Биологическое действие излучения лазеров и их использование в гинекологии

В данной статье мы рассмотрим биологическое действие излучения высокоэнергетических лазеров и их использование в экспериментальной гинекологии и онкогинекологии.

Исследования, посвященные определению целесообразности применения высокоэнергетических лазерных источников в лечебных целях, ведутся с начала 70-х годов в основном по 2 направлениям:

• изучение разрушающей активности лучей лазеров на твердом теле (например, рубинового, неодимового) с импульсным режимом генерации при воздействии на различные патологические очаги, чаще всего опухоли;
• выяснение возможностей использования излучения высокоэнергетических газовых лазеров непрерывного и квазинепрерывного действия (например, на аргоне), как «лазерного скальпеля», фото коагулятор а для «сварки» различных тканей или разрушения опухолевых тканей.

В ходе многочисленных экспериментов еще на заре исследования биологических эффектов излучения лазерных источников импульсного и непрерывного действия было установлено, что оно не оказывает ионизирующего влияния на организм. Это положение не могло не заинтересовать онкологов, поскольку открывало новые перспективы применения лазерного излучения в онкологии, хирургии, особенно в случаях, когда лучевая терапия оказывалась неэффективной или вызывала значительные изменения гемоцитограммы больного.

Повреждающие эффекты излучения высокоэнергетических лазеров импульсного действия (рубинового, неодимового) с энергией в импульсе от 4 до 800 Дж обусловлены прежде всего воздействием высокой температуры, возникающей в тканях ударной волны.

Исследуя в эксперименте действие лазеров большой мощности, Б. В. Огнев и соавторы (1972), Б. М. Хромов (1973), A. Friedmann (1968), W. L. Wolbarst (1971) и другие обнаружили локальное повышение температуры (до нескольких сот градусов) в тканях, что вызывало в них изменения, аналогичные термическому ожогу. Такими исследованиями установлено, что при воздействии лучей лазера импульсного режима (в диапазоне суммарных мощностей излучения от 20 до 1000 Дж) на различные ткани и органы в них, как правило, определяются три зоны поражений: зона поверхностного коагуляционного некроза; зона кровоизлияния и отека; зона различной степени выраженных дистрофических изменений. Поражение после воздействия лучей лазера имеет своеобразные морфологические особенности, резко отличающие его от обычного ожога, поражения биоструктур электрическим током или ионизирующей радиацией. Эти особенности следующие:

• резкая ограниченность очага поражения от необлученных участков ткани;
• повреждение (разрыв) кровеносных сосудов и частое возникновение внутритканевых кровоизлияний;
• частое появление внутритканевых пустот в связи с испарением тканевой жидкости;
• более интенсивное поражение пигментосодержащих клеток и структур в связи с избирательной их способностью поглощать лазерное излучение;
• во многих случаях более быстрый темп регенерации поврежденных тканей.

Частота, степень и характер проявлений этих особенностей зависят от длины волны, энергии излучения, ее плотности, непрерывности излучения, длительности импульсов и скорости их повторения, диаметра светового пучка и других энергетических и спектральных параметров излучения, а также от особенностей облучаемых тканей: их пигментации, строения, консистенции и толщины, степени избирательности поглощения излучения клетками.

Вследствие чрезвычайно быстрого закипания и испарения жидкой субстанции облучаемых тканей при воздействии излучения импульсных лазеров (длительность импульсов не превышает 10310-8 с) происходит мгновенное и резкое повышение внутритканевого давления, что индуцирует значительный динамический эффект с выраженным разрушительным действием – эффект ударной волны. Давление испарения на поверхности объекта может быть огромным и достигать величин, значительно превышающих тысячи и сотни тысяч килопаскалей. В результате реактивного давления потоков испаряющегося вещества на поверхность облучаемого объекта (например, опухоль) клетки последнего могут внедряться в здоровые ткани, сосудистые русла, что крайне нежелательно, так как может способствовать диссеминации опухолевых клеток. Поэтому, в последние годы все чаще стали использовать для разрушения опухолей не импульсные лазеры на твердом теле, а менее мощные газовые лазеры непрерывного действия, чаще всего работающие на С02.

