Развитие лазерной медицины привело к появлению принципиально нового способа воздействия на биологические объекты, связанного с взаимодействием целенаправленного лазерного излучения и нового класса фармакологических препаратов — фотосенсибилизаторов. Метод лечения воспалительных и пролиферативных заболеваний, злокачественных новообразований, основанный на применении фотодинамического воздействия на патологические объекты (измененные клетки тканей, органов), называется фотодинамической терапией (ФДТ).

ФДТ представляет собой метод локальной активации светом накопившегося в биологической ткани фотосенсибилизатора, что в присутствии внутритканевого кислорода приводит к развитию фотохимической реакции, разрушающей клетки.

Механизм действия ФДТ заключается в следующем: молекула фотосенсибилизатора, поглотив квант света, переходит в возбужденное триплетное состояние и вступает в фотохимические реакции двух типов. При первом типе реакций происходит взаимодействие непосредственно с молекулами биологического субстрата, что в конечном итоге приводит к образованию свободных радикалов. Во втором типе реакций происходит взаимодействие возбужденного фотосенсибилизатора с молекулой кислорода с образованием синглетного кислорода, который является цитотоксическим для живых клеток благодаря своему свойству сильного окислителя [1—8].

Классическое определение ФДТ было дано Е.Ф. Странадко [6, 7], который рассматривает ФДТ как метод локальной активации накопившегося в опухоли или микроорганизме фотосенсибилизатора видимым красным светом, что в присутствии кислорода приводит к развитию фотохимической реакции, разрушающей опухолевые клетки и микроорганизмы.

Эффективность фотоповреждения непосредственно связана с внутриклеточной локализацией фотосенсибилизатора. Первичными мишенями его окислительного действия являются клеточные структуры, в которых локализуется фотосенсибилизатор [5, 9—13].

ФДТ довольно быстро нашла свое место в онкологии и оказалась полезной в лечении больных раком различных стадий и локализаций, а также целого ряда неопухолевых заболеваний.

Прообразом современной ФДТ можно считать попытки древних египтян применять светопоглощающие препараты при кожных заболеваниях. Из древнейших исторических источников известно, что в Древнем Египте еще 6000 лет назад применяли растительные препараты, вызывающие фотореакцию в тканях. Этими препаратами лечили депигментированные участки кожи, которые принимали за проявления проказы. Использовали природные фотосенсибилизаторы, содержащиеся в активирующихся солнечным светом растениях (пастернак, петрушка, зверобой). После аппликации порошка из этих растений на депигментированные участки кожи и последующей инсоляции ярким солнечным светом на них появлялась пигментация по типу солнечного загара. Подобные методы (так называемые безкислородные фотореакции [1, 14, 15] практиковались в древней Индии, Китае, Таиланде.

В настоящее время ФДТ активно используется для лечения опухолей кожи, молочной железы, пищевода, легких, мочевого пузыря, инфекционных заболеваний, некоторых заболеваний кожи и глаз, ЛОР-органов. При минимальной нагрузке на организм эффективность такого лечения очень высока [2, 12, 13, 16, 17]. Наша страна является одной из немногих стран в мире, где активно развивается клиническая ФДТ.

Новыми направлениями исследований в области ФДТ являются лечение длительно незаживающих ран с антибиотикорезистентной флорой [10—13] в ортопедии и травматологии, при лечении огнестрельной и минно-взрывной травмы, при лечении рака труднодоступных полостей внутренних органов, таких как двенадцатиперстная кишка, внепеченочные желчные протоки, рака гортани, трахеи и бронхов. Российские хирурги лидируют в области лечения гнойных и ожоговых ран. Разработаны новые методы диагностики и лечения новообразований толстого кишечника и мочевого пузыря, опухолей головного и спинного мозга, новые методы лечения в кожно-пластической хирургии и косметологии [1, 18—28].

