Просвет в больном сердце

Конечная стадия поражения сердечных артерий, как правило, нуждается в крупном хирургическом вмешательстве — аортокоронарном шунтировании: несостоятельные сосуды обходят "протезом". Однако в клинической практике есть и другой способ улучшить кровоток в ишемическом сердце: трансмиокардиальная лазерная реваскуляризация.

Схема процедуры трансмиокардиальной лазерной реваскуляризации миокарда

Разработка началась еще в СССР

Лечение больных ишемической болезнью сердца (ИБС) с конечной стадией поражения коронарных артерий — один из самых сложных и драматичных разделов кардиологии. Ишемическая болезнь сердца — одна из основных причин смертности в мире. Несмотря на огромные успехи в традиционных методах медикаментозного и хирургического лечения ИБС, таких как аортокоронарное шунтирование и транслюминальная баллонная ангиопластика, все еще остается целый ряд больных, которым эти методы применить не удается. Это, прежде всего, пациенты, у которых шунтирование коронарных артерий (АКШ) технически не представляется возможным. Сюда входят диффузные атеросклеротические поражения коронарных артерий, поражения дистального русла либо коронарные артерии небольших размеров, непригодные для наложения анастомозов и ангиопластики. Нельзя не сказать и о больных, у которых клиника стенокардии прогрессирует, а АКШ уже было выполнено и повторная операция невозможна из-за отсутствия кондуитов либо других причин. Вот почему огромное значение в настоящее время придается изучению альтернативных методов реваскуляризации и, в частности, трансмиокардиальной лазерной реваскуляризации миокарда (ТМЛР).

Начало экспериментальным исследованиям положили работы Джозефа Верна (Joseph T. Wearn) 1933 года по изучению теоретической возможности поступления крови в миокард прямо из полости левого желудочка по специально созданным каналам. За основу принималась модель перфузии миокарда у рептилий, у которых система коронарных артерий отсутствует, а кровь доставляется из полости сердца в синусоиды.

Новый этап в развитии этого направления реваскуляризации миокарда начался в 1981 году работами M. Mirhoseini и M. Cayton. Они предложили высверливать каналы в миокарде с помощью СО2-лазера для обеспечения возможности прямого попадания крови из левого желудочка в миокард. Выраженный клинический эффект этого метода на больных стенокардией стимулировал его активное изучение, развитие и клиническое применение.

Отечественные ученые начали заниматься проблемами ТМЛР много лет назад, фактически с 1980 года. Исследовательские работы по развитию метода ТМЛР велись группами ученых из Физического института Академии наук СССР и Кардиохирургической клиники г. Каунаса. В дальнейшем они продолжились в Челябинской кардиохирургической клинике.

Однако использовавшиеся лазерные установки — в основном разработки ФИАН РАН — были относительно маломощны. Поэтому, несмотря на некоторые обнадеживающие результаты, метод не нашел широкого клинического применения в кардиохирургической практике и работы в СССР были прекращены.

В зарубежных клиниках первые шаги в этом направлении стали предприниматься с 1983 года, но реально проблема стала изучаться после 1993 года, когда на очередном конгрессе сердечно-сосудистых хирургов в Барселоне трансмиокардиальная лазерная реваскуляризация официально была признана третьим альтернативным методом реваскуляризации миокарда. С самого начала там отнеслись к методу очень серьезно, были разработаны СО2-лазеры, отвечающие самым высоким требованиям, несмотря на то что стоимость такой высокотехнологической установки была необычайно высока (около $1 млн, без учета стоимости одноразовых расходных материалов).

