Лазеры и их применение в медицине. Учебное пособие

интенсивность лазерного излучения, проходящего через биоткани, в 40 раз для λ = 0,63 мкм и в 3 раза для λ = 0,83 мкм по сравнению с дис- тантным воздействием. Это достигается за счет некоторого оттока кро- ви и увеличения прозрачности тканей при нажатии излучателем аппа- рата на область воздействия, а также за счет повторного отражения от- раженного от кожи излучения внутренними стенками излучателя [35,

36].

Эксперименты последних лет доказали, что лечебный эффект квантовой терапии значительно возрастет, если делать интервалы во время сеанса: через каждую минуту процедуры рационально делать паузу на 2-3 секунды, если воздействие на одну зону составляет не- сколько минут [37].

3.5. Основные типы воздействия высокоэнергетического лазера на ткани

Воздействие лазеров на биологические ткани зависит от следую- щих факторов:

-плотности энергии;

-продолжительности облучения;

-определенной длины волны, режима излучения;

-характеристик ткани.

Потери из-за тепловой проводимости малы, если длительность импульса очень коротка, но они могут быть существенны при более длинных импульсах. Этот эффект может стать значительным в резуль- тате поглощения излучения в плазме, образованной испаренным веще- ством на целевой поверхности. Переизлучение от целевой поверхности обычно незначительно.

Высокий коэффициент термодиффузии обычно дает возможность более глубокого проникновения фронта плавления без теплового удара или растрескивания. Высокое значение коэффициента термодиффузии может также создавать проблемы: может происходить быстрый отвод тепла от поверхности. А это, в свою очередь, может привести к умень- шению глубины плавления.

Лазерная энергия вызывает:

-высвобождение гидроксиловой группы (OH) в гидроксиапатите;

-мгновенное испарение воды в кристаллах;

-мгновенное испарение гидратной оболочки.

Эта гидратная оболочка состоит из слоя воды вокруг поверхности кристалла. В результате на поверхности кристалла образуется двухза-

72

рядный электрический слой, или дзета-напряжение, с мощным элек- трическим полем, которое связывает значительное количество воды. Это дзета-напряжение также играет важную роль в ионной проницае- мости, особенно в дентине.

Фототермическое воздействие включает следующие процессы:

-нагревание;

-коагуляцию;

-денатурацию;

-испарение (абляцию);

-карбонизацию.

Тепловое воздействие лазерного излучения на биоткани основы- вается на поглощении излучения и преобразовании его энергии в тепло. Эффект зависит как от температуры, так и от длительности воздейст- вия. При температуре 45ºС не ожидается каких-либо необратимых по- вреждений ткани. Прогрев тканей до данной температуры в медицин- ской практике используется при стимулирующей локальной термоте- рапии. При температуре около 60ºС достаточно быстро наступает дена- турация белков. Она может быть полной и частичной, обратимой и не- обратимой. Во многом степень денатурации белков зависит от времени воздействия. Процесс денатурации можно рассматривать как мономо- лекулярную химическую реакцию.

Заметное обезвоживание биологических тканей начинается при температуре около 70ºС. При достижении температуры кипения воды происходит обезвоживание ткани, поскольку внутритканевая вода пре- вращается в пар, при этом создается значительное избыточное давле- ние. При медленном нагреве образующийся пар успевает выйти из объ- ема биоткани через множество пор, которые в ней имеются, или обра- зуются под напором пара и в результате термической деструкции мат- рикса. Такой процесс называется фотовыпариванием. Скорость нагрева ткани вблизи 100ºС существенно уменьшается из-за значительных за- трат энергии на парообразование. После ухода воды высушенная ткань быстро нагревается до температуры 1500С, при которой начинается процесс карбонизации. При карбонизации из органических молекул выходит водород и образуется мелкодисперсный углерод, то есть про- исходит обугливание. При температуре выше 3000С испаряется органи- ческий матрикс ткани.

Режим лазерной обработки ткани, при котором доза лазерного из- лучения ниже порога абляции, называется субабляционным. В субаб- ляционном режиме осуществляются такие лазерные процедуры, как термотерапия (45 - 60ºС), гипертермия (60-100ºС), остановка кровоте-

73

чений (60-150ºС), термопластика (сшивка) коллагеносодержащих тка-

ней [38].

