ГЛАВА 2. ПЯТЬ ВИДОВ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЛАЗЕРНОГО
                СВЕТА НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ТКАНИ.

Для испарения тканей наиболее часто используется СО₂-лазер. Лазерный луч в месте взаимодействия обычно дефокусируется до пятна размером в 2-3 мм. Глубина испарения зависит от плотности мощности или интенсивности лазерного излучения на поверхности кожи. Испарение может быть медленным и поэтапным с помощью импульсов, длительность которых контролируется заслонкой или производится более быстро посредством серии импульсов. Наиболее быстрое испарение можно осуществить с помощью лазера, работающего в непрерывном режиме. Но, хотя этот метод испарения наиболее быстрый, он редко применяется в медицинских целях.

Дефокусированное (или расфокусированное) пятно при использовании большинства СО₂-лазеров может быть получено путем простого удаления фокуса от предполагаемой мишени. Этот простой маневр выводит место взаимодействия лазерного излучения с кожей из фокуса и одновременно увеличивает размер пятна. Результатом этого является расширение области взаимодействия одновременно с уменьшением интенсивности излучения, то есть с уменьшением плотности мощности излучения, действующего на единицу площади ткани.

Адекватное испарение может быть получено при мощности 4-5 Вт, или, в терминах интенсивности излучения, примерно 160 Вт/см². При лечении гиперкератозных тканей (например, при удалении подошвенных бородавок) для получения правильного режима испарения может потребоваться более высокая мощность. Но обычно при испарении тканей с помощью СО₂-лазера сильно менять параметры лечения не приходится. С помощью СО₂-лазера можно испарить самые разнообразные патологии кожи. Большинство патологий, которые могут быть излечены криохирургией, электрохирургией или выскабливанием, успешно излечиваются СО₂-лазером. Это, например, обычные бородавки, себорейный кератоз, эпидермальный невус (родимые пятна), свищи, трихоэпителиома (множественную доброкачественную кистозную эпителиома) и онихомикоз ногтей. Возможность удалить в процессе испарения только патологическую ткань делает этот способ воздействия наиболее привлекательным при лечении поверхностной базально-клеточной карциномы, сквамозной клеточной карциномы, обычных бородавок, бородавочного эпидермального невуса. Во многих случаях лазерное лечение значительно уменьшает последствия операционного вмешательства, что является дополнительным фактором в пользу именно такого лечения.

При использовании СО₂-лазеров для иссечения тканей лазерный луч фокусируется так, чтобы его поперечное сечение в фокусе (пятно) имело диаметр 0,1-0,3 мм. Когда мощность лазера доводится до 20 Вт и используется сфокусированный пучок, плотность мощности излучения в пятне достигает 50-75 кBт/cм² (в зависимости от размеров пятна). Такой уровень плотности излучения позволяет СО₂-лазеру работать как скальпелю при рассечении мягких тканей. Главное преимущество лазерного скальпеля - то, что в процессе рассечения происходит закупоривание сосудов диаметром до 0,5 мм. В результате такое рассечение происходит почти без потери крови. Глубина рассечения мягких тканей и кровоостанавливающее действие зависят от мощности лазера, точнее, плотности мощности в пятне и скорости, с которой лазерный луч проводится вдоль линии разреза. После небольшой практики СО₂-лазер может быть использован с такой же степенью точности, что и обычный скальпель, и обеспечивает столь же хорошее качество разреза. И хотя разрез скальпелем обычно делается более быстро, чем лазером, снижение необходимости кровоостанавливающих процедур дает лазеру важное преимущество.

2.3.1. Понятие и условия осуществления.

Селективная фотокоагуляция (или фототермолиз) основана на избирательном поглощении лазерной энергии на определенной длине волны, что приводит к избирательному разрушению одного из компонентов биологической ткани (мишени) без нанесения ущерба окружающей ткани. Этот процесс зависит от двух факторов.

1.Хромофор в ткани должен иметь более высокий коэффициент поглощения света заданной частоты по сравнению с хромофорами в окружающих тканях.

