельных гормонов, так и эндокринной системы в целом в действии на организм лечебных физических факторов написано много, что освобождает нас от необходимости подробного рассмотрения этого вопроса в настоящей статье и позволяет коснуться лишь ключевых моментов.

Гормональная система занимает одно из центральных мест в мобилизации энергетических и пластических резервов организма для реализации системной приспособительной реакции, вызванной действием физиотерапевтических процедур. При этом для мобилизации энергетических ресурсов организма и энергетического обеспечения стимулированных функций преимущественное значение имеет симпато-адреналовая система, а при мобилизации пластических резервов — гипоталамо-гипофизарно-адренокортикальная система [62].

В физиологическом и лечебном действии физических факторов активно участвуют и некоторые гормоны. Их участие и конкретная роль зависят от действующего фактора, места его использования, длительности и интенсивности воздействия, исходного состояния организма.   Отвлекаясь от деталей, можно констатировать, что терапевтические дозировки физических факторов, как правило, оказывают стимулирующее влияние на железы внутренней секреции (особенно на щитовидную железу и надпочечники). Большие же дозировки чаще подавляют деятельность эндокринных органов и биосинтез гормонов. Изменения в гормональном статусе организма при физиотерапевтических воздействиях, полагаем, обусловлены в основном повышенной чувствительностью гипоталамо-гипофизарной области ко многим физическим факторам [10, 22, 75].

Как известно, большая часть гормонов, секретируемых эндокринными железами, находится в прочной или лабильной связи с белками крови либо тканей. Биологической активностью, способностью проникать из крови в межклеточную жидкость и клетки, а также оказывать влияние на обменные процессы в организме обладают лишь свободные (несвязанные) формы гормонов. Связанные же гормоны обратимо выключаются из сферы их деятельности и метаболизма. В результате длительных исследований с различными гормонами и физиотерапевтическими методами нами установлено общее явление (закономерность): под действием лечебных физических факторов неизменно происходит переход значительной части гормонов из связанного состояния в свободное (активное). Такой эффект при действии лечебных физических факторов открыт нами и в отношении еще нескольких биологически активных веществ (серотонин, гистамин и др.). Следовательно, обнаружено неизвестное ранее явление индуцирования лечебными физическими факторами диссоциации молекулярных комплексов, приводящей к повышению физиологической активности их составляющих. Этот универсальный механизм действия лечебных физических факторов позволяет понять преимущественно стимулирующее их влияние на различные системы организма и целенаправленно использовать в практической физиотерапии [65, 68].

Простагландины. Ни одно из известных физиологических явлений не осуществляется без участия проста-гландинов. Это гидроксилированные продукты превращения в организме полиненасыщенных жирных кислот. Любая клетка организма является мишенью, на которую нацелены различные по своим свойствам проста-гландины. Простагландины обнаружены во всех тканях млекопитающих и характеризуются широким спектром биологического действия. Показано, что они вызывают антигипертензивный эффект, влияют на сократительную активность гладкой мускулатуры, секреторную функцию желудка, гемодинамику почек, нервную ткань, тромбоциты и эритроциты, водно-солевой и жировой обмен и др. [5, 50]. Заслуживает внимания и тесная взаимосвязь проста-гландинов с действием различных гормонов и с образованием в клетках циклических нуклеотидов [82].

C открытием простагландинов в руках биологов и врачей оказался ключ, умелое пользование которым открыло доступ ко многим тайнам фундаментальных процессов жизнедеятельности и патологии организма. Физические факторы, способные индуцировать выброс простагландинов, также могут сыграть определенную роль в раскрытии этих тайн. К тому же влияние их на биосинтез и выброс простагландинов могло бы пролить свет на молекулярные аспекты действия лечебных физических факторов.

Облучение животных сантиметровыми волнами сопровождается дозозависимыми изменениями уровня простагландинов в различных тканях [40]. При применении слаботепловых дозировок концентрация простагландинов E, A и F в тканях гипоталамуса, гипофиза, надпочечников, щитовидной и поджелудочной желез достоверно повышается. Под влиянием сантиметровых волн при ППМ 170 мВт/см2 содержание простагландинов, преимущественно Е и А, в этих тканях снижается. Изменение функционального состояния гипофизарно-надпочечниковой системы, вызываемое введением животным АКТГ и дексазона, усиливало действие микроволн сантиметрового диапазона на метаболизм проста-гландинов различных классов [41].