Таблица 4 Изменения в мягких тканях в результате воздействия лазера в

зависимости от температуры

74

Фоторазрушительный/фотоакустический эффекты:

-образование плазмы;

-разрушение или раздробление ткани;

-флуоресценция;

-повторное излучение поглощенного лазерного света. Фотохимическое воздействие:

-запуск химических реакций – фотополимеризация;

-разрушение химических связей в молекулах, вызванное лазер- ным светом;

-фотодинамическая терапия (создание биохимических реактив- ных форм кислорода);

Биостимуляция:

-обеспечивает избавление от боли;

-стимулирует заживление ран;

-видоизменяет биологический процесс.

3.6. Клиническое применение лазера

Лазерной терапии присущи черты патогенетически обоснованного метода. При ее применении важен учет не только общего состояния организма, специфики патологического процесса, его клинических проявлений, стадий и формы заболеваний, но и сопутствующих заболе- ваний, возрастных и профессиональных особенностей пациента. Наи- более результативно применение лазеротерапии в функционально об- ратимых фазах болезни, хотя новые методики находят свое применение и при более тяжелых проявлениях патологического процесса, при вы- раженных морфологических изменениях.

Допускается применение совместно с лазерной терапией и других физиотерапевтических факторов, лечебной физкультуры, массажа (не более двух факторов в один день). И, как было отмечено ранее, ком- плексное применение лазерной терапии с медикаментозными препара- тами значительно эффективнее, особенно в острых стадиях.

Суммарная эффективность лазерной терапии колеблется от 50 до 85 %, в отдельных случаях до 95 %. Клинический эффект использова- ния лазера зависит также от характера излучения.

Клинические эффекты применения импульсного инфракрасного лазерного излучения:

–активизация синтеза белка (РНК, ДНК);

–увеличение выработки и активация ферментов;

–повышение выработки АТФ;

75

–улучшение микроциркуляции, состава и функций крови;

–регенерация тканей;

–усиление синтеза коллагена;

–противовоспалительное действие;

–противоотечное действие;

–обезболивающее действие;

–снижение уровня холестерина;

–нормализация специфических и неспецифических факторов им- мунитета;

–мощный антиоксидантный эффект;

–нормализация и рост синтеза простагландинов;

–снижение уровня перекисного окисления липидов;

Клинические эффекты применения непрерывного некогерентного инфракрасного излучения:

–прогревание тканевых структур поверхностных слоев;

–воздействие на рецепторы, расположенные в коже, с повышени- ем порога болевых ощущений;

–активизация микроциркуляции;

–профилактика и лечение целлюлита;

–усиление регенерации эпителия и кожи;

–усиление проникновения лазерного излучения в ткани.

Клинические эффекты применения пульсирующего красного све-

та:

–улучшение микроциркуляции;

–противоотечное действие;

–выраженный терапевтический эффект в области суставов, имею- щих большое количество рыхлой соединительной ткани;

–профилактика и лечение целлюлита.

Все вышеперечисленные факторы, действуя одновременно (си- нергично) и взаимно усиливая друг друга, обусловливают уникальный эффект квантовой терапии, как лечебного и энергогармонизирующего профилактического средства.

76

3.6.1 Клиническое применение низкоэнергетического лазерного

излучения

Существуют различные способы доставки низкоэнергетического лазерного излучения к пациенту: наружное, или черезкожное воздейст- вие; воздействие на точки акупунктуры; внутриполостной путь; внут- ривенное лазерное облучение крови.

∙Наружное, или черезкожное воздействие. Орган, сосуды, нер-

вы, болевые зоны и точки облучаются через неповрежденную кожу в соответствующей области тела. Если патологический процесс локали- зован в поверхностных слоях кожи, то лазерное воздействие направле- но непосредственно на него. Черезкожное воздействие основывается на том, что лазерное излучение ближней инфракрасной области хорошо проникает через ткани на глубину до 5-7 см и достигает пораженного органа. Доставка излучения к поверхности кожи осуществляется либо непосредственно излучающей головкой, либо с помощью волоконного световода и световодной насадки.