2.Вторым фактором является время термической релаксации. Временем термической релаксации называется время, необходимое для передачи половины полученной тканью энергии окружающим тканям (в виде тепла). Если нагревать ткань дольше этого времени, то окружающие ткани перегреваются и необратимо повреждаются с большой вероятностью формирования рубцов. Достаточно малое время термической релаксации означает, что ткани могут быть подвержены воздействию излучения только в течение короткого времени, обычно в течение нескольких нано- или микросекунд. Воздействие должно затем быть прекращено на некоторый промежуток времени, чтобы обеспечить передачу и рассеяние тепла, которое в противном случае приводит к нежелательным термическим повреждениям.

Итак, чтобы обеспечить возможность селективной фотокоагуляции, лазерное воздействие должно удовлетворять следующим условиям:

1) Длина волны лазерного излучения должна быть такой, чтобы коэффициент поглощения света хромофорами поврежденной ткани был заметно выше, чем коэффициент поглощения света хромофорами окружающей здоровой ткани.

2) Время лазерного воздействия должно быть достаточно малым, чтобы не допустить термического перегрева и необратимого повреждения окружающих тканей.

2.3.2. Преимущества лазера на парах меди

Исследования спектров поглощения хромофоров показали, что для лечения сосудистых дефектов кожи идеально подходит “желтая” линия лазера на парах меди с длиной волны 578 нм, поскольку коэффициент ее поглощения гемоглобином и оксигемоглобином, а также глубина проникновения излучения в ткань в 3-4 раза выше, чем у ранее применявшихся длин волн (рис.1). Все это увеличивает избирательность при фотокоагуляции, и, следовательно, уменьшает вероятность рубцевания. Что же касается времени тепловой релаксации (время коагуляции крови в сосудах и разрушения их стенки без существенного повреждения окружающих тканей), то для сосудов в “винных” пятнах оно колеблется в пределах от одной тысячной до одной сотой части секунды. При более длительной экспозиции возникает перегрев окружающих тканей, и воздействие становится неселективным. Эта проблема касается тех лазерных систем, которые генерируют непрерывное излучение. В этом случае приходится особенно тщательно дозировать время облучения.

В лазерных системах на парах меди эта проблема решается путем импульсной генерации. Лазер генерирует короткие импульсы, чья длительность в сотни раз меньше времени тепловой релаксации самых маленьких сосудов. Пауза между импульсами чуть больше; за это время ткань имеет возможность охладиться. Интервал между импульсами является важным преимуществом ЛПМ - с одной стороны, он достаточно мал, чтобы за серию импульсов поврежденные сосуды (увеличенного диаметра) накопили энергию, необходимую для коагуляции; с другой стороны, он достаточно велик, чтобы здоровые сосуды (нормального диаметра) успели остыть. Естественно, это во много раз сокращает нежелательное воздействие на окружающие ткани.

2.4. Фотодинамическая терапия.        к началу страницы

Концепция того, что определенные химические вещества плюс свет могут вызывать биологические реакции в живом организме, не нова. Эксперименты по использованию красителей и света для разрушения микроорганизмов, проведенные в начале этого века, легли в основу метода фотодинамической терапии (ФДТ). Многие исследователи в последнее время проводят аналогичные работы с целью уничтожать злокачественные ткани, не затрагивая здоровые.

В настоящее время процесс, в результате которого происходит такое селективное воздействие, пока понят не полностью. Общепринятым является мнение, что в результате воздействия света краситель переходит в возбужденное состояние. Каждое химически активное вещество имеет одну или несколько длин волн света, которые могут стимулировать возбуждение. В присутствии кислорода в межклеточном пространстве возбужденный краситель передает свою энергию кислороду, производя тем самым атомарный кислород. Этот процесс приводит к быстрому и необратимому окислению субклеточных компонент, что нарушает клеточный метаболизм и приводит к гибели клетки.