В последнее десятилетие в литературе появились сообщения об использовании ФДТ для неопухолевых заболеваний: хронических форм псориаза, ревматоидного артрита и атеросклероза аорты и других крупных кровеносных сосудов [18, 24]. ФДТ применяется в стоматологии для профилактики и лечения заболеваний полости рта [16, 20, 29].

Кислородозависимая фотодинамическая реакция была открыта в конце XIX века. Первые применяемые в клинике лечения опухолей фотосенсибилизаторы являлись в основном производными гематопорфирина. Системное применение гематопорфирина вызывало интенсивную фотосенсибилизацию различных тканей, в том числе кожи. Красную флюоресценцию неопластической ткани можно усилить путем введения экзогенного гематопорфирина. Накопление гематопорфирина опухолями в большей концентрации, чем нормальными тканями, указывало на возможность нового диагностического и лечебного применения фотосенсибилизаторов. Ученые доказали это на модели экспериментальных животных и высказали мнение о возможности ФДТ рака с использованием гематопорфирина и его производных. Яркое красное свечение определялось при облучении ультрафиолетовым светом в ближнем диапазоне. Было сделано заключение, что красную флюоресценцию гематопорфирина и его тенденцию концентрироваться в опухолях можно использовать для выявления во время операции невидимых глазом границ опухоли. Мельчайшие лимфатические узлы также можно обнаружить с помощью этой фотодинамической реакции [12, 14, 17, 30—33].

Важным в развитии современной ФДТ явилась разработка фотосенсибилизатора с улучшенными свойствами — производного гематопорфирина (HpD). Флюоресцентная эндоскопия после системного применения HpD стала диагностической методикой для определения злокачественных новообразований [12, 14].

Первым патентованным препаратом-фотосенсибилизатором явился фотофрин II. Он хорошо зарекомендовал себя при ФДТ различных злокачественных новообразований. В настоящее время фотофрин II является самым распространенным в мире фотосенсибилизатором. В опухолевой ткани он задерживается на более длительное время, чем в нормальных тканях. Тем не менее стойкая задержка в коже даже минимальной концентрации фотосенсибилизатора требует от пациентов соблюдения ограниченного светового режима, т. е. предохранения от попадания на кожу яркого света, особенно солнечного, в течение 4—6 нед, чтобы избежать ожога [4, 14, 15].

Полным аналогом фотофрина II в России является первый отечественный фотосенсибилизатор фотогем, который представляет собой смесь мономерных и олигомерных производных гематопорфирина. Фотогем имеет максимумы поглощения при 396, 504, 570 и 633 нм. При поглощении фотогем способен переходить в возбужденное состояние и затем либо флюоресцировать в красной области спектра, либо вызывать фототоксичные реакции в опухолевой ткани. Указанные свойства позволяют использовать его как для диагностики опухоли, так и для ее удаления [1, 14, 15].

В середине 90-х годов в России были начаты клинические испытания фотосенсибилизатора второго поколения — фотосенса. Последний обладает интенсивной полосой поглощения в красной области спектра 665—675 нм.

Фотосенс имеет ряд преимуществ перед фотосенсибилизаторами первого поколения на основе производных гематопорфирина, а именно — высокую фотодинамическую активность в красной области спектра, большую прозрачность ткани для излучения и, следовательно, возможность лечить более глубоко расположенные опухоли [1, 2, 4, 5, 10, 11, 14, 30, 34].

Основное ограничение метода ФДТ — глубина проникновения лазерного излучения в биологическую ткань. Используемые в клинике препараты имеют спектр фотодинамического воздействия с максимумами в области 620—690 нм. Проницаемость биологических тканей в этом диапазоне незначительна и составляет несколько миллиметров. Известно, что максимальная проницаемость тканей находится в дальней красной и ближней ИК-области 750—1500 нм. Создание и внедрение фотосенсибилизаторов, обеспечивающих эффективную генерацию синглетного кислорода в этой области спектра, могло бы существенно расширить сферу применения ФДТ.