∙Воздействие низкоэнергетического лазерного излучения на точ-

ки акупунктуры. Показания для этого метода достаточно широки. Ла- зерная рефлексотерапия бескровна, безболезненна, комфортна. Воз- можно сочетание с различными медикаментами, диетой, фитотерапией

иклассической иглорефлексотерапией (чжень-цзю). Используется классическая (китайская, европейская) рецептура (набор точек). Мно- гочисленными исследованиями доказано, что лазерная акупунктура влияет на различные многоуровневые рефлекторные и нейрогумораль- ные реакции организма. Стимулируется синтез гормонов, улучшается микроциркуляция в различных областях тела, увеличивается синтез простогландинов Е, F, эндорфинов, энкефалинов. Максимальный эф- фект достигается после 5-7-й процедуры и держится значительно дольше, чем при иглорефлексотерапии. При лазерной акупунктуре воз- можно использование непрерывного излучения, но более эффективно импульсное излучение с применением различных частот для различной патологии. Доставка лазерного излучения к точке осуществляется либо световодным волокном, либо непосредственно излучающей головкой со специальной насадкой.

∙Внутриполостной путь. Этот метод заключается в подведении низкоэнергетического лазерного излучения к патологическому очагу с помощью световолокна к слизистой оболочке. Осуществляется либо через эндоскопическую аппаратуру, либо с помощью специальных на- садок. При этом способе доставки низкоэнергетического лазерного из-

77

лучения с успехом используется как красное так и инфракрасное излу- чение.

∙ Внутривенное лазерное облучение крови проводится путем пункции в локтевую или в подключичную вену в условиях интенсив- ной терапии. В вену вводят тонкий световод, через который облучается протекающая по вене кровь. Для внутривенного лазерного облучения крови обычно используют лазерное излучение в красной области

(632,8 nm) и в инфракрасной (1264 nm) [39].

3.6.2 Клиническое применение высокоэнергетических лазеров

Эндоскопическое применение хирургических лазеров имеет зна- чительные преимущества перед использованием традиционного, элек- трического и ультразвукового скальпеля и криогенных аппаратов как в отношении техники оперативного вмешательства, так и в отношении характера процессов репарации в послеоперационном периоде. Лазер- ные операции отличаются практически полной бескровностью, малой травматичностью и поэтому не сопровождаются выраженными реак- тивными явлениями. При стойких обструктивных процессах (рубцовых стенозах, сосудистых опухолях, кистах, неспецифических гранулемах и полипах) это позволяет в ряде случаев не производить превентивную трахеотомию даже при выраженном дыхательном стенозе, а также применять лазеры у детей без возрастных ограничений. Особенности процессов репарации после лазерных операций позволили у большин- ства больных восстанавливать просвет дыхательных путей без допол- нительного использования стентов.

Однако положительные качества лазерной хирургии относитель- ны, то есть проявляются не всегда, что заставляет производить отбор больных для лазерных операций. При выборе способа устранения об- струкции приходится учитывать, что в ряде случаев не менее эффек- тивным, чем использование лазеров, оказывается применение других методик, например криовоздействия при некоторых видах гемангиом, низкочастотного ультразвука для удаления рубцовой ткани или тради- ционного микроскальпеля для иссечения нодозных образований (узел- ков, подслизистых кист и полипов) голосовых складок.

Одним из главных критериев отбора больных с рубцовыми стено- зами для СО2-лазерных эндоскопических операций является протяжен- ность рубцов, которая, по нашим данным и материалам других авторов, не должна превышать 1,5-2 см. Попытки эндоскопически восстановить просвет гортани при протяженности рубцов, близкой к предельной, требуют обязательного введения стентов после операции, а в ряде слу-

78

чаев вообще оказываются неудачными. Причины таких неудач в опре- деленной мере относятся к особенностям воздействия СО2-лазера на биоткани.