В начале 1996 года по инициативе директора Научного центра сердечно-сосудистой хирургии им. А.Н. Бакулева, академика РАМН Л.А. Бокерия, было принято решение о начале использования трансмиокардиальной лазерной реваскуляризации в нашей стране. В Институте проблем лазерных и информационных технологий (ИПЛИТ) РАН начали разработку лазерной интеллектуальной медицинской установки на базе мощного (более 500 Вт) волноводного СО2-лазера. Поскольку иностранное оборудование было чрезвычайно дорого, а у отечественных ученых в области лазерной физики был приоритет, было решено сконструировать собственную лазерную установку. И в том же 1996 году был создан первый отечественный образец высокоэнергетической ЭКГ-синхронизированной лазерной СО2-установки ("Геном-4"), первый образец кардиохирургических систем серии "Перфокор". Сразу же начались эксперименты на животных. А 27 апреля 1997 года в НЦ ССХ им. А.Н. Бакулева была выполнена первая операция ТМЛР на бьющемся сердце с помощью СО2-лазера.

Последовательная многоплановая разработка проблемы — как аппаратная, выполненная в ИПЛИТ РАН, так и медицинская, хирургического лечения больных ИБС с конечной стадией поражения коронарных артерий с помощью ТМЛР — началась в России в 1997 году. За этот период в НЦ ССХ им. А.Н. Бакулева были разработаны и внедрены такие операции, как изолированная ТМЛР, ТМЛР в сочетании с аортокоронарным шунтированием, ТМЛР с миниинвазивной реваскуляризацией миокарда, ТМЛР в качестве повторного вмешательства после аортокоронарного шунтирования, ТМЛР в сочетании с операциями на других сосудистых бассейнах (у больных с мультифокальным атеросклерозом), ТМЛР в сочетании с имплантацией искусственных водителей ритма и др.

Первые операции, как и на Западе, сопровождались высокой летальностью (до 15%). Решение широкого круга задач (не только технических) позволило значительно оптимизировать отбор больных и выработать показания к той или иной операции: это и выбор методов диагностики, и разработка принципиально новых топических методов определения зон лазерного воздействия и др. В результате госпитальная летальность на последних 2200 операциях составила лишь 1%, что в значительной мере превосходит результаты зарубежных клиник.

Впервые удалось раскрыть механизм улучшения состояния больных при ТМЛР уже на госпитальном этапе; в частности, удалось доказать, что это происходит за счет гибернированного миокарда. То есть улучшение перфузии определяет улучшение состояния больных при ТМЛР.

Типичная электрокардиограмма сердца человека с указанием предпочтительного временного интервала Δt воздействия лазерного импульса между R- и Т-пиками, Δt <0,15 сек. В этот период сердце электрически нейтрально. Plaser временная точка посылки сигнала синхронизации, Δt регулируемое время задержки лазерного импульса

Новый метод проще и дешевле

В процессе операции по процедуре ТМЛР в толще сердечной мышцы левого желудочка с помощью мощного лазерного излучения создаются каналы, открывающиеся в полость сердца. Эти каналы способствуют восстановлению кровообращения в ишемизированных зонах миокарда и предотвращают развитие инфаркта миокарда.

Импульс лазера синхронизируется с сокращениями сердца с помощью ЭКГ, после чего производятся от 20 до 50 лазерных "выстрелов", в результате которых образуются трансмиокардиальные сквозные каналы.

После процедуры в течение послеоперационного периода каналы со стороны эпикарда закрываются самостоятельно.

Ишемизированные зоны миокарда определяются по серии предварительных исследований. В зависимости от размеров зоны ишемизации миокарда создается 20-50 каналов диаметром в 0,3-0,5 мм. Кровь через каналы поступает в артериальную сеть миокарда, обеспечивая зоны с низкой перфузией оксигенированной кровью. Созданные каналы со временем (через несколько месяцев) "зарастают", но они являются центрами, активно стимулирующими рост новых сосудов (процесс неоангиогенеза). Вновь выросшие сосуды обеспечивают восстановление работоспособности некротических зон миокарда.

Операция проводится на работающем сердце без использования аппарата искусственного кровообращения, она относительно малотравматична. Время "лазерной" части операции не превышает 30 минут.

Метод ТМЛР и проще, и существенно дешевле традиционной техники аортокоронарного шунтирования. Метод ТМЛР может быть весьма эффективен для тех пациентов, которым не показана операция байпасной хирургии или ангиопластики, а также для случаев, когда все другие методы оказались безрезультатны. К тому же многие специалисты твердо убеждены, что повторное байпасирование невозможно. В отдельных случаях возможно совмещение метода ТМЛР и байпасной хирургии.