В настоящее время проводится направленный поиск таких фотосенсибилизаторов среди производных хлоринов, бактериохлоринов, пурпуринов, бензопорфиринов, тексафиринов, этиопурпуринов, нафтало- и фталоцианинов. При этом особый интерес представляют фотосенсибилизаторы, обладающие способностью не только быстро накапливаться в опухолях, но и с высокой скоростью распадаться [1, 20, 30, 31, 35—42].

За последние 10 лет была разработана технология извлечения из растительного сырья комплекса биологически активных хлоринов, которые содержат в качестве основного компонента хлорин-е6. В результате были созданы фотосенсибилизаторы второго поколения — фотохлорин и фотодитазин. Последние способны разрушать биологические субстраты после возбуждения светом с длиной волны в диапазоне 654—670 нм, чему соответствует эффективная глубина проникновения света до 7 мм в глубь тканей. Препараты имеют высокую степень фототоксичности, связанную с высоким квантовым выходом синглетного кислорода. Сохраняющаяся при этом способность препаратов флюоресцировать оставляет возможность для люминесцентной диагностики очагов неопластического изменения тканей [14, 21, 28, 31, 35, 39, 40, 43].

Общее токсическое действие при введении хлориновых фотосенсибилизаторов в организм значительно слабее, чем у гематопорфиринов или сульфированных фталоцианинов, а скорость выведения из организма больше. Фотосенс и фотогем сохраняются в организме более 3 мес, а водорастворимые хлориновые фотосенсибилизаторы — около 2 сут.

Свойства фотохлорина и фотодитазина позволили изменить методики проведения ФДТ в онкологии, так как стало возможным исключить длительное стационарное лечение, необходимое при использовании фотофрина II, фотогема или фотосенса, заменив его однодневным стационаром или даже амбулаторным лечением.

Активное вещество хлоринов в виде 7% водного раствора представляет собой препарат радахлорин, используемый в качестве фотосенсибилизатора для проведения фотодинамической терапии опухолей и гнойно-воспалительных заболеваний в различных областях медицины. Это раствор для внутривенного введения и гель для наружного применения. Подобную структуру имеет препарат фотолон, который успешно применяется при лечении рака кожи, меланомы, рака молочной железы с внутрикожными метастазами, раке слизистых оболочек, послеоперационных внутриполостных нагноений в урологии, а также для диагностики новообразований спектрофлюоресцентным методом [1, 3, 4, 14, 15].

Широкое повсеместное и часто бесконтрольное применение антибактериальных препаратов привело к изменению видового состава микрофлоры. На первом месте стоит проблема резистентности микроорганизмов к антибактериальным препаратам, что вызывает необходимость массивного применения антибиотиков, увеличения дозировок, частой смены лекарственных средств, поиска новых групп препаратов [19]. В настоящее время летальность от антибиотикорезистентных инфекций достигает уровня доантибиотиковой эры [5, 35].

Сложности антибактериальной терапии прежде всего связаны с разнообразием возбудителей заболеваний (преобладает грамотрицательная, анаэробная флора, грибы и вирусы), различной чувствительностью и резистентностью к лекарственным препаратам даже в пределах одного вида бактерий и их частой сменяемостью, состоянием макроорганизма (иммунный статус, возраст, сопутствующие заболевания), трудностью выявления анаэробной инфекции и идентификации патогенных микроорганизмов, частым возникновением смешанных инфекций [44]. Существенной проблемой также является дифференциация бактериального и вирусного заболевания [23].

В последние годы появились большие достижения в области антибактериальной ФДТ (АФДТ). Наиболее агрессивными и устойчивыми к антибактериальным препаратам в настоящее время являются такие широко распространенные патогены, как E. coli, S. aureus, стрептококки, стафилококки, грибы, энтерококки, вирусы. Нарастающая устойчивость возбудителей к антибактериальным препаратам и необходимость проведения системного лечения создают множество проблем из-за аллергизации макроорганизма, ото-, нефро-, гепато- и нейротоксичности, нарушения иммунитета.