Как известно, излучение СО2-лазера интенсивно поглощается во- дой, и поэтому разрушение небольших по протяженности рубцовых мембран идет по типу вапоризации, когда вода цитоплазмы и межкле- точного пространства мгновенно закипает и как бы «взрывает» область лазерного воздействия. При этом термическое повреждение окружаю- щих тканей минимально, а стенки восстановительного отдела дыха- тельной трубки покрыты тонким слоем коагуляционного некроза с не- значительно выраженной зоной обугливания. Разрушение СО2-лазером массивных рубцов сопряжено с утолщением коагуляционного слоя, который с увеличением времени воздействия карбонизируется и раз- рушается лишь при температурах, во много раз превышающих темпе- ратуру вапоризации. Такая ситуация создавалась в ряде случаев при эндоскопическом устранении СО2-лазером рубцов протяженностью более 1,5 см, и во избежание ожога гортани операцию приходилось за- канчивать после устранения лишь небольшой части рубца. К тому вре- мени, когда реактивное воспаление стихало и появлялась возможность проведения второго этапа операции, в результате процессов рестенози- рования рубцы приобретали прежний объем. Отсюда следует, что воз- можность выраженного отека гортани ввиду высокой температуры раз- рушения карбонизированных тканей является важнейшим фактором ограничения протяженности рубцов при отборе больных для лазерных операций.

Одним из перспективных направлений в решении данной пробле- мы является использование компьютерной техники, с помощью кото- рой подбирается оптимальная программа перемещения лазерного луча по операционному полю с минимальным повреждением окружающих тканей. С целью уменьшения температуры разрушения карбонизиро- ванного каркаса СО2-лазерной раны разработаны и применяются в кли- нической практике ряд методик. К ним относятся использование авто- матического режима с минимальными периодами воздействия, насы- щение тканей жидкостью (изотоническим раствором или раствором новокаина), обдув места воздействия лучом лазера неокисляющим га- зом, препятствующим горению карбонизированных тканей. Собствен- ный опыт авторов свидетельствует о том, что данные методики позво- ляют уменьшить травматичность СО2-лазерного воздействия при эндо- скопическом устранении стойкой обструкции, однако не оказывают

79

существенного влияния на критерий протяженности последней, в част- ности, при отборе больных для лазерных операций.

Уменьшение перегревания тканей вблизи места лазерного воздей- ствия за счет уменьшения толщины коагуляционного слоя достигается при использовании твердотельных лазеров на основе гольмиевого кри- сталла и эрбиевого стекла. Эксперименты на животных показали, что термическое повреждение окружающих тканей и последующее рубце- вание при нанесении ран эрбиевым и гольмиевым лазерами значитель- но менее выражено, чем в результате СО2-лазерного воздействия. Уже имеется первый положительный клинический опыт применения дан- ных лазеров при рубцовых стенозах гортани.

К излучению гольмиевых лазеров приближается по действию из- лучение полупроводникового лазера на гранате с длиной волны 980 нм. Эти компактные полупроводниковые лазеры с ресурсом работы 5 ты- сяч часов дают излучение с длиной волны 980 нм мощностью до 10 Вт.

Точность и малая травматичность СО2-лазера позволила успешно применять его при устранении подскладковых капиллярных гемангиом, кист, неспецифических гранулем и полипов гортанной части глотки и гортани. Однако при гемангиомах, имеющих кавернозное строение, использование данного типа лазеров сопряжено с опасностью кровоте- чения. Коагуляция ложа кисты после ее эндоскопического устранения позволяет при отсутствии грубых рубцовых изменений в определенной мере снизить вероятность рецидива образования.

Необходимо отметить наличие определенных сложностей возни- кающих при транспортировке лазерного излучения от неподвижного источника до объекта.

Представляет большой интерес применение в эндоскопической хирургии дыхательных путей ИАГ-Nd – лазера. Излучение ИАГ-Nd – лазера значительно меньше, чем СО2-лазера, поглощается водой и по- этому глубже проникает в биоткани. Эта особенность дает данному ла- зеру определенные преимущества. Глубокое проникновение в мягкие ткани создает выраженное коагулирующее действие на кровеносные сосуды в зоне лазерного воздействия и проявляется минимальной кро- воточивостью во время операции. Это позволяет рекомендовать приме- нение ИАГ-Nd – лазера при кавернозных гемангиомах гортанной части глотки и гортани.

Другим важным преимуществом ИАГ-Nd – лазера является боль- шее, чем у СО2-лазера, склерозирующее действие. Данное положение подтверждают эксперименты, в которых установлено, что рубцы после контактного воздействия на мягкое небо собак излучением ИАГ-Nd –

80