Разрушение опухолей лучами СО2-лазера достигается за счет действия главным образом термического фактора; возникновение ударной волны со всеми ее последствиями в тканях имеет небольшое значение, поэтому морфологические изменения в этих случаях значительно более подобны тем, которые отмечаются при термическом ожоге, чем повреждения при воздействии лучей импульсных лазеров – рубинового, неодимового.

В ряде работ исследовано действие высокоэнергетического лазерного излучения на опухолевые клетки, различные перевиваемые и индуцированные опухоли животных, а также поверхностно расположенные опухоли человека. Установлено, что факторами, приводящими к гибели опухолевых клеток при лазерном облучении, является коагуляционный некроз цитоплазмы, паранекроз, разрушение клеточных мембран, изменение биосинтетических и ферментативных процессов, нарушение кровообращения в опухоли и др.
Показано, что лазерное излучение воздействует как на опухоль, так и на организм опухоленосителя, что подтверждается, например, наступлением регрессии не только облучаемой опухоли, но и опухолевых узлов, непосредственно не подвергавшихся облучению и другими фактами.

Возможно, что в организме животного-опухоленосителя при этом проявляется действие определенных иммунных факторов (Е. Klein и соавт., 1965, и др.); нельзя исключить и влияние эндотоксинов, освободившихся из разрушенного лучами лазера опухолевого очага.

Тем не менее, главенствующим в механизме разрушающего опухоль действия лучей газового лазера непрерывного действия является термический эффект, зависящий, в частности, от степени поглощения опухолью фотонов энергии лазерного излучения. Чем глубже в тканях создается высокая температура, тем больше глубина деструкции (Н. Ф. Гамалея, 1972-1981, и др.). Поэтому для усиления противоопухолевого эффекта излучений лазерных источников ряд авторов предлагают вводить в нее красители-фотосенсибилизаторы, которые увеличивают поглощение опухолью лазерного излучения, индуцируют различные фото в химические процессы, вызывающие генетические повреждения, изменения активности ферментов, что приводит к нарушению процессов метаболизма и роста опухоли, способствует ее регрессу и резорбции.

Вот почему особого внимания заслуживают исследования, направленные на подбор и введение определенных красящих веществ, избирательно накапливающихся в опухолевых клетках, в организм опухоленосителя, но не в опухоль, поскольку последнее может явиться фактором, провоцирующим ее диссеминацию (С. Д. Плетнев и соавт., 1978).

Важное значение для клинической онкологии, онкогинекологии и других областей прикладной медицины имеет то обстоятельство, что в биоструктурах даже при воздействии светом лазерных установок, работающих в непрерывном режиме, тепло распространяется в сторону от очага непосредственного воздействия излучения очень незначительно. Так, например, по данным И. Р. Лазарева (1977), при облучении расфокусированным пучком С02-лазера (плотность потока мощности – ППМ – 7,7-15,4 Вт/см 2, экспозиция облучения 30-60 с) коагуляционный некроз тканей ниже границы обугливания распространяется не более чем на 0,5-1 мм, а по периферии – на 0,1-0,2 мм от зоны непосредственного облучения, причем чем больше мощность излучения и плотность потока мощности, тем меньше распространяется тепло в стороны. Это обстоятельство позволяет целенаправленно воздействовать на патологический очаг при минимальном поражении окружающих тканей.

Не меньший интерес представляет использование в клинической медицине сфокусированных лучей газовых лазеров непрерывного действия для рассечения тканей то есть в качестве «светового скальпеля». Первые работы в этом направлении были посвящены исследованию на макро- и микроскопическом уровнях реакций различных тканей на их разрез сфокусированным лучом СО2-лазера. А. А. Вишневский и С. Н. Брайнес (1963) первыми в отечественной литературе указали на перспективность использования лазеров в оперативной хирургии. Развивая это направление, Б. В. Огнев и соавторы (1969-1973), О. К. Скобелкин и соавторы (1979) обосновали в эксперименте, а позднее и апробировали в клинике применение «лазерного ножа» для выполнения целого ряда хирургических вмешательств на коже, полых и паренхиматозных органах. Скорость рассечения тканей, равно как и эффект деструкции патологических очагов, во многом зависит от мощности излучения (чем больше мощность, тем быстрее режется ткань), а также от структуры рассекаемых биологических объектов. Наиболее легко рассекаются органы с обильным кровенаполнением, например, паренхиматозные: печень, селезенка и др. В этих же органах наблюдается и наибольшая скорость и глубина деструкции патологических очагов при облучении их расфокусированным пучком СО2-лазера. Более резистентны к облучению кожа, соединительная, костная и мышечная ткани.

