Использование лазерного излучения в медицине и фармации

Применения лазеров многообразны. Способность лазера концентрировать световую энергию в пространстве, во времени и в спектральном интервале может быть использована двояко:

• 1) нерезонансное взаимодействие мощных световых потоков с веществом в непрерывном и импульсном режимах (лазерная технология, лазерный термоядерный синтез и др.);
• 2) селективное воздействие на атомы, ионы, молекулы и мол. комплексы, вызывающие процессы фотодиссоциации, фотоионизации, фотохимические реакции (лазерная химия, лазерное разделение изотопов и др.).

Для лазерного способа ввода энергии в вещество характерны точная локализация, дозированность и стерильность.

Открытие и развитие лазерной техники существенно отразилось на медицинских исследованиях и практике. В начале шестидесятых годов появились первые лазерные медицинские устройства. Сегодня лазерные технологии применяются практически при любых заболеваниях.

Одно из важнейших направлений биомедицинских исследований сосредоточено на изучении функций отдельных компонентов клетки. Эти функции исследуются посредством разрушения отдельных компонентов и наблюдения последующего поведения клетки. Если клетка не способна выполнять одну из своих нормальных функций, то резонно приписать эту функцию разрушенному компоненту. До появления лазеров повреждения производились тонкой иглой или микрозондом. Этим способом можно было исследовать только большие клеточные структуры, и результаты зачастую были двусмысленными. При использовании в качестве зондов лучей лазера этот метод исследования значительно усовершенствовался. Луч лазера можно сфокусировать до диаметра 0,5 мкм и даже меньше. Луч такого размера позволяет зондировать клеточные компоненты, недоступные обычным микрозондам. Например, важнейший компонент клетки — это митохондрия, которая имеет почти цилиндрическую форму с диаметром примерно 0,5 мкм и длиной приблизительно 10 мкм. Луч лазера с диаметром 0,5 мкм может разрушить отдельную митохондрию или даже ее часть.

В диагностике лазеры применяются для обнаружения различных неоднородностей (опухолей, гематом) и измерения параметров живого организма. Основы диагностических операций сводятся к пропусканию через тело пациента (либо один из его органов) лазерного луча и постановке диагноза по спектру или амплитуде прошедшего или отражённого излучения. Известны методы обнаружения раковых опухолей в онкологии, гематом в травматологии, а также методы измерения практически любых параметров крови.

Важное для хирургии свойство лазерного излучения — способность коагулировать кровенасыщенную (васкуляризованную) биоткань. Хирургические лазеры делятся на две большие группы: абляционные и неабляционные лазеры. Абляционные лазеры по механизму воздействия ближе к скальпелю. Неабляционные лазеры действуют по другому принципу: после обработки какого-то объекта, например, папилломы или гемангиомы, таким лазером, этот объект остаётся на месте, но через какое-то время в нём происходит серия биологических эффектов, и он отмирает. В хирургии применяются также CO2-лазеры непрерывного действия, осуществляющие тепловое воздействие. Преимущества лазерной хирургии состоят в том, что она является бесконтактной, практически бескровной, стерильной, локальной, даёт гладкое заживление рассечённой ткани.

Лазеры используются также для микрохирургии и заживления кровоточащих участков в труднодоступных местах. Например, лазер используется для контроля острых кровотечений при гастритах и язвах желудка. В ходе этих процедур связка оптических волокон погружается в желудок через рот. Лучи для освещения поступают через одну часть световода, а хирург наблюдает за ними через другую. Когда установлен кровоточащий участок, вспышка, направляемая на него, прижигает участок. Это очень быстрая процедура, а результат ее зачастую весьма надежен.

Хирургия с использованием лучей лазера применяется для удаления повреждений голосовых связок и шейных полипов. Некоторые виды раковых заболеваний также оперируются с помощью лазеров. Эти операции проходят без боли, кровотечения, рубцов или нарушения функций. Лучи лазера могут уничтожать родимые пятна и даже стирать татуировки.

Световодные инструменты и катетеры для лазерной хирургии предназначены для доставки мощного лазерного излучения к месту проведения оперативного вмешательства при открытых, эндоскопических и лапароскопических операциях в урологии, гинекологии, гастроэнтерологии, общей хирургии, артроскопии, дерматологии. Они позволяют осуществлять резание, иссечение, абляцию, вапоризацию и коагуляцию тканей при проведении хирургических операций в контакте с биотканью или в бесконтактном режиме применения (при удалении торца волокна от биоткани).

Лазерный луч оказывает разрушающее действие на опухолевые клетки. Механизм разрушения основан на термическом эффекте, вследствие которого возникает разность температур между поверхностными и внутренними частями объекта, приводящая к сильным динамическим эффектам и разрушению опухолевых клеток. Лазер используется в фотодинамической терапии, суть которой состоит в том, что в организм пациента вводят специальное вещество — фотосенсибилизатор, которое избирательно накапливается раковой опухолью. После облучения опухоли специальным лазером происходит серия фотохимических реакций с выделением кислорода, который убивает раковые клетки.

