СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ СОЗДАНИЯ КОНТРОЛИРУЕМЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ СТРУКТУРЫ И МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ХРЯЩЕВЫХ ТКАНЯХ (ВАРИАНТЫ), А ТАКЖЕ СПОСОБ ВВЕДЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ И ДРУГИХ ПОЛЕЗНЫХ ВЕЩЕСТВ ДЛЯ КОНТРОЛИРУЕМОЙ АКТИВАЦИИ РЕГЕНЕРАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ (ВАРИАНТЫ)
METHOD AND SYSTEM FOR CREATION OF CONTROLLED HETEROGENEITIES OF STRUCTURE AND MECHANICAL STRESSES IN CARTILAGE TISSUES (VERSIONS), AND METHOD OF INTRODUCTION OF MEDICINAL AND OTHER USEFUL SUBSTANCES FOR CONTROLLED ACTIVATION OF REGENERATIVE PROCESSES (VERSIONS)

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области медицины, а именно к методам и устройствам для лечения заболеваний хрящевых тканей, в том числе межпозвонковых дисков (МПД), которые подвергаются дегенеративным изменениям при остеохондрозе и нестабильности позвоночника, и суставных хрящей, страдающих при остеоартрозах, травматических повреждениях и т.д.
Уровень техники
Заболевания хрящевых тканей относятся к числу высоко распространенных в человеческой популяции.
Известно, что питание таких хрящевых тканей, как гиалиновый хрящ суставных поверхностей и замыкательных пластинок МПД, волокнистый хрящ фиброзного кольца и ткань пульпозного ядра МПД, ввиду отсутствия в них кровеносных сосудов, осуществляется преимущественно путем диффузии. Важную роль при этом играют микропоры, являющиеся своеобразными каналами, по которым происходит транспорт тканевой жидкости, представляющей собою водный раствор солей и питательных веществ.
Особенно важны микропоры для питания тканей МПД. J. M Huyghe et al. (Huyghe et al., 2003) экспериментальным путем показали различие между неионизированной внутрифибриллярной и ионизированной межфибриллярной пористыми тканями фиброзного кольца МПД. Для описания изменений механических свойств гиалинового хряща, фиброхрящевой и фиброзной ткани была предложена пороэластическая модель и разработан соответствующий математический аппарат (Laible et al., 1994; Laible et al., 1993; Loboa et al., 2003; Riches et al., 2002). Результаты моделирования (Loboa et al., 2003) показали, что периодически воздействующее давление жидкости и растягивающее напряжение регулируют синтез протеогликанов и фибриллогенез коллагена, сборку волокон и формирование поперечных сшивок, упорядочивают ориентацию волокон, вызывая изменения проницаемости ткани, модуля сжимаемости и модуля упругости. Пористость определяет также степень гидратации ткани диска и, как следствие, ее электропроводность (Yong Gu et al., 2002).
При дегенеративных изменениях МПД и гиалиновых суставных хрящей структура межклеточного матрикса резко изменяется, что приводит к дезорганизации системы микропор и, как следствие, ухудшению питания и гибели клеток. Известно, что при дегенеративных изменениях в МПД коэффициент диффузии существенно снижается (Antoniou et al., 2004; Chiu et al., 2001; Kealey et al., 2005; Kerttula et al., 2001; Nguyen-minh et al., 1998).
Образование микропор в результате внешних воздействий улучшает питание клеток дистрофически измененной ткани и способствует активации регенерационных процессов.
Однако формирование слишком крупных пор приводит к уменьшению механической прочности тканей и может способствовать прорастанию кровеносных сосудов в хрящевые ткани. Функциональная дезинтеграция ткани, обусловленная ее структурной и метаболической неоднородностью, может увеличивать вероятность развития злокачественных опухолей (хондробластом) и повышать опасность фиксации опухолевых клеток и роста метастазов. Поэтому нужны микропоры с определенным распределением по размерам.
Радиографическое сканирование позвоночника, выполняемое в определенной проекции, в 50% случаев позволяет выявить в МПД области, содержащие газ (Goobar et al., 1987).
В настоящее время известны многочисленные способы оказания терапевтического воздействия на хрящевую ткань, и в частности на МПД, связанные с воздействием определенными видами энергии на определенные зоны хрящевой ткани.
Так в патенте США 6,503,269 раскрыт способ управляемого нагрева внутренней поверхности фиброзного кольца межпозвонкового диска, что приводит к уничтожению нервных окончаний в фиброзном кольце, развившихся после его повреждения и являющихся причиной так называемой "дискогенной боли". Способ содержит этапы, на которых формируют канал доступа через фиброзное кольцо МПД, вводят в МПД источник света, активируют источник света, излучающий диффузный свет, измеряют оптическими способами температуру ткани в непосредственной близости от источника света и меняют интенсивность света, излучаемого из источника, в соответствии с измеренной температурой. Облучение внутренней поверхности фиброзного кольца приводит к его нагреванию и уничтожению нервных окончаний.