При изучении действия дециметровых волн (ДМВ) выявлены несколько иные изменения метаболизма простагландинов, что подчеркивает зависимость их от природы используемого физического фактора. Облучение при ППМ 50 мВт/см2 приводило к уменьшению концентрации ПГЕ на фоне повышения уровня ПГF; увеличение ППМ до 90 мВт/см2 усиливало эти сдвиги в уровне простагландинов. После облучения дециметровыми волнами при 150 мВт/см2 в большинстве тканей увеличивалось содержание как ПГЕ, так и ПГF. Предварительное введение АКТГ и дексазона ослабляло влияние ДМВ на содержание простагландинов в тканях [54]. В этих же исследованиях было установлено зависимое от дозировки и вида микроволнового облучения изменение уровня в крови гормонов и циклических нуклеотидов в тканях [54].

Влияние других лечебных физических факторов на метаболизм простагландинов изучено менее обстоятельно. В. В. Карпицкий и С. В. Словеснов [29] установили, что воздействие постоянным током на грудную клетку кроликов приводит к снижению легочного метаболизма ПГЕ1. Степень обнаруженного эффекта зависит от плотности тока и длительности воздействия.

Повышенное образование ПГ групп Е2 и F2а обнаружено в клетках кожи в течение первых 24 ч развития эритемы после УФ-облучения. Стимуляция образования этих проста-гландинов происходит и под воздействием ионизирующего излучения. Активация синтеза ПГ при этом рассматривается как триггер-эффект пост-радиационных изменений функции и структуры мембран, их зарядного потенциала, тиосульфидного обмена и гормонального фона. Изменения обмена простагландинов отмечаются также при действии лазерного излучения, вибраций, факторов космического полета и высокогорья [39, 44].

Таким образом, судя по представленным данным, простагландины являются одними из активных и универсальных молекулярных регуляторов обмена веществ, играющих важную роль в действии физических факторов на организм. Реализация реакции организма на использование физиотерапевтических факторов чаще сопряжена с активацией синтеза большинства форм простагландинов, что, вероятно, отражает развитие защитных, компенсаторно-приспособительных и одновременно стресс-лимитирующих механизмов. Уточнение этих вопросов — задача дальнейших исследований.

Неорганические ионы. Ионный гомеостаз — система, во многом определяющая ответ клетки на внешнее воздействие [38], что постоянно подогревает интерес к изучению влияния на него лечебных физических факторов. И неудивительно, что одной из первых теорий первичного действия их на организм была ионная теория [42, 43]. Сегодня хорошо известно, что многие физические факторы, прежде всего электрические токи и поля, вызывают перемещение ионов (натрия, калия, кальция, хлора и др.) в тканях, накопление их у мембран с возникновением поляризационных явлений, изменение концентрации и соотношения ионов в клетке и внеклеточном пространстве [10, 22, 65]. Кроме того, нами было впервые доказано, что действие лечебных физических факторов сопровождается изменением состояния ионов в тканях. Например, прижизненное потенциометрическое измерение pNa, pK и pCl после гальванизации выявило выраженное (многократное) повышение активности на катоде катионов, а на аноде — ионов хлора [59], что свидетельствует о высвобождении ионов (особенно К+ и Na+) из связанного состояния и направленном перемещении их в электрическом поле. Высвобождение ионов и повышение их активности наблюдалось нами и при использовании других физических факторов (ультразвук, импульсное магнитное поле, микроволны), что указывает на универсальный характер такого их действия.

Интерес к выяснению роли неорганических ионов в механизме действия лечебных физических факторов вновь возрос в связи с установлением их участия в образовании аквакомплексов и развитием исследований по «циклотронному резонансу» [18, 74]. Особое внимание многих исследователей привлекают ионы Ca2+. Участие этих ионов в реализации важнейших эффектов действия магнитных и электромагнитных полей, в том числе на клеточном уровне, не вызывает сомнения [18, 72]. Будущие исследования должны конкретизировать участие ионов кальция в действии на организм не только электромагнитных полей, но и других физических факторов.

