Изменения свойств ткани и ее температуры под действием непрерывного мощного лазерного излучения. Фазы.

При повышении температуры до 40 – 60° имеет место активации ферментов, появление отёков, изменения в клетках или их гибель, денатурации белков, начало коагуляции.

60 – 70° – денатурация коллагена, дефекты мембраны.

100° – обезвоживание, выпаривания тканевой воды.

> 100° – обугливание и почернение ткани.

> 300° – выпаривание ткани и газообразование (прекращается рост температуры). При данной температуре лазера рассекает ткань как скальпель. Степень повышения температуры зависит от глубины ткани.

Абляция ткани* под действием интенсивного лазерного излучения (под действием коротких импульсов лазерного излучения непрерывно действующих)

Происходит очень быстрый нагрев тканевой жидкости >100°. При этом тканевая жидкость оказывается в нестабильном перегретом состоянии, происходит взрывное вскипание, Резкий разрыв ткани. Температура абляции не больше 100 – 120°, следовательно, не происходит обугливание нагревании близ лежащих тканей. (например: лазерный пиллинг кожи, операция на сетчатке глаза).

*В медицине абляция (лат. ablatio отнятие) - это направленное разрушение ткани (опухоли, эктопического водителя ритма сердца) без физического удаления ткани.

 

Использование лазерного излучения. Лазерная диагностика. Лазерное излучение в биологии, в терапии и хирургии.

Процессы, характеризующие взаимодействие лазерного излучения (ЛИ) с биообъектами, можно разделить на 3 группы:

• невозмущающее воздействие (не оказывающее заметного действия на биообъект);

• фотохимическое действие (возбужденная лазером частица либо сама принимает участие в соответствующих химических реакциях, либо передает свое возбуждение другой частице, участвующей в химической реакции);

• фоторазрушение (за счет выделения тепла или ударных волн).

Лазерная диагностика

Лазерная диагностика представляет собой невозмущающее воздействие на биообъект, использующее когерентность лазерного излучения. Перечислим основные методы диагностики.

Интерферометрия. При отражении лазерного излучения от шероховатой поверхности возникают вторичные волны, которые интерферируют между собой. В результате образуется картина темных и светлых пятен (спеклов), расположение которых дает информацию о поверхности биообъекта (метод спеклоинтерферометрии).

Голография. С помощью лазерного излучения получают 3-мерное изображение объекта. В медицине этот метод позволяет получать объемные изображения внутренних полостей желудка, глаза и т.д.

Рассеяние света. При прохождении остронаправленного лазерного пучка через прозрачный объект происходит рассеяние света. Регистрация угловой зависимости интенсивности рассеянного света (метод нефелометрии) позволяет определять размеры частиц среды (от 0,02 до 300 мкм) и степень их деформации.

При рассеянии может изменяться поляризация света, что также используется в диагностике (метод поляризационной нефелометрии).

Эффект Доплера. Этот метод основан на измерении доплеровского сдвига частоты ЛИ, который возникает при отражении света даже от медленно движущихся частиц (метод аненометрии). Таким способом измеряется скорость кровотока в сосудах, подвижность бактерий и т.д.

Не знаю надо это или нет, было ли в лекциях. В презентации этого просто нет.

Квазиупругое рассеяние. При таком рассеянии происходит незначительное изменение длины волны зондирующего ЛИ. Причина этого - изменение в процессе измерения рассеивающих свойств (конфигурации, конформации частиц). Временные изменения параметров рассеивающей поверхности проявляются в изменении спектра рассеяния по сравнению со спектром подающего излучения (спектр рассеяния либо уширяется, либо в нем появляются дополнительные максимумы). Данный метод позволяет получать информацию о меняющихся характеристиках рассеивателей: коэффициенте диффузии, скорости направленного транспорта, размерах. Так осуществляется диагностика макромолекул белков.