В патенте США 5,571,147 раскрыт еще один способ уничтожения нервных окончаний в МПД, являющихся причиной "дискогенной боли", заключающийся в том, что формируют канал доступа, через который во внутреннюю часть МПД вводят оптоволокно. Электромагнитное излучение, подаваемое от источника через оптоволокно, поглощается в МПД, что приводит к нагреванию МПД и гибели нервных окончаний.
Недостатки перечисленных выше способов заключаются в следующем: а) терапевтическое воздействие выполняется после прорастания нервных окончаний, т.е. на поздней стадии патологического процесса; б) в результате терапевтического воздействия выполняется только уничтожение нервных окончаний, без оказания терапевтического воздействия непосредственно на поврежденную хрящевую ткань; в) поскольку для уничтожения нервных окончаний требуется нагревать большой объем ткани МПД до высокой температуры, существует высокая вероятность повреждения хрящевой ткани МПД и последующего повторного прорастания нервных окончаний.
В патенте США 6,733,496 раскрыты способ и устройство для модификации МДП, в частности, для лечения трещин в фиброзном кольце МДП, путем нагревания участков ткани в непосредственной близости от участка ткани с патологическими изменениями, причем в одном из вариантов осуществления способа предусмотрена доставка энергии (в том числе электромагнитной энергии и энергии ультразвуковых колебаний) к патологически измененному участку ткани МДП в количестве, не вызывающем удаления и/или испарения материала диска в непосредственной близости от устройства доставки энергии. В одном из вариантов осуществления в диск доставляется количество энергии, достаточное для изменения его биохимических и/или биомеханических свойств без структурной деградации ткани. Недостаток такого способа терапевтического воздействия заключается в том, что на хрящевую ткань оказывается непрерывное воздействие, приводящее к существенному изменению свойств хрящевой ткани, что создает высокий риск осложнений.
Таким образом, все известные в настоящее время способы терапевтического воздействия на хрящевую ткань, связанные с воздействием на хрящевую ткань определенными видами энергии, и, в частности, когерентным и некогерентным электромагнитным излучением, имеют своим недостатком то, что на хрящевую ткань оказывается непрерывное, относительно сильное воздействие, что дает кратковременный терапевтический эффект. Например, после физического разрушения нервных окончаний в МПД при нагревании участка ткани исчезает дискогенная боль, однако впоследствии боль может возобновиться вследствие образования грануляционной ткани в подвергаемой терапии области хряща, прорастания в ней сосудов и нервных окончаний.
Ни один из известных в настоящее время способов не приводит к замещению патологически измененных участков хрящевой ткани, такой как МПД или суставной хрящ, молодой (новообразованной) хрящевой тканью, т.е. не вызывает регенерации поврежденных или утраченных структур.
В способе согласно настоящему изобретению используется слабое, практически точечное воздействие электромагнитным излучением на хрящевую ткань, причем воздействие производится в виде нескольких серий импульсов. Такое воздействие приводит к возникновению в областях, прилегающих к области приложения воздействия, процессов, вызывающих активацию роста молодой (новообразованной) хрящевой ткани, которая замещает патологически измененные структуры МПД.
.
Способ по настоящему изобретению относится к лазерной реконструкции хрящевой ткани, в том числе межпозвонковых дисков, и является принципиально новой минимально инвазивной процедурой В основу этого способа положен эффект регенерации тканей межпозвонкового диска под действием неразрушающего лазерного излучения.
Метод лазерной реконструкции дисков (ЛРД) является принципиально новым способом лечения больных с дегенеративными заболеваниями межпозвонковых дисков. В основе метода лежит обнаруженное в 1999 году явление регенерации ткани пульпозного ядра межпозвонкового диска под действием неразрушающего лазерного излучения. Процедура ЛРД подразумевает пункцию межпозвонкового диска, подведение лазерного излучения через иглу в область пульпозного ядра и лазерное облучение данной области с целью создания условий для запуска репаративных процессов в биологической ткани. Также к указанной области пульпозного ядра может прикладываться (например, через иглу) периодическое механическое воздействие. Лечебный эффект достигается путем создания пространственно-временных неоднородностей температуры и механических напряжений в хрящевой ткани путем ее нагрева лазерным излучением, модулированным в пространстве и во времени. Лазерное воздействие в режиме, применяющемся при ЛРД, не сопровождается разрушением и/или удалением части межпозвонкового диска, не приводит к некрозу тканей диска и не повреждает прилежащие к диску нервные и сосудистые структуры позвоночника.