Метод ТМЛР применим и в качестве экстренного хирургического вмешательства и зачастую является единственным способом спасти жизнь пациенту.

Лазеры для ТМЛР

В процессе разработки методов ТМЛР исследовательские группы США, Японии, Германии, Китая использовали такие источники излучения, как СО2, Nd:YAG, Ho:YAG-лазеры.

Исследования последних лет показали, что оптимальной лазерной системой для создания каналов в сердечной мышце является СО2-лазер мощностью несколько сотен ватт с длительностью импульса излучения 30-100 мс, синхронизованный с R-пиком кардиограммы пациента. Более высокая энергия в импульсе при малой расходимости позволяет прошивать отверстие в миокарде за один импульс, что значительно снижает вероятность появления аритмии по сравнению с многократным воздействием на сердце при применении лазеров других типов. К тому же длина волны СО2-лазеров лежит в инфракрасной области спектра и хорошо поглощается в ткани сердечной мышцы.

Использование других лазеров с большой вероятностью ведет к возникновению жизненно опасной аритмии. Так, вероятность возникновения аритмии, по данным исследователей из Texas Heart Institute, составляет для СО2-лазера 3%, для Ho:YAG-лазера 55%, для эксимерного лазера 67%. Успешно прошла клиническую апробацию и получает широкое распространение в мировой кардиохирургической практике американская медицинская система типа Heart Laser, разработанная фирмой PLC Medical Systems Inc. на основе технологического СО2-лазера с быстрой аксиальной прокачкой и высокочастотным возбуждением фирмы Trumpf.

В России до 1997 года не выпускались СО2-лазеры, пригодные для успешной лазерной реваскуляризации.

Отечественная система "Перфокор"

Сейчас на базе специально разработанного в ИПЛИТ РАН мощного волноводного СО2-лазера с воздушным охлаждением киловаттного уровня мощности созданы интеллектуальные лазерные медицинские системы серии "Перфокор". Они включают компьютеризированную систему управления, систему синхронизации лазерного импульса по ЭКГ пациента и запись параметров операций. В настоящее время уже существует система серии "Перфокор" второго поколения, установка "Перфокор-М". В ней использованы последние достижения лазерной физики и информатики.

Система "Перфокор" не имеет аналогов ни в России, ни в Европе, а по техническим характеристикам не уступает американской системе Heart Laser фирмы PLC Medical Systems — причем по некоторым показателям (энергетическая эффективность, качество излучения, весогабаритные характеристики, стоимость) даже превосходит ее.

Недавно сотрудники Института сердечно-сосудистой хирургии им. А.Н. Бакулева Илья Берешвили и Владислав Панченко подвели итоги 18-летнего исследования, в ходе которого выявляли различия в результатах аортокоронарного шунтирования (АКШ, первая группа) и аортокоронарного шунтирования в сочетании с трансмиокардиальной лазерной реваскуляризацией (ТМЛР, вторая группа) у больных с диффузным поражением коронарных артерий. Материалы гистоморфологического исследования были сопоставлены с клиническими результатами — госпитальной летальностью и серьезными неблагоприятными исходами.

В первой группе госпитальная летальность составила 12,1%, во второй — 1,15%, серьезные неблагоприятные исходы в первой группе выявлены в 33% случаев, во второй — в 2,3% случаев. Во всех случаях группы АКШ был выявлен спазм и тромбоз шунтов и коронарных артерий, ставшие основной причиной смерти. Ни в одном из исследованных сердец в группе ТМЛР в зонах лазерного воздействия не выявлен "парадоксальный спазм" и тромбоз коронарных артерий и не наблюдался инфаркт миокарда. Значительное уменьшение госпитальной летальности и серьезных неблагоприятных исходов в группе ТМЛР исследователи объясняют лазер-индуцированной дилатацией сосудов микрососудистого русла миокарда. Повышенное сопротивление микрососудистого русла уменьшает возможность эффективного функционирования шунтов и восстановление миокардиального кровотока.