Одним из способов воздействия лазерным излучением на организм является внутривенное лазерное облучение крови (ВЛОК), которое в настоящее время успешно используется в кардиологии, пульмонологии, эндокринологии, гастроэнтерологии, гинекологии, урологии, анестезиологии, дерматологии и других областях медицины. Глубокая научная проработка вопроса и прогнозируемость результатов способствуют применению ВЛОК как самостоятельно, так и в комплексе с другими методами лечения. Для ВЛОК обычно используют лазерное излучение в красной области спектра (0,63 мкм) мощностью 1,5−2 мВт.

В дерматологии с помощью лазерного излучения лечат многие тяжёлые и хронические заболевания кожи, а также выводят татуировки. При облучении лазером активируется регенеративный процесс, происходит активация обмена клеточных элементов. Основной принцип применения лазеров в косметологии заключается в том, что свет воздействует только на тот объект или вещество, которое поглощает его. В коже свет поглощается особыми веществами — хромофорами. Каждый хромофор поглощает в определенном диапазоне длин волн, например, для оранжевого и зеленого спектра — это гемоглобин крови, для красного спектра — меланин волос, а для инфракрасного спектра — клеточная вода. При поглощении излучения происходит преобразование энергии лазерного луча в тепло на том участке кожи, который содержит хромофор. При достаточной мощности лазерного луча это приводит к тепловому разрушению мишени.

В стоматологии лазерное излучение является наиболее эффективным физиотерапевтическим средством лечения пародонтоза и заболеваний слизистой оболочки полости рта.

Лазерный луч применяется для иглоукалывания. Преимущества применения лазерного луча состоит в том, что отсутствует контакт с биологическим объектом, т. е. процесс протекает стерильно и безболезненно при большой эффективности.

В офтальмологии лазеры применяют как для лечения, так и для диагностики. С помощью лазера производят приварку сетчатки глаза, сварку сосудов глазной сосудистой оболочки. Для микрохирургии в лечении глаукомы служат аргоновые лазеры, излучающие в сине-зелёной области спектра. Для коррекции зрения успешно используются эксимерные лазеры.

Видимая часть излучения лазера проходит через глаз к сетчатке так же, как и обычный видимый свет. Поэтому лучи лазера особенно удобны для лечения повреждений сетчатки. Кровь, которая поставляет питательные вещества и кислород внутренним слоям сетчатки, подается по центральной артерии сетчатки, которая входит в глаз вдоль зрительного нерва, а затем разделяется на систему мелких сосудов для снабжения всей сетчатки. При диабетической ретинопатии эти кровеносные сосуды повреждаются и кровоточат. Более того, на поверхности сетчатки образуются новые сосуды, которые выступают наружу и могут приводить к кровоизлияниям в глазном яблоке. Зарубцевавшаяся ткань образует с новыми сосудами комплекс, который может привести к тому, что она станет способной отделиться от роговой оболочки, лежащей между сетчаткой и склерой. Используя хорошо сфокусированный луч лазера, слабые сосуды можно собрать и сварить, а появление новых будет приостановлено. У пациентов, подвергнутых лечению лазером при диабетической ретинопатии, случаи потери зрения уменьшились на 60%.

Иногда сетчатка отделяется от поверхности роговицы. Чаще всего это связано с расщеплением волокон коллагена в глазном яблоке, которые неравномерно отталкивают сетчатку в глубину глаза. Внешние слои сетчатки, включающие внешние сегменты палочек и колбочек, получают питание, в особенности кислород, в основном за счет диффузии из сосудов роговой оболочки. Если сетчатка отслаивается, то часть потребностей сетчатки диффузионные процессы могут удовлетворить, и она будет сопротивляться уничтожению в течение ряда дней. Однако если повреждение вовремя не устранить, сетчатка может разрушиться до такой степени, что не будет способна функционировать даже после хирургического вмешательства. Уже более десяти лет лазеры повсеместно используются для лечения отслоившейся сетчатки. Короткая вспышка лазерного излучения (продолжительность ее примерно 1 мс) фокусируется на сетчатке и разрушает часть ее и прилегающие слои роговицы. Результат «ожога» заключается в образовании сплава, который хорошо соединяет обе поверхности. Так как продолжительность требующегося импульса излучения очень мала, пациент не реагирует на свет до окончания облучения, а значит не требуется никакого закрепления головы. И в дальнейшем пациент не испытывает никакого неудобства.

Хотя лучи лазера и можно использовать для лечения глаза, при слишком большой дозе излучения он может быть и поврежден. Многие маломощные лазеры, использующиеся в лабораториях и классных комнатах, имеют мощность луча 1 мВт, а иногда и больше. Было установлено, что облучение глаза лучом мощностью 2 мВт в течение 1−2 с может привести к ожогу сетчатки. Чтобы избежать последствий, к которым может привести ожог сетчатки, каждый человек при обращении с лазерами должен быть предельно осторожен.