Термические свойства ткани

Действие лазера в хирургии, будь то в качестве режущего инструмента или коагулятора, базируется на превращении электромагнитной энергии лазерного луча в тепловую энергию. Это преобразование энергии излучения в тепло может произойти только в том случае, если лазерное излучение поглощается специфическими хромофорами ткани. (Хромофор не должен быть визуально цветным! Для изучения СО₂-лазера с длиной волны 10,6 мкм, например, вода является специфическим поглотителем.) Плотность энергии источника тепла q (единица измерения Вт/м³) в облучаемом объеме ткани является, следовательно функцией коэффициента поглощения α и общей плотности облучения L, которая состоит из непосредственно падающей части коллимированного лазерного луча (L_С) и из доли L_S, привходящей при рассеянии из окружающей ткани:

q(r,t) = α[L_С(r,t)+ L_S(r,t)],

где r – радиус-вектор наблюдения, t-время.

Превращенная в тепло энергия света в облученном объеме локальное повышение температуры. Если не происходит фазовых переходов (преобразование твердых составных частей в жидкость или газ, испарение жидкостей), то температура Т повышается пропорционально плотности энергии q. Часть тепла отводится в зависимости от температурного градиента путем теплопроводности в более холодный окружающий участок. Из-за этого ограничивается максимально достижимая температура облучаемого участка при данной интенсивности излучения, т.е. с определенной интенсивностью облучения связана определенная максимальная температура. Напротив, для каждой ткани существует специфический порог интенсивности, который необходимо перейти, чтобы достичь требуемой локальной температуры. Так как часть энергии из-за теплопроводности и других процессов транспортируется в соседние области, то нагревается не только облученный объем, н и окружающие ег участки. Также и локальным кровотоком invivoтепло отводится от облученной ткани. Термические свойства живой ткани определяются в основном тремя процессами:

1. теплопроводность

2. накопление тепла

3. отвод тепла сосудистой системой.

2.4. Биостимуляция

Существует много публикаций о биостимуляции, т.е. о воздействии без термических, фотохимических эффектов. Однако лишь в немногих работах содержатся конкретные представления о действующих биохимических механизмах. Большинство публикаций о биостимуляции имеет чисто спекулятивный характер. Предпосылкой фотохимически индуцированной стимуляции в биохимической системе является поглощение лазерного излучения биотканью. Для начала реакции необходимо одновременно воздействовать на достаточное количество клеток. До сих пор неизвестно, какая длина волны является наиболее подходящей для биохимических реакций при биостимуляции. С этой целью были исследованы длины волн от 442-1064 нм. Один из первых вопросов, который возникает, касается отличия лазерного излучения от обычных лучей света в биохимической реакции. Так как при этом речь идет о биосистемах, то работа с узкоограниченной длиной волны не имеет первостепенного значения посколькупрактически все эти системы имеют относительно широкие полосы поглощения. Также в значительной степени устраняется коллимация и, при известных обстоятельствах, поляризация после проникновения через несколько слоев клеток. Существует несколько гипотез, которые предполагают наличие особых свойств лазера, чтобы вызвать эту реакцию. Лазерное излучение является не только монохроматическим, но и когерентным. Каждое из этих свойств можнобыло бы обеспечить также обычным источником света, но не оба свойства одновременно. Из этого можно сделать заключить, что все результаты, достижимые с помощью лазера, можно сравнить с таковыми, полученными при помощи обычного источника света с ограниченной полосой испускания. Одна гипотеза действия лазера базируется на том, что именно статистика фотонов лазерного излучения обуславливает эффект лазера. Лазер излучает фотоны непрерывно по принципу усилителя с обратной связью. Все другие тепловые источники света имеют иную статистику фотонов (распределение Бозе-Эйнштейна). Это означает, что фотоны излучаются не непрерывно, «пакетами». Интервал времени, в котором может активизироваться биологическая система, очень короткий, так что, возможно, потребуется непрерывный поток фотонов. В описаниях исследований invitroсообщается о специфических лазерных реакциях. В практическом применении биостимуляции имеется много исследований, которые, однако, отчасти противоречат друг другу. Некоторые авторы описывают обработку различных клеточных культур лазерным излучением, в основном гелий-неонового лазера (633 нм) или лазера на арсениде галлия (904 нм) или комбинацией лазеров обоих типов. Некоторые применяют непрерывные лазеры, а другие – импульсные лазеры. Излучение этих лазеров, вероятно, является наиболее подходящим потому, что оно имеет большую глубину проникновения в ткань. Однако до сих пор не проводилось систематических исследований, показывающих соответствие между длиной волны и биологическим эффектом. Кроме того, применяются совершенно различные параметры плотности энергии излучения, воздействующего на биоткани. Этим объясняется различие в результатах отдельных рабочих групп. Лазеры для биостимуляции применяются при различных показаниях. Так как часто общее число лечащихся пациентов оказывается незначительным, то к частоте положительных результатов лечения следует относиться скептически, к тому же во многих случаях болезней спонтанная частота положительных случаев составляет до 50%. Ни в одном из до сих пор опубликованных исследований не доказана на основе изучения произвольно взятого количества случаев клиническая эффективность, которая выходила бы за пределы эффекта плацебо. В настоящее время приходят к выводы, что лазерную стимуляцию можно сравнить с другими физиотерапевтическими методами, например, электротерапия, терапия магнитным полем или рентгенотерапия.