В многочисленных исследованиях, проведенных как у нас в стране, так и за рубежом, показаны преимущества разрезов, произведенных с помощью лучей лазера по сравнению с разрезами обычным хирургическим инструментами или электроножом. Эти преимущества прежде просматриваются в минимальной травматизации тканей и минимальной кровопотере, поскольку «лазерный нож», рассекая кровеносные сосуды, тут же «сваривает» их концы. Благодаря этому «лазерный скальпель» может явиться ценным инструментом при выполнении операции на обильно васкуляризованных органах, включая и матку, так как обеспечивает надежный гемостаз во время и после операции. Учитывая это действие лазерного излучения, Ю. М. Панцырев и соавторы (1976) разработали теоретические и экспериментальные основы применения лазеров для остановки кровотечения под контролем эндоскопа (например, из желудка и кишечника). Доказано, что использование лучей СО2- лазера позволяет оперировать абластично, что важно при иссечении опухолевых образований. Кроме того, при помощи «лазерного скальпеля» получают идеально ровные разрезы заданной глубины, что само по себе важно для послеоперационного заживления ран.

В ряде экспериментальных исследований наряду с преимуществами отмечаются и недостатки лазерного луча как инструмента для рассечения и коагуляции тканей, а именно: частое обугливание тканей, малая скорость их рассечения, небольшая глубина разреза.

Таким образом, следует отметить, что в настоящее время уже имеется достаточное число работ, посвященных обоснованию возможности внедрения лазерной аппаратуры в хирургию и онкологию. В то же время вопрос о целесообразности применения высокоэнергетических лазерных установок в гинекологии до настоящего времени мало исследован. Имеются лишь единичные сообщения о биологических эффектах воздействия излучения высокоэнергетических лазеров на внутренние половые органы животных.

Так, Б. В. Огнев и соавторы (1973-1976), Е. Г. Шварев (1976—1979), С. Н. Давыдов и соавторы (1979) изучали влияние излучения рубинового и неодимового импульсных лазеров, а также СО2-лазера непрерывного действия (мощностью до 20 Вт) на яичники в эксперименте. С. Н. Давыдов и соавторы (1979) установили, что однократное воздействие сфокусированного на центр яичника пучка излучения неодимового лазера (выходная энергия 30 Дж, продолжительность импульса 0,001 с, диаметр светового пятна на яичнике 1 мм) вызывало в ткани яичника и околояичниковой клетчатке появление ограниченных очагов кровоизлияний в месте воздействия лучами. Через 3 суток после облучения выявлена пролиферация клеточных элементов, организация гематом в клетчатке. Через 7 суток в толще околояичниковой клетчатки обнаружены небольшие участки разрастания соединительной ткани и диффузная круглоклеточная инфильтрация, а спустя 17 суток и в более поздние сроки (до 60 суток) после облучения какие-либо патоморфологические изменения в ткани яичников не выявлены (Е. Г. Шварев, 1976; О. М. Карпенко, 1977; С. Н. Давыдов и соавт., 1979). Важно отметить, что указанным умеренно выраженным морфологическим изменениям сопутствовали значительные и устойчивые нарушения функции яичников по типу их гипофункции, наблюдавшиеся и на 23-й день опыта, когда патоморфологические изменения уже не выявлялись. В отличие от импульсных лазеров, сфокусированное облучение светом СО2-лазера выходной мощностью до 20 Вт, используемое для рассечения яичников по длиннику органа, не вызывало столь выраженных функциональных изменений (Е. Г. Шварев, 1976-1979; С. Н. Давыдов и соавт., 1979). Напротив, авторы выявили щадящее действие «лазерного скальпеля» на морфофункциональное состояние яичников по сравнению с действием обычного скальпеля. Это подтверждено исследованиями показателей функционального состояния яичников в динамике, данными морфологического изучения генеративных элементов и желтых тел яичника в различные сроки после его рассечения, изучением особенностей заживления ран на яичниках при оперировании их «лучевым скальпелем» и обычным. Авторы отмечают также, что разрезы, произведенные лазерным лучом, имеют ряд преимуществ: бескровность, асептичность, быстрота образования и более узкая зона пограничного повреждения по сравнению с разрезами, произведенными скальпелем. Весьма существенным является то, что заживление операционной раны в зоне лазерного воздействия протекает как обычный процесс регенерации после операции и завершается формированием полноценного соединительнотканного рубца к 21-30-м суткам наблюдения.

