Биологические эффекты лазерного излучения и радиоволновой аппаратуры (экспериментальное исследование)

Почти аналогичные нарушения наблюдались и в ВБ Б, но они были более выраженными. Однако, в ВББ таких больных с СНТ выявлено достоверное сниженный показатель Ри во всех 3 группах. Так, в 1 группе больных с начальными проявлениями ВБСН Ри составил

0.79.0,03; во 2 и 3 группах, соответственно с умеренной и выраженной ВБСН - 0,62±0,02 и 0,51 ±0,02, при норме - 1,13±0,03. У больных 2 и 3 групп была более выражены и СНТ.

Выводы:

1. Больных с начальными проявлениями вертебрально-базилярной сосудистой недостаточностью следует отнести к группе «риска» и своевременно проводить им лечебно-профилактические мероприятия, предупреждая тем самым развитие сенсонвральной тугоухости.

2. Реоэнцефалография является объективным неинвазивным методом по оценке состояния сосудов головного мозга у больных с СНТ в сочетании с ВБСН и будет способствовать целенаправленному их лечению.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ветрилэ С. Т., Колесов С. В. Краниовертебральная патология. - М.: Медицина, 2007. - 317 с.

2. Худякова Е. В., Шульга Н. А. Характеристика качественных показателей реоэнцефалографии у женщин с идиопатическим нарушением носового дыхания // Рос. оторинолар. 2010 -№3 (46) С. 155-159

3. Шуба М. Ф., Гонкина И. П. Гурковская А. В. Механизмы возбуждения и сокращения гладких мышц мозговых сосудов. - К.: 1991. - 167 с.

Шидловский Анатолий Юрьевич - ст. лаборант каф. оториноларингологии Национального медицинского университета им. А. А. Богомольца. Украина. 01607, г. Киев, бул. Т. Шевченко, 13. тел.: +044-235-20-96; Гончаренко Галина Борисовна - студентка Национального медицинского университета им. А. А. Богомольца. Украина. 01607, г. Киев, бул. Т. Шевченко 13. тел.: +044-235-20-96

УДК: 616. 22-066. 52-085

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И РАДИОВОЛНОВОЙ АППАРАТУРЫ

Н. А. Шумилова

BIOLOGICAL EFFECT OF LASER AND RADIO-FREQUENCY KNIFE

N. A. Schumilova

ФГУ ВПО Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени акад. И. П. Павлова

Изучены биологические эффекты полупроводниковых лазеров с длиной волны 810 и 970 нм и радиочастотного прибора на биологические ткани с различными оптическими свойствами путем измерения ширины зоны абляции и боковой зоны коагуляции после нанесения линейных разрезов, а также путем взвешивания образцов ткани после нанесения точечных воздействий. Показано, что излучение полупроводникового лазера с длиной волны 970 нм по сравнению лазером, работающим на длине волны 870 нм, приводит к формированию более широкой боковой зоны коагуляции и менее выраженной зоны абляции, что имеет свои преимущества при работе на биологических тканях с хорошим кровоснабжением.

Ключевые слова: лазер, радиочастотный прибор, биологический эффект. Библиография: 8 источников.

Biological effects of lasers with 810 and 970 nanometers wavelengths and radio-frequency knife on biological tissues with different optical properties were studied. Width of ablation and coagulation zones after linear incision, and weight of tissue samples after LITT were measured. 970 nm laser caused wider coagulation zone and narrower ablation zone than 870 nm laser did, which can be an advantage for dissection of well-vascularized tissues.

Key words: laser, radio-frequency knife, biological effect.

Bibliography: 8 sources.

Стремительное развитие лазерных технологий и создание новых медицинских лазерных аппаратов побуждает к изучению их биологических эффектов и поиску оптимальных режимов воздействия на различные биологические ткани.

Характер воздействия лазерной аппаратуры на биологические ткани определяется оптическими свойствами тканей, степенью энергетического воздействия, характеризующегося плотностью мощности, дозой излучения и экспозицией, и спектральными характеристиками лазерного излучения, определяющими степень его поглощения тканями. [6, 7].

Биологические эффекты излучения полупроводникового лазера с длиной волны 810 нм, широко используемого при выполнении различных оперативных вмешательств в оториноларингологии, при различной мощности и скорости нанесения воздействия подробно изучены на фантоме живой ткани [3, 4, 5, 8]. Однако разные биологические ткани обладают оптическими свойствами, отличными от фантома живой ткани, что будет вызывать формирование других биологических эффектов при воздействии лазерного излучения.