Процедура пункционной лазерной реконструкции дисков проводится под местной анестезией с использованием рентген-телевизионного контроля при полном сознании пациента. Сама процедура пункционной ЛРД не требует специальной подготовки пациента и, поэтому, может проводиться на амбулаторной основе.
Преимуществами лазерного метода являются миниинвазивность, отсутствие наркоза, амбулаторный характер, простота и дешевизна лазерной процедуры.
3
3
Основное отличие способа настоящего изобретения от ранее разработанных способов лечения заключается в целенаправленном формировании пузырьков текучей среды в небольшом объеме подвергаемой терапии области и воздействии на них периодическим (например, импульсно-модулированным) электромагнитным (ЭМ) излучением. Электромагнитное излучение может быть доставлено в подвергаемую терапии область любым способом, известным в данной области техники, например, через введенный в подвергаемую терапии область ткани световод. Необходимо отметить, что характерный размер источника излучения (например, диаметр световода) составляет от примерно 0,2 мм до примерно 1,0 мм, при этом длину волны и интенсивность ЭМ-излучения подбирают таким образом, что по существу вся энергия ЭМ-излучения поглощается в малой окрестности источника ЭМ-излучения, далее в настоящем описании называемой областью приложения воздействия (менее 2 мм, предпочтительно, менее 1 мм), т.е. на ткань оказывается по существу точечное (локальное) воздействие. Другим принципиальным отличием способа настоящего изобретения от ранее разработанных способов лечения является то, что ЭМ-воздействие является импульсным. В отличие от ранее использовавшегося постоянного воздействия ЭМ-излучением на хрящевую ткань, что фактически сводилось к ее нагреву до определенной температуры, способ настоящего изобретения использует импульсное ЭМ-излучение, которое в результате комплексного взаимодействия с пузырьками текучей среды и тканью в облучаемой области приводит к возникновению в ткани акустических волн, потоков вещества в хрящевой ткани, при этом пузырьки текучей среды подвергаются дроблению (Фиг.1,А-1,Е) и перемещаются внутри хрящевой ткани, формируя новые и прочищая уже имеющиеся поры. Вышеперечисленные эффекты оказывают воздействие на ткань, находящуюся вне области ткани, подвергаемой облучению, приводя к ее модификации и замещению патологически измененных участков хрящевой ткани новообразованной хрящевой тканью.
Согласно способу настоящего изобретения, поры образуются при перемещении и слиянии газовых пузырьков в ткани в процессе локального лазерного воздействия. Размер пор контролируется с использованием известных методик, например акустических, спектроскопических и иных, позволяющих оценить факт возникновения пор, изменения состояния ткани и т.д.
Локальное периодическое лазерное воздействие вызывает колебательное давление и перемещение среды вследствие неоднородного нагрева небольших областей, причем размеры зон, в которых происходит это механическое воздействие, намного превышают размеры зон теплового воздействия излучения.
Кроме того, приложение дополнительного механического воздействия, например, ультразвуковых колебаний, или вибрации отдельных элементов инструмента (иглы), приводит к усилению эффекта механического воздействия, проявляющегося в активации клеток, прочищению микропор, улучшению питания клеток и удалению продуктов их метаболизма.
Принципиальным отличием предлагаемого способа от известных из уровня техники является контролируемость воздействия и предсказуемость результатов, которые достигаются путем выбора и поддержания определенных соотношений между частотами колебаний и амплитудами давления, размерами образующихся микропузырьков, с одной стороны, и характерными размерами микропор в хрящевой ткани, характерными размерами областей модификации ткани, с другой стороны.
Качественные соотношения между параметрами лазерного воздействия и характеристиками давления, пор, параметрами движения среды (скорости движения, характерных расстояний перемещения) следующие.
Характерные размеры микропор в фиброзном кольце хрящевого диска составляют 100 нм.
Размеры пузырьков предпочтительно должны быть несколько больше этих размеров, но иметь тот же порядок величины. (Слишком большие пузыри не эффективны для прочищения существующих и создания новых микропор.)
Периодичность лазерного воздействия предпочтительно должна соответствовать характерным частотам активации клеток (в диапазоне от 0,1 до 5 Гц). Промежутки между сериями облучения должны быть достаточны для стабилизации доменной структуры электрических диполей воды в хрящевой ткани, которая составляет для тканей межпозвонковых дисков человека от 5 секунд до 2 минут.
Размеры областей повреждения хрящей в межпозвонковых дисках и суставах обычно составляют несколько миллиметров. Расстояния, на которые происходят перемещения среды должны быть в диапазоне 1-10 миллиметров, что соответствует характерным размерам зон лечебного воздействия хрящевых тканей.