По ходу разреза, нанесенного «лучевым скальпелем», образуется строго локализованная зона коагуляционного некроза, причем премордиальные, зреющие и зрелые фолликулы, непосредственно прилегающие к разрезу, не претерпевают патологических изменений. Временно нарушенное функциональное состояние яичника при полном его рассечении восстанавливается в те же сроки, что и при использовании обычного скальпеля.

Имеются только единичные исследования, обосновывающие целесообразность использования СО2-лазера мощностью 20 Вт для рассечения стенки матки (П. А. Троицкий и соавт., 1976). При этом показана возможность быстрого и бескровного рассечения стенки органа, заживление первичным натяжением и образование хорошего рубца на месте разреза. К положительным результатам оперирования с использованием лазерного излучения относятся: отсутствие нагноений и значительное уменьшение спаечных процессов (Я. Е. Быховецкий и соавт., 1971; Б. М. Огнев, А. К. Полонский, 1974). Отмечено, что при оперировании электрокаутером термические поражения тканей дислоцируются в более глубоких слоях, а сам процесс заживления происходит в течение более длительного времени, чем при использовании лазерного скальпеля.

В последние годы начаты клинико-экспериментальные исследования возможностей использования излучения СО2-лазера как коагулятора для наложения реанастомозов на маточные трубы с целью восстановления их проходимости (F. Klink и соавт., 1978; F. Klitzing и соавт., 1978). Показана перспективность применения лучей лазера в микрохирургии маточных труб для лечения бесплодия, обусловленного их непроходимостью. Внимания клиницистов, включая и акушеров-гинекологов, заслуживает тот факт, что «лазерный скальпель» абсолютно стерилен, и лазерное излучение оказывает выраженное бактерицидное действие (К. А. Макиров и соавт., 1970; Е. Klein и соавт., 1965, и др.).
«Лазерный скальпель» позволяет быстро удалять на ограниченном участке гнойные и некротические ткани, добиться стерилизации раны и подготовить ее к наложению вторичных швов (О. К. Скобелкина и соавт., 1981). Это открывает большие перспективы применения лазеров в гнойной хирургии, включая санацию послеродовых и послеоперационных ран, лечение лактационного мастита и других нагноительных процессов.

В последние годы появились отдельные сообщения о рассечении тканей (кожи и подкожной основы) над гнойником и его опорожнении методом «испарения» гноя и некротических тканей сфокусированными лучами СО2-лазера

В. Н. Кошелев и соавт., 1978; В. И. Стручков и соавт., 1979; О. К. Скобелкин и соавт., 1981), что может быть использовано в акушерско-гинекологической практике при опорожнении или удалении гнойников в подкожной основе или в брюшной полости. Расфокусированное излучение СО2-лазера с успехом начали использовать в эксперименте и клинике для стерилизации раневой поверхности в сочетании с хирургической или лазерной некрэктомией либо как самостоятельный метод лечения инфицированных ран (О. К. Скобелкин и соавт., 1981).

Точность разреза, минимальная травматизация окружающих тканей, образование на поверхности разреза коагуляционной пленки, способствующей гладкому заживлению раны, хороший косметический эффект после оперативного вмешательства, произведенного «лазерным скальпелем», безусловно свидетельствуют в пользу применения этого уникального хирургического инструмента для экспериментальных и клинических целей.

Все вышеприведенные данные указывают и на возможность и необходимость использования лазерного излучения при оперативных вмешательствах в гинекологии и онкогинекологии.