В последние годы в оториноларингологии для выполнения оперативных вмешательств применяется излучение полупроводникового лазера с длиной волны 970 нм [2, 5]. Изучение биологических эффектов лазерного излучения с указанной длиной волны на биологические ткани с различными оптическими свойствами не проводилось, а режим работы лазерного аппарата подбирается эмпирически, что обуславливает необходимость проведения экспериментальных исследований.

Представляет собой интерес сравнительный анализ биологических эффектов лазерного излучения с воздействием радиоволновой аппаратуры, являющейся альтернативой лазерной медицины и используемой для выполнения целого ряда оперативных вмешательств в ЛОР-практике [1, 5, 8].

Цель. Разработать в эксперименте оптимальные режимы воздействия на биологические ткани с различными оптическими свойствами полупроводниковых лазеров с длиной волны 810 и 970 нм и радиочастотной петли, работающей на частоте 4 МГц.

Материалы и методы. Исследование воздействия радиочастотной петли (4,0 МГц) и полупроводниковых лазеров с длиной волны 810 и 970 нм в разных режимах проводилось на удаленных полипах полости носа, говяжьей печени, мышечной ткани курицы, удаленном хряще перегородки носа.

Моделирование воздействия производилось путем нанесения линейного разреза на участок ткани торцом лазерного волокна и игольчатым электродом радиочастотного аппарата, с последующим измерением абляционного дефекта и боковой зоны коагуляции в условиях микроскопии с помощью окуляр-микрометра.

Стандартизация скорости воздействия осуществлялась посредством подвижной равномерно двигающейся ленты самописца. При нанесении радиочастотных и лазерных воздействий на ткани применялся скоростной режим 2 мм/сек, как наиболее часто используемый в клинических условиях.

С целью оценки степени вапоризации полипозной ткани при воздействии полупроводниковых лазеров с различной длиной волны и радиоволновой аппаратуры в эксперименте производилось взвешивание удаленных полипов до и после выполнения точечного воздействия в различных режимах в течение 5 секунд. Включение лазерной установки в эксперименте осуществлялось после введения конца световода и игольчатого электрода в толщу биологической ткани.

Российская оториноларингология №1 (50) 2011

Изучено воздействие на биологические ткани полупроводниковых лазеров при мощности 3, 5, 7 и 9 Вт. Действие радиочастотной петли оценивалось в наиболее часто используемых в клинической практике режимах «Разрез» (полностью фильтрованная волна) и «Разрез и коагуляция» (частично выпрямленная волна) при мощности 3 и 6 условные единицы (диапазон мощности прибора составляет 30 - 90 Вт, что соответствует условным единицам от 1 до 9).

Результаты. При воздействии лазерного излучения на биологические ткани выявлена прямая зависимость между шириной кратера при нанесении линейного разреза со скоростью 2 мм/сек и мощностью лазерного излучения (табл. 1). Однако прирост мощности лазерного излучения во всех случаях увеличивал ширину кратера в небольшой степени. Ранее проведенными исследованиями установлено, что на зону коагуляции в большей степени влияет не мощность, а скорость нанесения лазерного поражения [5].

Таблица 1

Зависимость ширины кратера и ширины боковой зоны коагуляции от мощности полупроводниковых лазеров

Мощность лазерного излучения Мышечная ткань курицы Говяжья печень Удаленный полип Удаленный хрящ перегородки носа

Показатель Лазер у=810 нм Лазер у=970 нм р 0 е1 £00 5 ан Лазер 7=970 нм Лазер 7=810 нм Лазер 7=970 нм р 0 е1 ан Лазер 7=970 нм

3Вт 910 858 700 998 648 385 210 260

5Вт Ширина. 1103 945 1068 963 945 630 875 840

7Вт кратера (мкм) 1208 1050 1225 1155 945 823 490 665

9Вт 1173 1208 1278 1260 823 1138 700 700

3Вт Ширина 105 245 175 350 175 700 0 0

5Вт боковой зоны 175 420 350 385 175 245 0 0

7Вт коагуляции (мкм) 245 490 245 385 175 420 0 0

9Вт 280 525 385 630 0 420 0 0

При сравнении воздействия лазеров с длиной волны 810 и 970 нм при одинаковых мощностях, ширина кратера в первом случае оказалась выше в среднем на 23 мкм на всех тестируемых биологических объектах.