Вода. Среди молекул, играющих роль биосенсоров во взаимодействии с физическими факторами, в последнее время все чаще упоминается вода. Проанализировав имеющиеся по этому вопросу данные, мы высказали предположение, что Н2О — ключевая молекула в действии лечебных физических факторов [66]. Такую роль воды, как и выполнение ею разнообразных функций в организме, объясняют ее особой структурой и уникальными (аномальными) физико-химическими свойствами [1, 52, 57]. Приведем наиболее интересные данные, подтверждающие участие воды в первичных механизмах действия физических методов лечения.

Воздействие электрическими токами, например, сопровождается поляризацией клеток и тканей, электроосмосом, возникновением аномального осмоса, изменением гидратации клеток и отдельных молекул, в которых центральную роль играет вода [6, 59]. В таких эффектах ультразвука, как микрокавитация, сонолюминесценция, а также в звукокапиллярном эффекте также активно участвует вода [24, 69].

Механизму влияния магнитных полей на воду уже давно придается весьма существенное значение. При омагничивании возрастают поверхностное натяжение, вязкость и электропроводность воды, изменяется структура ее молекул [22, 49]. Под влиянием магнитных полей происходит образование водородных связей, изменяется гидратация и проницаемость ионов, возникают гексааквакомплексы кальция и др. [18, 45, 57]. Эти и другие данные все больше склоняют многих исследователей к мысли, что основные биологические эффекты магнитных полей опосредуются через водную среду организма.

Вода играет особую роль как в поглощении, так и в механизмах действия микроволн. Хорошо, например, известно, что значительная часть их энергии поглощается за счет релаксационных колебаний или ориентационной поляризации молекул воды [56, 67 ]. Глубина проникновения микроволн в ткани существенно зависит от содержания в них воды [49]. Рецепцию микроволн связывают с изменением состояния структурированной воды в тельцах Руффини [51]. Избирательное поглощение микроволн водой приводит к большим градиентам температуры, конвективному движению жидкости, резонансному изменению структуры и физико-химических свойств воды, что сопровождается широким спектром клеточных и тканевых сдвигов [7, 14, 47].

Появляется все больше данных, указывающих на участие молекул воды в реализации действия лазерного излучения. Воздействие низкоинтенсивным лазерным светом (1300 нм) в противоположность миллиметровым волнам ведет к уменьшению оптической плотности воды в диапазоне 200—300 нм [14, 27]. Под влиянием лазерного излучения наблюдается дозозависимое увеличение количества связанной воды в различных компонентах крови [71].

В реализации физиологического и лечебного действия физических факторов принимают участие и другие биологически активные вещества — кинины, ферменты, свободные радикалы, циклические нуклеотиды, другие регуляторные пептиды, медиаторы и др. Однако конкретные сведения об их роли в действии физиотерапевтических методов на организм немногочисленны и часто противоречивы. Надеемся при первой же возможности восполнить этот пробел.

Завершая статью, подведем некоторые итоги.

В сложном механизме действия лечебных физических факторов существенное место занимают биологически активные молекулы (молекулярные биорегуляторы). Участие их в реализации физиологических и лечебных эффектов физиотерапевтических воздействий, разумеется, различно как по механизму, так и по значению. Во-первых, отдельные молекулы могут выступать первичными биосенсорами, и тогда взаимодействие с ними физических факторов будет во многом определять специфичность их влияния на организм. Во-вторых, некоторые молекулы за счет различных механизмов будут обеспечивать резонансное поглощение физических факторов и тем самым определять молекулярный уровень их биологического действия. Многие из них могут выступать своеобразными триггерами с вытекающими отсюда последствиями. В большинстве же случаев реакция биологически активных веществ на физиотерапевтическое воздействие носит вторичный характер и отражает их активное участие в процессах адаптации организма, его стресс-лимитирующих, защитных и компенсаторных механизмах. Поскольку, как отмечалось, молекулярные биорегуляторы образуют единую подвижную систему регуляции, изменения состояния и активности ее отдельных представителей при действии лечебных физических факторов носят сопряженный характер [4, 30]. Молекулы этого сообщества могут участвовать как в пусковых сигналах, так и в модулирующих коррекциях, что зависит от вида воздействия, интенсивности фактора, исходного состояния как организма в целом, так и их собственной системной организации. Этим, кстати, определяется одна из трудностей познания конкретной роли физиологически активных веществ в механизмах действия лечебных физических факторов. Отдельные молекулы могут быть важным компонентом информационного механизма действия лечебных физических факторов, особенно при их применении в малых дозировках. Многие исследователи не без основания полагают, что низкоэнергетические физиотерапевтические воздействия несут организму информацию, включающую механизмы системной организации поведенческого акта, направленного на полезный организму системный результат [89]. Не исключены и другие пути участия молекулярных биорегуляторов в рассматриваемых аспектах действия физиотерапевтических методов.