Настоящее изобретение решает перечисленные выше задачи, предоставляя способ реконструкции хрящевой ткани, включающий в себя этапы на которых:
формируют по меньшей мере один канал доступа к по меньшей мере одной области приложения воздействия, расположенной внутри области модификации хрящевой ткани;
формируют внутри указанной по меньшей мере одной области приложения воздействия по меньшей мере один пузырек текучей среды;
вводят в указанную по меньшей мере одну область приложения воздействия через указанный по меньшей мере один канал доступа по меньшей мере один источник электромагнитного излучения (ЭМИ);
активируют указанный по меньшей мере один источник электромагнитного излучения,
при этом электромагнитное излучение имеет параметры, позволяющие формировать в указанной по меньшей мере одной области приложения воздействия поле электромагнитного излучения, оказывающее указанное воздействие.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения электромагнитное излучение является периодически модулированным и имеет следующие параметры:
- длина волны ЭМ-излучения от примерно 0,6 мкм до примерно 2,2 мкм, наиболее предпочтительно примерно 1,56 мкм;
- средняя мощность ЭМ-излучения от примерно 0,5 Вт до примерно 5 Вт, предпочтительно от примерно 1 Вт до примерно 2 Вт;
- длительность импульса от примерно 1 мс до примерно 3000 мс, предпочтительно от примерно 50 мс до примерно 300 мс;
- частота следования импульсов в серии от примерно 0,1 Гц до примерно 100 Гц, предпочтительно от примерно 1 Гц до примерно 20 Гц;
- интервал между сериями импульсов от примерно 5 с до примерно 60 с, предпочтительно от примерно 2 с до примерно 5 с;
- длительность серий импульсов составляет от примерно 5 с до примерно 60 с;
- количество серий импульсов составляет от примерно 1 до примерно 10.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения источник электромагнитного излучения представляет собой световод с диаметром от примерно 0,1 мм до примерно 2 мм, предпочтительно примерно 0,6 мм.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения этапы способа применяют к нескольким областям приложения воздействия хрящевой ткани, причем указанное применение может выполняться последовательно, параллельно либо последовательно-параллельно, при этом указанные области могут быть различными, пересекающимися или совпадающими.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения способ реконструкции хрящевой ткани дополнительно включает в себя этапы, на которых в хрящевой ткани, подвергаемой реконструкции, возбуждают механические колебания при помощи по меньшей мере одного дополнительного источника механических колебаний
Канал доступа может быть сформирован при помощи введения в хрящевую ткань пустотелой иглы, причем источником механических колебаний является игла, формирующая канал доступа, и/или излучатель, введенный в указанную иглу.
Необходимо отметить, что хотя в настоящем описании в качестве иллюстративного примера раскрыт вариант осуществления способа, при котором текучая среда, формирующая пузырек, источник ЭМ-излучения и источник механических колебаний вводят в подвергаемую лечению область хрящевой ткани через один канал доступа, настоящее изобретение также охватывает варианты осуществления, в которых указанные операции выполняют через различные каналы доступа.
Настоящее изобретение также предоставляет систему, обеспечивающую реализацию способа модификации хрящевой ткани.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1,А-1,E иллюстрируют образование и дробление пузырька текучей среды в хрящевой ткани под действием лазерного излучения.
Фиг.2,А-2,Л иллюстрируют развитие гиалинового хряща после проведения процедуры ЛРД.
Фиг.3 - зоны облучения межпозвонковых дисков для шейного и поясничного отделов позвоночника.
Фиг.4 - блок-схема системы, позволяющей выполнять процедуру ЛРД.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Механизмы лечебного воздействия
Видеосъемка зоны воздействия (см. Фиг.1,А-Е) лазерного излучения на пульпозное ядро показывает следующее:
А. При всех используемых режимах лазерного воздействия на пути рядом с оптическим волокном в процессе облучения начинает образовываться темная зона, причем степень затемнения растет со временем облучения.
Б. В результате облучения меняется структура микропузырьков (размеры пузырьков уменьшаются, а их количество увеличивается).
В. Наблюдается движение пузырьков (характер движения зависит от параметров облучения). Наблюдаемое при видеосъемке затемнение нагреваемой лазером зоны в прошедшем свете, т.е. увеличение светорассеяния, является следствием уменьшения средней плотности пульпозного ядра вследствие а) образования пузырьков и б) нагрева пульпозного ядра.
Г. Наблюдается колебательное (обратно-поступательное) движение среды (жидкости) в области воздействия.
Основной механизм лечебного воздействия заключается в улучшении питания клеток за счет образования (восстановления) микропор и каналов в хрящевой ткани. Образование новых и/или прочистка, раскупоривание имеющихся, но забитых микропор происходит в гиалиновой пластине, которая является связующим звеном между хрящевой тканью МПД и кровеносной системой.
При естественных механических нагрузках жидкость выдавливается из МПД, при этом положительные ионы (кальция и натрия) уходят из МПД, но натрий движется быстрее, а кальций отстает и накапливается в порах. Микропоры могут быть забиты солями кальция, поэтому может быть полезным добавление веществ, например физиологического раствора, которые растворяют соли кальция и способствуют прочищению микропор.