В настоящее время антимикробная ФДТ использует опыт, накопленный при ФДТ опухолей.

До сих пор наиболее активно исследуемой областью АФДТ являются исследования in vitro межклеточного взаимодействия активизированного фотосенсибилизатора и микробной клетки. Исследованы практически все существующие на сегодняшний день фотосенсибилизаторы, опробованы источники когерентного и некогерентного света и их действие на большинство возбудителей инфекционных заболеваний [2, 5, 6, 13, 30, 44].

Большинство грамнегативных и грампозитивных бактерий может быть успешно инактивировано с применением многокатионных фталоцианинов. В настоящее время установлена возможность фотоинактивации безоболочечных вирусов с применением в качестве фотосенсибилизатора метиленового синего. Достаточно эффективно подвергается фотодинамическому воздействию грибковая флора различных видов.

Исходя из общих принципов ФДТ, ведется поиск путей повышения селективности накопления фотосенсибилизатора возбудителями гнойной инфекции. Комбинированное воздействие ФДТ с метиленовым синим и слабого электрического тока на кишечную палочку in vitro с целью усиления эффекта ФДТ повышает ее эффективность. Интересен эффект предварительного лазерного облучения бактериального патогена перед смешиванием последнего с активным красителем. В эксперименте с микробактериями туберкулеза предварительное лазерное облучение нарушало структуру клеточной оболочки in vitro и делало бактерию более восприимчивой к ФДТ. Специалистами разных отраслей медицины ведется активный поиск повышения эффективности антибактериальной терапии с использованием стандартных антибактериальных препаратов и лекарственных средств путем изменения их фотохимических свойств воздействием когерентного и некогерентного излучения различного диапазона [6, 8, 23, 32, 42, 45, 46].

Бактерицидное и бактериостатическое воздействие ФДТ на возбудителей инфекционных заболеваний осуществляется посредством генерации синглетного кислорода и перекисных радикалов фотосенсибилизаторами, находящимися снаружи и внутри бактериальной клетки с последующим развитием фототоксических реакций.

ФДТ гнойных инфекций представляет собой процесс взаимодействия активных форм кислорода и токсичных радикалов с бактериальными телами. Результаты этого взаимодействия зависят от интенсивности генерации синглетного кислорода, активности антистрессорных протеинов, антиоксидантных ферментов бактерий и многих других факторов. [3, 7, 16, 29, 47, 48].

Под наблюдением ЛОР-врачей в стационаре и амбулатории находятся большое количество больных с острыми и хроническими заболеваниями уха, глотки и полости рта, острым и хроническим воспалением околоносовых пазух, различными формами острого ларингита, а также гнойно-септическими осложнениями этих заболеваний в области лица, головы и шеи, в том числе гнойный паратонзиллит и парафарингит, флегмона лица и подчелюстной области, боковой поверхности шеи и дна полости рта, передний и задний шейный медиастинит, одонтогенные и риногенные субпериостальные абсцессы, фурункулы, карбункулы, инфицированные раны и гнойные воспаления хрящей.

В клинике ЛОР-болезней РНИМУ им. Н.И. Пирогова методы ФДТ гнойно-воспалительных заболеваний ЛОР-органов внедрены и разрабатываются более 10 лет. Проведена большая экспериментальная работа по выбору фотосенсибилизаторов и источников света для получения выраженного антимикробного фотодинамического эффекта, бактериологические исследования микробной флоры, присутствующей в полостях ЛОР-органов при различных острых и хронических ЛОР-заболеваниях и их гнойно-септических осложнениях, налажены эффективные методики лечения этих заболеваний методом ФДТ больных с острыми и хроническими заболеваниями уха, глотки и полости носа, острого и хронического воспаления околоносовых пазух, различных форм острого ларингита, а также гнойно-септических осложнений этих заболеваний в области лица, головы и шеи, в том числе гнойного паратонзиллита и парафарингита, флегмоны лица и подчелюстной области, боковой поверхности шеи и дна полости рта, переднего и заднего шейного медиастинита, однотогенных и риногенных субпериостальных абсцессов, фурункулов, карбункулов, инфицированных ран и гнойных воспалений хрящей [22, 36, 45, 46].