Хочется надеяться, что разработка этих вопросов станет одной из проблемных задач медицины XXI века, а настоящая статья послужит толчком к активизации таких исследований, лежащих на стыке физиотерапии, физиологии, биохимии и биофизики.

 

Литература 

1. Аксенов С. И. Вода и ее роль в регуляции биологических процессов. — М., 1990.

2. Алексеев А. В.//Гомеостаз/Под ред. П. Д. Горизонтова.—М., 1981.— С.419—460.

3. Антонов В. Ф., Черныш А. М., Пасечник В. И. и др. Биофизика.— М., 1999.

4. Ашмарин И. П., Королева С. В.//Вестник РАМН.— 2002.— №1.— С.40—48.

5. Бароян Р. Г. Простагландины: взгляд на будущее.— М., 1983.

6. Беликова З. П., Павлова Р. С. Учебное пособие по медицинской биофизике.— М., 1969.

7. Бецкий О. В. //Биомед. радиоэлектроника.— 1998.— № 2.— С.3—6.

8. Богданов Н. Н. // Вестник физиотерапии и курортологии.— 1995.— №2.— С.34—36.

9. Богданов Н. Н., Безрученко С. В., Богданов А. Н. // Вестник физиотерапии и курортологии.— 1996.— №4.— С.3—6.

10. Боголюбов В. М., Пономаренко Г. Н. Общая физиотерапия.— М.; СПб., 1998.

11. Брагин Е. О.//Теория и практика рефлексотерапии.— Саратов, 1981.— С.18—21.

12. Ванин А. Ф. //Вестник РАМН.— 2000.— №4.— С.3—5.

13. Галаницкий А. А. //Физико-химические основы действия физических факторов на живой организм и его антиокислительные системы.— М., 1974.— С.57—68.

14. Гапочка Л. Д., Гапочка М. Г., Королев А. Ф. и др. // Биомед. радиоэлектроника.— 2000.— №3.— С.48—55.

15. Гомазков О. А. Функциональная биохимия регуляторных пептидов.— М., 1992.

16. Гомазков О. А. Физиологически активные пептиды: Справ. руководство.— М., 1995.

17. Гомазков О. А. Нейропептиды и ростовые факторы мозга.— М., 2002.

18. Григорян Г. Е. Магниторецепция и механизмы действия магнитных полей на биосистемы.— Ереван, 1999.

19. Громов Л. А. Нейропептиды.— Киев, 1992.

20. Гуревич К. Г., Шимановский Н. Л.//Вопросы биол., мед. и фармацевт. химии.— 2000.— №4.— С.16—22.

21. Гусаров Иг. И., Бобровницкий И. П., Семенов Б. Н. и др.//Вопр. курортологии, физиотерапии и леч. физкультуры.— 2002.— №2.— С.46—47.

22. Демецкий А. М., Чернов В. Н., Попова Л. И. Введение в медицинскую магнитологию.— Ростов н/Д, 1991.

23. Журавлев А. И.//Вопр. эксперим. и клин. курортологии и физиотерапии.— М., 1973.— С.20—29.

24. Журавлев А. И., Акопян В. Б. Ультразвуковое свечение.— М., 1977.

25. Золотарева Т. А.//Мед. реабилитация. Курортология. Физиотерапия.— 2002.— №1.— С.60—65.

26. Иванищев В. В., Юдаев А. В.//Вестник новых мед. технологий.— 2002.— Т.9, №1.— С.34—36.

27. Каладзе Н. Н., Русяев В. Ф., Логинов В. В. и др.// Вестник физиотерапии и курортологии.— 2000.— № 4.— С.47—52.

28. Калюжный Л. В. Физиологические механизмы регуляции болевой чувствительности.— М., 1984.

29. Карпицкий В. В., Словеснов С. В.//Вопр. курортологии, физиотерапии и леч. физкультуры.— 1988.— №1.— С.47—49.