Второй механизм связан с активацией (или спецификацией стволовых) клеток путем механического воздействия, в частности волнами напряжений, возникающими при неоднородном нагреве, волнами, возникающими при согласованных крутильных колебаниях электрических диполей воды в хрящевом матриксе, или волнами напряжений (давления), возникающими при введении в хрящевой матрикс (и движении по нему) микропузырьков газа или жидкости.
Третий механизм лечебного воздействия связан с воздействием на нервные окончания. Это может быть:
(а) дезактивация нервных окончаний термическим, механическим или химическим воздействием,
(б) механическое удаление или уменьшение объема давящего на нерв объекта, например, грыжи, секвестра мышцы, связки (путем его деформации, устранения патологического набухания путем уменьшения застойных явлений),
(в) долговременный эффект за счет изменения макроархитектуры диска путем его реконструкции (регенерации новой ткани), устранения нестабильности.
Стадии процедуры реконструкции хрящевой ткани
В общем случае способ реконструкции хрящевой ткани включает следующие этапы:
1. Введение заданного количества текучей среды и, при необходимости, организация возможности ее отвода (оттока).
2. Необязательное измерение динамики давления во время и после введения текучей среды.
При этом:
- если нет разрывов диска (а точнее фиброзного кольца), то во время введения текучей среды в диск внутридисковое давление возрастает, а после введения текучей среды давление в диске не изменяется (или снижается незначительно);
- если в диске имеются разрывы, то во время введения текучей среды в диск внутридисковое давление не изменяется или слабо возрастает, а после введения текучей среды давление быстро снижается до первоначального уровня.
Такое различное поведение давления (его динамика) определяет характер повреждений диска и, следовательно, выбор параметров воздействия.
3. Выбор начальных параметров воздействия.
4. Введение и позиционирование источника воздействия.
5. Измерение характеристик модификации хрящевой ткани (деформации, напряжения, температуру, структурные изменения).
6. Осуществление воздействия, приводящего к изменению поля механических напряжений с одновременным измерением характеристик модификации хрящевой ткани.
7. Корректирование параметров воздействия на основе показаний измерений, в частности, выключение (остановка) воздействия.
8. Перемещение источника воздействия в новое положение и повторение стадий 6 и 7.
Параметры воздействия
Тип воздействия (лазерное излучение, механические колебания, акустические волны или их комбинация).
Длительность импульса.
Частота следования импульсов.
Энергия импульсов (импульсная мощность воздействия).
Продолжительность одной серии (число импульсов в серии).
Длительность интервала между сериями.
Общая продолжительность воздействия (число серий).
Состав (фазовый, химический) текучей среды (в том числе доля жидкой и газообразной фаз, стволовые клетки и т.д.).
Давление при введении текучей среды.
Размеры области воздействия.
Расстояние между соседними областями воздействия.
Наличие (или отсутствие) и параметры (скорость, давление) отсоса текучей среды.
Приложение внешнего воздействия в области приложения воздействия
Способ реконструкции хрящевой ткани в общем случае включает в себя следующие основные этапы:
- формирование канала доступа к области приложения воздействия;
- введение специальных веществ (газов, жидкостей или их смесей, либо другой текучей среды);
- внешнее воздействие (воздействие лазерным излучением, механическими колебаниями), причем этот этап может выполняться одновременно, до или после по отношению к этапу введения либо как любая комбинация вышеперечисленных вариантов.
Воздух (или другая текучая среда) доставляется в пульпозное ядро межпозвоночного диска или в суставной хрящ через полую иглу, формирующую канал доступа к области приложения воздействия.
Например, при введении иглы в хрящевую ткань МПД или сустава в ее просвете находится мандрен, который затем извлекают из иглы, а вместо него в иглу помещают световод. Световод как поршень доставляет в ткань (пульпозное ядро МПД или суставной хрящ) некоторое количество воздуха (или другой текучей среды). В этот момент пузырек воздуха располагается вблизи конца иглы.
Внешнее воздействие (например, воздействие лазерным излучением, механическими колебаниями) провоцирует отрыв пузырька воздуха от конца иглы. Пузырек воздуха, введенный в МПД или суставной хрящ, перемещается на некоторое расстояние от иглы. Однако это перемещение осуществляется очень медленно (его скорость лимитирована размером пузырька).
Однако при последующем внешнем воздействии (например, облучении когерентным или некогерентным светом) запускаются физико-химические процессы, обусловливающие более эффективное распространение воздуха в хрящевой ткани.