Рост числа операций ТМЛР в мире

К 1995 году было сделано всего 300 операций ТМЛР в 25 медицинских центрах.

В 1998 году Государственная экспертная служба (FDA) США дала разрешение на широкомасштабное применение технологии ТМЛР. В России также стали ее использовать в клинической практике.

К концу 1998 года с использованием новых высокоэнергетичных СО2-лазеров выполнено около 4 тыс. подобных вмешательств.

К началу 2009 года выполнено более 25 тыс. операций.

К 2016 году — более 40 тыс. (из них около 3200 в России).

Схема прорастания новых сосудов в миокарде после его перфорации лазерным импульсом

Лазеры, пригодные для создания установок ТМЛР

Тип лазера
Модель и фирма-изготовитель
Длина
волны, мкм
Мощность,
Вт
Расходимость,
мрад
Тимп.,
мс
Еимп.,
Дж
Эксимерные
XeF
0,351
250
7
40
10
XeCl
0,308
200
10
10
2
Твердотельные
LDP-500, Laser Diode
Products, США
1,06
500
20
10
5
ЛТН-103, НПО Полюс,
Россия
1,06
250
18
8
2
LAY-654, Toshiba Corp.,
Япония
1,06
600
25
15
9
СО2
KEL751, Laser Technique,
Франция
10,6
600
3
—
—
725, Coherent General, США
10,6
725
4
—
—
Перфокор, НИЦТЛ РАН,
Россия
10,6
1000
0,8
10-150
7-100
TLF-700 turbo, Trumpf, ФРГ
10,6
700
1
10-100
7-70

Технические характеристики лазеров "Перфокор" и Heart Laser

Параметр
Heart Laser
Перфокор
Перфокор-М
Производитель
PLC Medical Systems
ИПЛИТ РАН
ИПЛИТ РАН
Страна
США
Россия
Россия
Длина волны излучения, мкм
10,6
10,6
10,6
Энергия в импульсе, Дж
5-80
5-150
5-150
Длительность импульса, мсек.
1-99
2-250
2-250
Структура излучения
одномодовая; +30%
одномодовая; + 10%
одномодовая чистая
др. мод
др. мод
Средняя потребляемая мощность, кВт
2
1
0,8
Технический КПД, %
7
10
11,5
Расход газовой смеси, н. л./час
60
<1
<0.5
Вес, кг
952
260
190
Манипулятор
семизеркальный
семизеркальный
семизеркальный
Laser Mech
Laser Mech
отечественный
Диагностическая система перфорации
тканей в реальном времени
нет
нет
есть
Система дистанционного мониторинга
нет
нет
есть
Год начала выпуска
1995
1997
2009
Цена, тыс. долл. США
750
250
200; 150 при малой
серии 5 штук в год

Типы и характеристики лазеров для ТМЛР формируемого канала

СО2
Er:YAG
Но:YAG
Nd:YAG
XeCl
Длина волны, мкм
10.6
2.94
2.08
1.44
0.308
Длительность импульса
50 мс
800 мкс
600 мкс
500 мкс
150 нс
Энергия в импульсе, Дж
15-40
0.3
1-2
1-2
20-40 mJ
Частота импульсов, Гц
Моноимпульс
100
5-20
5-20
40
Максимальная скорость абляции
за импульс, мм
37
1.24
1.5
Время формирования канала
50 мс
4-8 с
4-8 с
4-8 с
Способ передачи излучения
Манипулятор
ZrF4волокно
Кварцевое
волокно
Усилие на волокне, г
-
60
35
80
Диаметр канала, мм
0.0. 1-0.2
0.3-1
0.5-1
0.0- 1-0.3
0.5-1
Зона термического влияния, мм
>= 300
100-200
~ 300
~ 350
~ 50
Давление ударной волны, MPa
~ 3
~ 9
~ 10
~ 10
~ 500
Геометрия канала
Гладкий канал
Канал с
рваными
стенками