Лазерная масс-спектроскопия. Этот метод используют для исследования химического состава объекта. Мощные пучки лазерного излучения испаряют вещество с поверхности биообъекта. Пары подвергают масс-спектральному анализу, по результатам которого судят о составе вещества.

Лазерный анализ клеток (крови). Лазерный луч, пропускаемый через узкий кварцевый капилляр, по которому прокачивается специально обработанная кровь, вызывает флуоресценцию ее клеток. Флуоресцентное свечение затем улавливается чувствительным датчиком. Это свечение специфично для каждого типа клеток, проходящих поодиночке через сечение лазерного луча. Подсчитывается общее число клеток в заданном объеме крови. Определяются точные количественные показатели по каждому типу клеток.

Метод фоторазрушения. Его используют для исследования поверхностного состава объекта. Мощные пучки ЛИ позволяют брать микропробы с поверхности биообъектов путем испарения вещества и последующего масс-спектрального анализа этого пара.

В биологии: Низкоинтенсивное лазерное излучение стимулирует метаболическую активность клетки. Стимуляция биосинтетических процессов может быть одним из важных моментов, определяющих действие низкоинтенсивного излучения лазера на важнейшие функции клеток и тканей, процессы жизнедеятельности и регенерации (восстановления).

ГНЛ (гелий-неоновый лазер) приводит к увеличению содержания в ядрах клеток человека ДНК и РНК, что свидетельствует об интенсификации процессов транскрипции (делений). В связи с этим возникает вопрос о запуске мутаций. Однако доказано, что частота хромосомных мутаций в клетках человека вызванных химическими мутагентами, при воздействии ГНЛ уменьшается. ГНЛ оказывает антимутагенный эффект, активизирует синтез ДНК и ускоряет восстановительные процессы в клетках подвергнутых потоку нейтронов или гамма - радиации. Это позволяет использовать лазерное излучение в онкологии, на вредных производствах, в военной медицине, как профилактический, так и лечебный фактор в комбинации с медикаментами.

Низкоинтенсивное лазерное излучение (НИЛИ) стимулирует выработку АТР в митохондриях, ускоряет скорость его образования, повышает эффективность работы дыхательной цепи митохондрий. В то же время количество потребляемого кислорода уменьшается. Происходят перестройки в мембранах митохондрий. НИЛИ оказывает антиоксидантный эффект. Известно, что интенсивность свободнорадикального окисления в липидной фазе мембран мембран клеток определяется соотношением насыщенных и ненасыщенных липидов, вязкостью липидной компоненты мембран, которые меняются при лазерной терапии, что отражается на структурных перестройках в мембране, ее функциональном состоянии, активности мембраносвязанных ферментов.

Обобщая данные современных исследований можно сказать, что НИЛИ вызывает активацию энергосвязывающих процессов в патологически измененных тканях с нарушением метаболизма, повышение активности важнейших ферментов, снижение потребления кислорода тканями с повышением (фосфорилирующей) активности митохондрий, обогащением их энергией, усиление интенсивности гликолиза (образования гликогена) в тканях и другие. Вторичные эффекты представляют собой комплекс адаптационных и компенсаторных реакций возникающих в результате реализации первичных эффектов в тканях, органах и целостном живом организме.

В хирургии используются высокоинтенсивные лазеры. Лазерный луч используется в качестве универсального светового скальпеля. При воздействии на биоткань лазерного излучения большой интенсивности происходит ее нагрев, коагуляция, испарение или же абляция. Эти явления используются в лазерной хирургии для рассечения тканей, удаления ее патологических участков, остановки кровотечения, сваривания биотканей. Выбирая должным образом длину волны излучения, его интенсивность и длительность воздействия, можно получать различные хирургические эффекты.