Энергия лазерного излучения, преимущественно, поглощается жидкостью, содержащейся в межклеточном матриксе хрящевой ткани. Под действием лазерного облучения эта жидкость, неоднородно расширяясь и сжимаясь, разделяет воздушный пузырек на множество более мелких пузырьков. Такие микропузырьки периодически увеличиваются и уменьшаются в объеме, а также совершают поступательное перемещение по градиенту температуры в менее нагретые области (в направлении от конца световода), что приводит к распространению воздуха в подвергающейся описываемому воздействию ткани и увеличивает амплитуду волн давления (см. Фиг.1,А-1,С).
При воздействии лазерного облучения в первичном пузырьке текучей среды (например, воздушном пузырьке) могут активироваться реакции свободнорадикального окисления молекул кислорода. При возникновении активных форм кислорода, а также в результате электростатических взаимодействий с заряженными молекулами межклеточного матрикса поверхность воздушных микропузырьков может приобретать электрический заряд. Благодаря электростатическим взаимодействиям поверхности микропузырьков с рядом сигнальных молекул увеличивается активная поверхность межклеточных рецепторных взаимодействий и активизируется информационный метаболизм ткани.
Происходящее связывание свободных радикалов кислорода с ионизированными матриксными молекулами приводит к тому, что поверхность воздушного пузырька становится электрически нейтральной, что, во-первых, предотвращает перекисное окисление липидов клеточных мембран и, во-вторых, облегчает транспорт микропузырьков и молекул, взаимодействующих с их поверхностью через матрикс.
Необходимо отметить, что пузырьки (микропузырьки) в области приложения воздействия могут быть сформированы различными способами. Например, как указывалось выше, пузырьки могут образовываться в результате дробления под действием ЭМ-излучения первичного пузырька текучей среды (например, воздуха или другого газа), введенного в область приложения воздействия через канал доступа. Микропузырьки также могут образовываться при помощи введения в область приложения воздействия композиции, способствующей формированию пузырьков текучей среды, например в результате дегазации текучей среды, введенной в область приложения воздействия, в частности под действием ЭМ-излучения. Такой механизм образования микропузырьков проиллюстрирован на Фиг.1,А-1,Е. При этом возможно введение по сформированному каналу доступа соединения (композиции), способствующего формированию пузырьков, например, под действием электромагнитного излучения. Помимо вышеперечисленных способов, также возможно применение любых других способов формирования микропузырьков в среде, известных в данной области техники, а также любой их комбинации.
Таким образом, контролируемое внешнее воздействие (в частности, с помощью модулированного лазерного излучения) на пульпозное ядро и внутреннюю треть фиброзного кольца межпозвоночных дисков (либо на гиалиновый суставной хрящ), вызывающее формирование газовых областей, приводит к:
- измельчению первичных (доставленных с помощью иглы) пузырьков текучей среды (например, воздушных пузырьков), а затем к образованию, поступательному и колебательному движению микропузырьков;
- образованию микропористой структуры хряща,
- ускорению диффузии веществ;
- увеличению амплитуды волн давления;
- активации биосинтетических процессов в клетках хрящевой ткани в результате адекватной стимуляции механочувствительных внутриклеточных структур;
2+
- высвобождению внутриклеточного Ca и, как следствие, обновлению и "омоложению" клеточной популяции в результате интенсификации апоптотической гибели (Doty et al., 1999; Hashimoto et al., 1998) высокоспециализированных хондроцитов и пролиферации "молодых" хондрогенных клеток и хондробластов;
- увеличению функционально активной поверхности клеточных мембран и усилению межклеточных взаимодействий;
- включению механизмов аутокринной регуляции функциональной активности клеток в ответ на изменение физико-химических и биологических свойств клеточного микроокружения (продукции клетками биологически активных веществ, оказывающих регуляторное воздействие на клетки той же популяции в соответствии с изменениями в микроокружении клеток);
- инактивации нервных структур, возникающих в фиброзном кольце МПД и суставном хряще при дегенеративных и травматических повреждениях (Brown et al., 1997; Coppes et al., 1997; Freemont et al., 1997; Freemont et al., 2002; Lundon and Bolton, 2001; Roberts et al., 1995) и обеспечивающих передачу патологической болевой импульсации.
Совокупность перечисленных процессов обусловливает замещение патологически измененных участков МПД или суставного хряща молодой (новообразованной) хрящевой тканью, т.е. вызывает регенерацию поврежденных или утраченных структур.
Замещение поврежденных участков МПД молодым гиалиновым хрящом предотвращает образование грыж диска и протрузий фрагментов пульпозного ядра в периферические зоны диска и паравертебральное пространство, резко уменьшает механическую нестабильность позвоночника. В суставах новообразованный гиалиновый хрящ восполняет патологически измененные участки суставных поверхностей, возникшие в результате дегенеративных или травматических заболеваний (остеоартрозов, хондромаляции, травм сустава). Это обеспечивает клинически значимое восстановление функциональной активности сустава.