30. Климов П. К., Барашкова Г. М.//Физиол. журнал им. И. М. Сеченова.— 1993.— Т.79, №3.— С.80—87.

31. Конев С. В., Волотовский И. Д. Фотобиология.— Мн., 1974.

32. Крылов О. А.//Регуляция висцеральных функций.— Л., 1987.— С.53—57.

33. Кузин М. И., Авруцкий М. Я., Шлозников Б. М. и др.//Бюлл. эксперим. биологии и медицины.— 1984.— Т.97, №5.— С.515—516.

34. Лебедев В. П.//Транскраниальная электростимуляция: экспериментально-клинические исследования.— СПб., 1998.— С.22—38.

35. Лещинский А. Ф., Улащик В. С. Комплексное использование лекарственных средств и физических лечебных факторов при различной патологии.— Киев, 1989.

36. Линднер Д. П., Коган Э. М.//Архив патологии.— 1976.— №8.— С.3—14.

37. Мак-Мюррей У. Обмен веществ у человека/ Пер. с англ.— М., 1980.

38. Маленков А.Г. Ионный гомеостаз и автономное поведение опухоли.— М., 1976.

39. Муратов Ж. К. Фармакологический анализ участия системы простагландинов в процессах адаптации (срочной) к гипоксии: Автореф. дис. ... канд. мед. наук.— Бишкек,1996.

40. Николаева Л. А. Участие гормонов и их внутриклеточных посредников в реализации действия на организм микроволн: Автореф. дис. ... канд. биол. наук.— Мн., 1986.

41. Николаева Л. А., Улащик В. С. //Вопр. курортологии, физиотерапии и леч. физкультуры.— 1983.— №2.— С.11—13.

42. Обросов А. Н.//Труды VII научной сессии, посвящ. 40-летию Ин-та им. И. М. Сеченова.— Симферополь, 1955.— С.19—28.

43. Обросов А. Н.//Вестник АМН СССР.— 1958.— №10.— С.7—17.

44. Петрова Т. В., Бобровницкий И. П.//Космич. биология и авиакосмич. медицина.— 1988.— Т.22, №5.— С.6—14.

45. Петросян В. И., Синицын Н. И., Елкин В. А. и др.//Биомед. радиоэлектроника.— 2001.— №5—6.— С.62—89.

46. Подзолков В. И., Удовиченко А. Е. // Терапевт. архив.— 1996.— №5.— С.81—84.

47. Пономарев О. А., Фесенко Е. Е. // Биофизика.— 2000.— Т.45, вып.3.— С.389—398.

48. Попов В. И., Рогачевский В. В., Гапеев А. Б. и др. // Биофизика.— 2001.— Т.46, вып.6.— С.1096—1102.

49. Пресман А. С. Электромагнитные поля и живая природа.— М., 1968.

50. Простагландины / Под ред. И. С. Ажгихина.— М., 1978.

51. Родштат И. В. // Вестник новых мед. технологий.— 1997.— Т.4, №4.— С.26—28.

52. Рубин А. Б. Биофизика: В 2 т.— М., 2000.

53. Рычкова С. В., Александрова В. А. // Транскраниальная электростимуляция: экспериментально-клинические исследования.— СПб., 1998.— С.39—49.

54. Савченко Л. И. Влияние дециметровых волн (65 см) на уровень проста-гландинов, циклических нуклеотидов и гормонов: Автореф. дис. ... канд. мед. наук.— М., 1986.

55. Серая И. П., Нарциссов Я. Р.//Успехи соврем. биологии.— 2002.— Т.122, №3.— С.249—258.

56. Скурихина Л. А.//Мед. техника.— 1969.— №4.— С.8—13.

57. Тринчер К. С. //Биология и информация.— М., 1965.

58. Улащик В. С.//Актуальные вопросы невропатологии и нейрохирургии.— Мн., 1975. — Вып.8.— С.210—218.

59. Улащик В. С. Теория и практика лекарственного электрофореза.— Мн., 1976.

60. Улащик В. С.//Вопр. курортологии, физиотерапии и леч. физкультуры.— 1980. — №2.— С.14—18.

61. Улащик В. С. Введение в теоретические основы физической терапии.— Мн., 1981.

62. Улащик В. С.// БМЭ.— М., 1988. — Т.29.— С.533—535.