Ширина зоны абляции при действии обоих типов полупроводниковых лазеров оказалась выше при воздействии на ткань говяжьей печени, что, вероятно, связано с высоким содержанием хромофоров, обуславливающим высокую поглощающую способность. Менее широкий кратер при воздействии линейного лазерного излучения выявлен при тестировании на мышечной ткани курицы, содержащей меньшее количество хромофоров - молекул, способных поглощать излучение и превращать его в тепловую энергию. Небольшая ширина кратера при нанесении линейного разреза на образец удаленного полипа связана с высоким содержанием воды в полипозной ткани и низким содержанием хромофоров. Наименьшие значения ширины разреза получены при воздействии на удаленный хрящ перегородки носа, что обусловлено как низкой пигментацией ткани, так и высокой плотностью ее.

При увеличении мощности действия лазерного излучения с длиной волны 810 нм до 9 Вт при действии на полипозную ткань отмечено уменьшение ширины кратера, связанное с выраженной деформацией и сморщиванием полипа в процессе нанесения линейного разреза (рис. 1). Таким образом, использование лазера с длиной волны 810 нм на мощности 9,0 Вт при воздействии на биологические ткани с высоким содержанием воды и низкой пигментацией приводит к формированию непрогнозируемого воздействия.

Рис. 1. Линейный разрез при воздействии лазерного излучения с длиной волны 810 нм на удаленный полип

При нанесении линейного лазерного воздействия на полип, подвергшийся предварительной заморозке, подобной закономерности выявлено не было, что делает неприменимым использование замораживания и хранения образцов ткани для проведения достоверных исследований по оценке биологических эффектов лазерного излучения.

Ширина зоны коагуляции при воздействии на ткани лазерного излучения с длиной волны 970 нм оказалась почти в 2 раза выше, чем при действии лазера с длиной волны 810 нм той же мощности. Наиболее контрастно область коагуляции в виде полосы побеления вокруг зоны абляции была видна при использовании в качестве объекта говяжьей печени. Оценка зоны боковой коагуляции на ткани хряща перегородки носа и полипозной ткани представляла определенные трудности в связи с низкой пигментацией тканей и отсутствием контрастных границ.

При воздействии игольчатого электрода радиочастотного прибора на биологическую ткань выявлена прямая зависимость между шириной зоны разреза и мощностью воздействия (табл. 2). При макроскопической оценке при воздействии радиоволновой аппаратуры форма образовавшегося кратера в поперечном сечении имела треугольную форму в отличие от кратера, образованного воздействием лазерного излучения, имеющего форму полукруга. Выявлено, что использование режима «Резка» в большинстве случаев обеспечивает формирование более широкой зоны абляции в сравнении с режимом «Резка-коагуляция» при соответствующей мощности. Использование радиочастотного прибора на мощности 6 усл. ед. в режиме «Резка» макроскопически при тестировании на ткани говяжьей печени приводит к формированию широкого кратера за счет выворачивания краев раны (рис. 2). Ширина боковой зон коагуляции была максимальной при воздействии в режиме «Резка-коагуляция» на мощности 6 усл. ед. При действии на ткани с большим содержанием воды (полипозную ткань) воздействие радиочастотной аппаратуры в режиме «Резка-коагуляция» на мощности 3 Вт оказалось недостаточным для реализации коагуляционного и абляционного эффекта.

Рис. 2. Линейный разрез при воздействии радиочастотного прибора 4,0 МГц при различных режимах на говяжью

печень. Примечание: Режимы сверху вниз:режим «Резка-коагуляция», мощность 6 усл. ед.;режим «Резка-коагуляция», мощность 3 усл. ед.; режим «Резка», мощность 6 усл. ед.; режим «Резка», мощность 3 усл. ед.

Российская оториноларингология №1 (50) 2011

При сравнительной оценке воздействие радиоволновой аппаратуры по биологическому эффекту (ширине зоны абляции, ширине боковой зоны коагуляции) сопоставимо с действием лазерного излучения.

При взвешивании тестируемых образцов биологической ткани до и после нанесения точечных воздействий лазером и радиочастотным прибором установлено, что более значимая потеря веса образцом биологической ткани, свидетельствующая о более интенсивной вапоризации, определяется при воздействии лазерного излучения с длиной волны 970 нм (табл. 3).

Таблица 2

Зависимость ширины кратера и ширины боковой зоны коагуляции от режима воздействия радиочастотного прибора 4,0 МГц

Режим воздействия Показатель Мышечная ткань курицы Говяжья печень Удаленный полип Удаленный хрящ перегородки носа

Режим "Резка", мощность 3 усл. ед. Ширина кратера (мкм) 613 420 665 315

Режим "Резка", мощность 6 усл. ед. 963 2415 700 368

Режим "Резка-коагуляция", мощность 3 усл. ед. 578 700 0 438

Режим "Резка-коагуляция", мощность 6 усл. ед. 665 1435 980 630

Режим "Резка", мощность 3 усл. ед. Ширина боковой зоны коагуляции (мкм) 105 455 88 0