Контролируемость роста
Увеличение объема регенерирующей хрящевой ткани ограничено областью анатомической структуры (МПД или суставной поверхности), в которой в результате внешнего воздействия (в частности, лазерного облучения) создаются особые, пространственно однородные физико-химические и биологические условия. Характеристики модифицированной ткани таких областей (например, размер газовых пузырьков, размер микропор, механическое давление, градиент температуры, содержание кислорода и глюкозы, концентрация ионов кальция, цинка, показатель pH и др.) лежат в определенных пределах.
Границы области индуцированной регенерации могут быть заданы заранее - при выборе параметров внешнего воздействия, который осуществляется с учетом физических и химических различий здоровой и патологически измененной хрящевой ткани.
Введение специальных веществ в пульпозное ядро МПД или суставной хрящ
Возможно также введение на любой стадии процесса специальных веществ, соединений или объектов:
1) влияющих на метаболические процессы в хрящевой ткани;
2) модулирующих реакцию клеток хрящевой ткани на внешнее воздействие;
3) направленно-изменяющих состав клеточной популяции хрящевой ткани;
4) влияющих на гистологические элементы тканей других видов (нервной, сосудистой);
5) направленно-изменяющих физические и/или химические свойства хрящевой ткани;
6) обладающих комплексным воздействием и на биологические процессы в ткани, и на ее физико-химические свойства.
Например, возможно введение:
(1)
Гормонов коры надпочечников и их аналогов (дексаметазон);
Витаминов и витаминоподобных препаратов;
Ферментов и антиферментных препаратов;
Аминокислот;
Макроэргических соединений или их химических предшественников;
Глюкозы;
Антиоксидантов;
Витамина С;
Стекловидного тела или других биогенных стимуляторов;
Препаратов кальция.
(2)
- Факторов роста и цитокинов, стимулирующих репаративные процессы в хрящевой ткани (TGF-β, PDGF, IGF-1, FGF, EGF, OP-1, BMP-2 и BMP-12, и, возможно, некоторых других), а также индукторов экспрессии или синтеза этих факторов роста и цитокинов. По данным ряда исследователей(Andrades et al., 2003; Masuda and An, 2004; Nishida et al., 1999; Thompson et al., 1991; Wang et al., 2003), полученным в экспериментах с культурами хондроцитов, эти вещества повышают продукцию протеогликанов и коллагена II типа, усиливают экспрессию мРНК аггреканов, вызывают ускоренную пролиферацию клеток и подавляют их апоптотическую гибель. В исследованиях in vivo было выявлено увеличение веса МПД, регенераторные изменения в хрящевой ткани (повышение содержания протеогликанов и появление клеточных кластеров, аналогичных кластерам нормального гиалинового хряща)(Mwale et al., 2003; Walsh et al., 2004).
- Блокаторов (конкурентов) рецепторов факторов роста и цитокинов, обладающих провоспалительным действием; а также веществ, подавляющих или тормозящих синтез данного класса мембранных рецепторов;
Веществ, оказывающих влияние на ионную проницаемость наружных и внутриклеточных мембран хондроцитов (блокаторы и активаторы ионных каналов);
Термолабильных предшественников биологически активных веществ (например, некоторых металлопротеиназ - в малых дозах и при условии, что температура ткани не превышает 38°С);
Фотосенсибилизаторов или биологически активных веществ, конъюгированных с фотосенсибилизаторами.
(3)
- Стволовых клеток или их экстрактов. В экспериментах(Johnstone et al., 1998; Walsh et al., 2004) была обнаружена индукция хондрогенной диффреренцировки костномозговых стволовых клеток под действием TGF-β1, OP-1, глюкокортикоидов и др.
Комплексов суррогатной хрящевой ткани, приготовленных с использованием методов тканевой инженерии и состоящих из культивированных in vitro на специальных матриксных подложках (artificial tissue substitute) стволовых или хондрогенных клеток - при условии сохранения структурно-функциональных свойств таких тканевых «констрактов» при прохождении через иглу шприца.
(4)
Препаратов, оказывающих влияние на нервные окончания, которые в условиях патологии врастают в фиброзное кольцо МПД и суставной хрящ (местно-анестезирующие средства);
Препаратов, оказывающих влияние на сосуды грануляционной ткани, врастающие в дефекты хряща в условиях патологии (регуляторы сосудистого тонуса, реологических свойств крови, проницаемости сосудистой стенки).
(5)
Веществ, регулирующих микрокавитационные процессы (поверхностно активные добавки),
Веществ, восполняющих и поддерживающих объем тканевой жидкости в хрящевой ткани (препараты на основе декстрана);
Слабых ионизирующих и деионизирующих растворов.