Применение лазерного луча в хирургии обеспечивает избирательное и контролируемое воздействие. Лазерная хирургия имеет ряд преимуществ:

• бесконтактность, дающую абсолютную стерильность;

• селективность, позволяющую выбором длины волны излучения дозированно разрушать патологические ткани, не затрагивая окружающие здоровые ткани;

• бескровность (за счет коагуляции белков);

• микрохирургию тканей и клеток, позволяющую, благодаря высокой степени фокусировки луча;

• незначительное механическое травмирование прилегающих областей;

• точно определенная глубина проникновения в ткань. Укажем некоторые области хирургического применения лазеров.

Применение:

Лазерная сварка тканей. Для сварки тканей используется различные лазеры. Для большинства тканей при сварке целесообразно, чтобы нагревание, ведущее к оплавлению и последующей сварке, происходило по возможности главным образом в наружном, самом прочном слое будущего анастомоза (соустье между сосудами). Защиту от обширного по объему и чрезмерного по температуре нагрева свариваемых структур осуществляют либо с помощью специально подбираемого режима работы или путем нанесения на поверхность будущего шва специального припоя, интенсивно поглощающегося свет в области излучения данного лазера.

Разрушение пигментированных участков. Лазеры, работающие в импульсном режиме, используются для разрушения пигментированных участков. Необходимыми условиями для этого являются: поглощение объектом излучения данной длины волны и достаточно короткая продолжительность импульсов. Используемая при этом малая энергия снижает опасность повреждения соседних тканей. В некоторых случаях используется малая глубина проникновения луча в ткань, что позволяет осуществить послойное испарение (абляцию). Данный метод (фототермолиз) используется для лечения ангиом, удаления татуировок, склеротических бляшек в кровеносных сосудах и т. п.

Лазерная эндоскопия. Чтобы избежать больших открытых операций, лазерное излучение доставляется к месту воздействия с помощью волоконно-оптических световодов. Гибкие световоды позволяют подводить лазерное излучение к биотканям внутренних полых органов. При этом значительно снижается риск возникновения и передачи инфекций, опасность послеоперационных осложнений (спайки, перерождение нормальной ткани в рубцово-измененную).

Лазерный пробой. Короткоимпульсные лазеры в сочетании со световодами применяют для удаления бляшек в сосудах, камней в желчном пузыре и почках.

Лазеры в офтальмологии. Лазеры широко применяются при хирургических операциях в офтальмологии. Их применение позволяет выполнять бескровные, не требующие нарушения целостности глазного яблока, оперативные вмешательства, связанные с коагуляцией и фотодеструкцией тканей глаза. Это операции на стекловидном теле; приваривание отслоившейся сетчатки и заваривание ее сосудов (офталъмокоагуляция); лечение глаукомы путем «прокалывания» лазерным лучом отверстий для оттока внутриглазной жидкости. Применяется послойная абляция тканей роговицы для коррекции зрения. Некоторые лазеры под компьютерным контролем способны производить коррекцию нарушений рефракции (от –20 до +20 дптр). Подбирается оптимальный режим работы лазерной установки, в результате чего температура роговой оболочки повышается не более чем на 5-6°С. Благодаря этому роговица в послеоперационном периоде остается прозрачной. Время лазерного вмешательства не превышает одной минуты.

Лазеротерапия – лечебное использование оптического излучения, источником которого является лазер. В результате воздействия лазерного излечения, вследствие поглощения световой энергии возникает ряд фотобиологических процессов. Кратковременное увеличение концентрации свободного кальция в клетках запускает последующий каскад ответных реакций организма на воздействие:

· активируются пролиферативные и метаболические процессы;

· нормализуется функция иммунной системы;

· улучшается состояние сосудов, в частности, происходит расширение сосудистых стенок;

· возникает обезболивающий эффект;

· усиливается микроциркуляция;

· нормализуется кислородно-транспортная функция крови;

· повышается антиоксидантная и протеолитическая активность крови;

· стимулируется гемопоэз;

· улучшаются обменные процессы;

· активируется регенерация тканей;

· наблюдается дезинтоксикационное, противовоспалительное и антиаллергическое действие.