Режим "Резка", мощность 6 усл. ед. 315 350 88 0

Режим "Резка-коагуляция", мощность 3 усл. ед. 175 245 0 0

Режим "Резка-коагуляция", мощность 6 усл. ед. 245 630 88 0

Таблица 3

Разница в весе образцов ткани до и после воздействия полупроводниковых лазеров и радиочастотного прибора

Мощность лазерного излучения Мышечная ткань курицы Говяжья печень Удаленный полип Удаленный хрящ перегородки носа

Он о си £00 5 ан ^ 1- Он О е7 Й 9 к Он о си £00 5 ан ^ I- Лазер у=970 нм Лазер 7=810 нм р 0 е7 р 0 е1 £00 5 ан ^ 1- Лазер 7=970 нм

3Вт 2 5 6 1 3 4 1 0

5Вт 2 6 6 4 3 5 2 2

7Вт 5 5 8 12 8 14 4 3

9Вт 5 6 13 14 8 16 4 4

Режим "Резка", мощность 3 усл. ед. 0 0 2 0

Режим "Резка", мощность 6 усл. ед. 0 1 4 0

Режим "Резка-коагуляция", мощность 3 усл. ед. 0 0 5 0

Режим "Резка-коагуляция", мощность 6 усл. ед. 0 1 8 0

Выводы:

Воздействие радиоволновой аппаратуры по ширине зоны абляции, ширине боковой зоны коагуляции сопоставимо с действием лазерного излучения. При выборе режима воздействия радиочастотного прибора необходимо учитывать, что воздействие его в режиме «Резка» создает более широкую зоны абляции, а использование режима «Резка-коагуляция» приводит к формированию более широкой боковой зоны коагуляции, что делает предпочтительным применение последнего при воздействии на биологические ткани с обильной васкуляризацией.

Применение полупроводникового лазера с длиной волны 970 нм по сравнению с диодным лазером, работающим на длине волны 870 нм, приводит к формированию более широкой боковой зоны коагуляции и менее выраженной зоны абляции, что имеет свои преимущества при работе на биологических тканях с хорошим кровоснабжением. Необходимо использование более высокой мощности лазерного излучения при воздействии на биологические ткани с большим содержанием воды и низким содержанием хромофоров (полипозную ткань, в частности). Применение полупроводникового лазера с длиной волны 810 нм при мощности 9 Вт на полипозную ткань приводит к деформации линии разреза, сморщиванию краев раны, что не позволяет спрогнозировать характер повреждения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Анализ применения радиочастотного скальпеля при малоинвазивных вмешательствах в оториноларингологии / Рябова М. А. [и др.] Мат. VII Всерос. науч. -практ. конф. «Наука и практика в оториноларингологии». М., 2008. С. 36-38.

2. Ланин В. П., Гнучевский В. В. Применение комбинированных методов в лечении риносинуситов // Лазерная медицина. - 2009. - Т. 13, вып 3. - С. 60-63.

3. Лапченко А. С. Современные возможности использования лазерного излучения в оториноларингологической практике // Вестн. оторинолар. - 2006. -№5 - С. 59-62.

4. Никифорова Г. Н. Современные высокоэнергетические лазерные технологии при лечении больных с заболеваниями носа и уха (экспериментально-клиническое исследование): автореф. дис. ... докт. мед. наук. М., 2007. 85 с.

5. Плоткина О. В. Малоинвазивные вмешательства в оториноларингологии: сравнительный клиникоэкспериментальный анализ эффективности лазерного и радиочастотного скальпелей: автореф. дис.... канд.

мед. наук. СПб., 2009. 86 с.

6. Плужников М. С., Лопотко А. И., Рябова М. А. Лазерная хирургия в оториноларингологии. Минск: ПП «Аналм», 2000. 224 с.

7. Рябова М. А. Роль изучения эффектов лазерного излучения на биологическую ткань в разработке методов лазерной хирургии в оториноларингологии // Вестн. оторинолар. - 2008. -№ 4. - С. 13-17.

8. Рябова М. А. Комбинированное лечение гнойно-полипозных риносинуситов у больных аспириновой триадой // Folia Otorhinolaryngologiae et Pathologiae Respiratoriae. - 2009. - Vol. 15,№ 1. - Р 18-22.

Шумилова Наталья Александровна - очный аспирант каф. оториноларингологии с клиникой СПб госмеду-

ниверситета им. акад. И. П. Павлова. 197022, СПб.: . ул. Льва Толстого, 6/8. тел. 8-812-499-71-76, тел. моб. 8-921563-92-69, е-mail: schumilov211@yandex.ru