В клинической оториноларингологии уже существуют и применяются методики лечения острого и хронического воспаления околоносовых пазух методом местной АФДТ с использованием различных форм фотосенсибилизатора метиленовый синий и радахлорин [20, 21, 30, 37, 42].

Разработана и применяется методика местной АФДТ наружного, острого гнойно-перфоративного и обострения хронического гнойного среднего отита [20, 36, 47].

Кроме того, разработаны методики проведения местной АФДТ у больных огнестрельными и минно-взрывными ранениями в области лица, головы, шеи с повреждением ЛОР-органов (уши, наружный нос, околоносовые пазухи, носоглотка, глотка, гортань, мягкие ткани шеи). Как правило, особенностью таких пациентов является вторично присоединившаяся госпитальная полирезистентная инфекция [21, 23]. Поэтому стандартная антимикробная терапия, даже с использованием препаратов с учетом результатов бактериологического посева из ран, бывает не всегда в должной мере эффективна.

Положительными аспектами данного метода лечения является тот факт, что инфицированные раны очень быстро полностью очищаются и начинают активно эпителизироваться. Исследования микробной обсемененности ран показывают значительное прогрессивное понижение микробного пассажа в ране. Демаркационная зона в этих ранах практически отсутствует, что сводит к минимуму объем некротомии [36].

В клинической практике существуют различные варианты местного лечения ангины и хронического тонзиллита методом АФДТ с использованием в качестве фотосенсибилизатора раствора метиленового синего [29, 42, 46] и радахлорина [22, 30, 49].

В нашей клинике были апробированы методики доставки фотосенсибилизатора (гель или раствор метиленового синего в различных концентрациях) к воспаленным тканям при лечении разных форм острого ларингита и его гнойных осложнений. Используется методика нанесения фотосенсибилизатора на слизистую оболочку полости гортани методом ингаляции (в этом случае используется водный раствор фотосенсибилизатора). Разработана, опробована и запатентована новая порошкообразная форма фотосенсибилизатора на основе крахмала, которая надежно удерживается на слизистой оболочке гортани и тем самым прокрашивает воспаленные ткани для возбуждения фотодинамической реакции [36, 45].

Таким образом, интерес к данному направлению обусловлен тем, что АФДТ «работает» по принципу естественной биологической антибактериальной защиты макроорганизма. Использование АФДТ в настоящее время представляется высоко перспективным и технологичным, особенно в комплексе с традиционной антибактериальной терапией, хирургическими методами и методами физического воздействия на возбудителей гнойной инфекции. Ограниченное клиническое применение АФДТ в настоящее время обусловлено только лишь дефицитом научной информации и малой популяризацией метода в широких кругах практикующих специалистов.

По полученным экспериментальным и клиническим данным, применение ФДТ как альтернативного метода лечения острых и хронических гнойно-воспалительных бактериальных заболеваний в оториноларингологии, особенно с использованием катионных фотосенсибилизаторов, значительно оптимизирует лечение и способствует предотвращению септических осложнений. При этом скорость элиминации и уменьшение количества микробных патогенов значительно превосходят традиционные виды терапии.

Разработанные методы ФДТ позволяют значительно сократить стоимость лечения за счет уменьшения применения дорогостоящих антимикробных и противовоспалительных препаратов, перевязочного материала, а также сроков реабилитации больных. При этом значительно расширяются возможности для лечения больных, отягощенных сахарным диабетом и медикаментозной полиаллергией. ФДТ эффективна по отношению к антибиотикорезистентным штаммам микроорганизмов и предотвращает развитие нозокомиальных осложнений. Данные методики вполне доступны для проведения лечения в стационарных и амбулаторных условиях.