63. Улащик В. С.// ДАН БССР.— 1991.— Т.35, №10. — С.959—962.

64. Улащик В. С.//Вопр. курортологии, физиотерапии и леч. физкультуры.— 1991.— №3.— С.3—11.

65. Улащик В. С. Очерки общей физиотерапии.— Мн., 1994.

66. Улащик В. С.//Вопр. курортологии, физиотерапии и леч. физкультуры.— 2002.— №1.— С.3—9.

67. Улащик В. С., Лукомский И. В. Основы общей физиотерапии.— Мн., 1997.

68. Улащик В. С., Руцкий А. В.// Актуальные вопросы электролечения и ультразвуковой терапии.— Мн., 1983.— С.27—36.

69. Улащик В. С., Чиркин А. А. Ультразвуковая терапия.— Мн., 1983.

70. Улащик В. С., Чичкан Д. Н.//Здравоохранение.— 2001.— №6.— С.26—31.

71. Фаращук Н. Ф. Состояние процессов гидратации в жидких средах организма при воздействии внешних факторов при некоторых заболеваниях: Автореф. дис. ... д-ра мед. наук.— М., 1994.

72. Фесенко Е. Е., Новиков В. В., Кувичкин В. В., Яблокова Е. В.//Биофизика.— 2000.— Т.45, вып.2.— С.232—239.

73. Френкель И. Д.//Вопр. курортологии, физиотерапии и леч. физкультуры.— 1969.— №5.— С.1—6.

74. Хабарова О. В.//Биомед. технологии и радиоэлектроника.— 2002.— №5—6.— С.56—66.

75. Холодов Ю. А. Мозг в электромагнитных полях.— М., 1982.

76. Хорст А. Молекулярные основы патогенеза болезней / Пер. с польск.— М., 1982.

77. Чегер С. И. Транспортная функция сывороточного альбумина.— Будапешт, 1975.

78. Чернавский Д. С. Физические методы биохимического катализа.— М., 1972.

79. Чернух А. М., Александров П. Н., Алексеев О.В. Микроциркуляция.— М., 1975.

80. Чумак А. Г., Чичкан Д. Н., Улащик В. С. и др.//Бюлл. эксперим. биологии и медицины.— 2000.— Т.130, №7.— С.14—16.

81. Чумак А. Г., Чичкан Д. Н., Улащик В. С. и др. // Бюлл. эксперим. биологии и медицины.— 2000.— Т.130, №8.— С.140—143.

82. Юдаев Н. А., Гончарова В. Н.//Биохимия гормонов и гормональной регуляции.— М., 1976.— С.300—325.

83. Яснецов В. В., Калюжный Л. В.//Актуальные вопросы применения рефлексотерапии в практике анестезиологии и хирургии, акушерства, гинекологии и стоматологии.— Волгоград, 1983.— С.48—50.

84. Kavalieris M., Choleris E., Prato F., Ossenkopp K. // Brain Res.— 1998. — V.26, N1.— P.50—57.

85. Kavalieris M., Prato F.//Neuroreport.— 1999.— V.23, N10.— P.1863—1867.

86. Kellog D., Liu Y., KosibaI.//J. Appl. Physiol.— 1999.— V.86, N4.— P.1185—1190.

87. Knispel H. H., Goessi C., Beckmann R.//Urology.— 1992.— V. 40, N 5.— P.471—476.

88. Korbelik M., Parkins C., Shibuya H. et al.//Brit. J. Cancer.— 2000.— V.82, N11.— P.1835—1843.

89. Liboff A. R.//J. Biol. Phys.— 1985.— V.9.— P.99.

90. Linderstrom-Lang K.//The Enzyms.— 1959.— N1.— P.49—56.

91. Morimoto Y., Arai T., Matsuo H., Kikuchi M.//Photochem. Photobiol.— 1998.— V. 68, N3.— P.388—393.

92. Perry J., Moon N., Zhao Y.//Chem. Biol.— 1998.— V.5, N7.— P.355—364.

93. Sasaki Y., Noguchi T., Seki J. et al.//Thromb. Haemost.— 2000.— V.83, N5.— P.722—727.

94. Tchitchkan D., Ulashchik V., Novoselova A. et al.//Reg. Peptides. — 2000. — V.89.— P.83—84.