Широкое применение фотодинамической терапии этого типа повлекло за собой создание фотосенсибилизаторов (веществ, накапливающихся в злокачественных тканях) и способов их последующего освещения лазерным светом с целью разрушения злокачественных тканей. На сегодняшний день такая терапия еще находится в экспериментальной стадии и ограничена FDA-протоколом. Используемый в настоящее время фотосенсибилизатор - это производное от гематопорфирина вещество (HpD), которое при активации превращается в эфир дигематопорфирина (DHE). Это вещество удовлетворяет критериям, предъявляемым к клинически полезным фотосенсибилизаторам, так как оно не является токсичным в клинических дозах, активизируется лазерным излучением, проникающим в ткани, селективно и эффективно воздействует на злокачественные ткани. Отечественный аналог – препарат ФОТОГЕМ.

Наиболее часто используемым для такой терапии лазерным источником является перестраиваемый лазер на красителях, настроенный на длину волны излучения 630 нм. Эта длина волны имеет два преимущества: она сильно поглощается DHE и легко проникает в ткани. В последнее время для ФДТ используется лазер на парах золота, генерирующий излучение на длине волны 628 нм.

DHE вводится пациенту внутривенно в дозе 1,5-2,5 миллиграмма на килограмм веса. Через 24-72 часа после введения DHE выводится из нормальной ткани, и опухоль облучается лазерным светом. Используется мощность, не превышающая 300 мВт. Плотность мощности не должна превышать 300 мВт/см², иначе вместо фотодинамического эффекта произойдет коагуляция. В большинстве случаев это приводит к полному или частичному некрозу опухоли. Этот метод был успешно применен для лечения базально-клеточной карциномы, сквамозно-клеточной карциномы, злокачественной меланомы, метастатической карциномы. Недавно для лечения поверхностных опухолей было испробовано локальное введение DHE. Обычный курс ФДТ - это процедура длительностью около часа, после чего опухоль отмирает в течение нескольких дней. Большие дозы лазерного облучения приводят к повреждению окружающих здоровых тканей.

Для того, чтобы фотодинамическая терапия была эффективной, необходимо соблюдать ряд правил:

• использовать оптимальную дозу фотосенсибилизатора (2,5 мг/кГ для большинства производных гематопорфирина);
• плотность мощности лазерного излучения на конце световода не должна превышать 300 мВт/см², иначе вместо фотодинамического эффекта произойдет коагуляция;
• время облучения опухоли определяется мощностью на конце световода, объемом опухоли и плотностью поглощаемой энергии:

где T - время освещения [мин]

D - диаметр опухоли (описанная окружность) [см]

E - плотность энергии, поглощаемой опухолью [Дж/см²]

Р - мощность излучения на конце световода [мВт]

• облучать опухоль через 20-80 часов после введения фотосенсибилизатора - при преждевременном облучении значительно повышается риск повреждения здоровых тканей;
• ФДТ наиболее эффективна тогда, когда толщина опухоли не превышает 1,5 см. При больших размерах часть опухоли необходимо выпарить или коагулировать хирургическим лазером.

Основным побочным эффектом такой терапии является сохранение фоточувствительности пациента в течение нескольких дней или даже недель после введения DHE. Эта проблема решается посредством защиты пациента от солнечных лучей и специальной защитной одежды. Проблема фоточувствительности является главной причиной стремления найти эффективный и универсальный способ локального введения фотосенсибилизатора.

Когда живая ткань подвергается воздействию излучения очень большой плотности, в диапазоне 50-1000 Вт/см², она может быть рассечена им, как скальпелем. Если плотность излучения лежит в области 500-850 Вт/см², то происходит испарение мягких тканей. Если ткань подвергается воздействию излучения плотности от 50 до 150 Вт/см², будет происходить коагуляция. Это биологическое взаимодействие с лазерной энергией, похоже, не зависит от типа лазера. Поэтому применяется целый ряд различных лазеров для сшивания краев ран.

Такое сшивание наиболее эффективно, когда края раны заранее сжаты хирургическими зажимами или сшиты обычным способом. Для этих целей использовались аргоновый и СО₂-, а также Nd:YAG-лазеры с генерацией на длинах волн 1060 и 1320 нм. Первые эксперименты показали, что все эти лазерные системы сшивают ткани. Но наилучшие результаты получены с помощью аргонового и Nd:YAG-лазеров на волне 1320 нм. Однако, требуется дополнительная работа перед тем, как эта форма терапии станет клинически проверенной и надежной.

к началу страницы