(6)
Солевых растворов (коррекция кислотно-основного, осмотического и ионного состояний ткани; изменение электропроводности ткани);
Препаратов на основе желатина («Желатиноль» - действие на осмотическое равновесие в ткани; источник аминокислот для коллагена; возмещение/замещение объема тканевой жидкости).
Кроме перечисленных групп веществ и объектов, в диагностических целях возможно использование рентгеноконтрастных препаратов, веществ с флуоресцентной меткой; оптически анизотропных веществ (выявление патологических изменений клеток, областей некроза ткани, ультраструктурной неоднородности ткани, связанной с гетерогенным распределением микропузырьков/микропор).
Введение добавок может быть использовано также для диагностики позиционирования конца иглы в МПД или суставе вместо применяемых в настоящее время методов лучевой диагностики, либо в комбинации с ними.
Вышеуказанные препараты могут быть введены в МПД, но в силу затрудненной диффузии не распространяются на заметное расстояние от зоны введения. В нашем методе градиенты давления, механические напряжения, микропоры способствуют распространению добавляемых веществ на заметное расстояние.
Технология проведения операции (лечения)
После введения иглы в пульпозное ядро межпозвоночного диска или суставной хрящ вынимание из иглы и повторное введение в нее световода может быть выполнено повторно с необходимым числом циклов. Процедура многократного повторения способствует увеличению объема доставленного в ткань воздуха, если обеспечен его отвод (распространение) в объем ткани диска.
Структура хрящевой ткани неоднородна по распределению основных составляющих (воды, коллагеновых волокон, протеогликанов), и по термомеханическим свойствам, то есть можно говорить о доменной структуре ткани. Перемещение газовых микропузырьков и образование микропор происходит легче всего по границам доменов, образованных, например, областями с одинаковой ориентацией дипольного момента молекул воды. Молекулы воды могут совершать крутильные колебания. Колебательные движения различных молекул могут взаимодействовать между собой (усиливать или гасить друг друга). Домены (области с одинаково ориентированным дипольным моментом) могут складывать (усиливать) колебательные движения и способствовать формированию волн напряжений, которые способствуют активации регенерационных процессов.
Внешнее воздействие (механическое, тепловое, электрическое) разрушает или дестабилизирует (т.е. приводит в состояние неустойчивого равновесия) доменную структуру, что может замедлять процесс порообразования.
Поэтому внешнее воздействие целесообразно проводить несколькими сериями с определенными временными промежутками между сериями. Промежутки необходимы для восстановления доменной структуры, переорганизации микропористой структуры.
Для ускорения процессов переорганизации микропористой структуры в этих промежутках времени возможно применение небольшого нагрева (не более чем до 50°С).
Этот нагрев может быть также полезен для инактивации нервных окончаний, проникающих в хрящ МПД или суставов в результате дегенерации последнего.
Границы области этого дополнительного нагрева должны строго контролироваться.
Возможно применение специального устройства, обеспечивающего и дозирующего введение дополнительных веществ в область, подвергающуюся лечебному воздействию (пульпозное ядро).
При введении иглы с мандреном в полость межпозвоночного диска возможно совершать колебательные движения иглы, что уменьшит повреждение матрикса ткани. Однако локальное повреждение ткани при введении иглы неизбежно. Оно приводит к гибели небольшого количества клеток пульпозного ядра и к выделению ими (гибнущими клетками) факторов роста и регенерации. Дополнительное внешнее воздействие (лазерным излучением) приводит к образованию микропузырьков и микропор, способствующих распространению этих факторов роста на больший объем и к улучшению питания и активации живых (неповрежденных) клеток, а также к превращению стволовых клеток в хондроциты.
Способы внешнего воздействия на ткань, в которую введено специальное вещество
Возможно выполнение воздействия двумя лазерами с разными энергетическими и временными параметрами: один выполняет нагревание ткани, другой создает оптоакустическую волну.
Воздействие двумя лазерами с разными длинами волн: один производит фотохимическое (нетепловое) воздействие (например, с целью активации клеток, увеличения поглощения другой длины волны); другой лазер производит воздействие на структуру хрящевого матрикса (например, вызывает образование микропор и перераспределение материала внутри пульпозного ядра).
Воздействие лазером и акустическими волнами (ультразвуком).
Воздействие лазером и электрическим полем.
Воздействие лазером (механический компонент), пьезоэлектрический эффект (коллаген - пьезоэлектрик)
Комбинация (по крайней мере) двух воздействующих факторов позволяет более надежно контролировать пространственную локализацию эффекта воздействия.
Введение стволовых клеток и факторов роста ПОСЛЕ лазерного облучения, приводящего к образованию (восстановлению) микропор.
Ниже описан иллюстративный вариант осуществления способа реконструкции МПД.
Необходимо отметить, что элементы конкретной системы, упоминаемые ниже в связи с описанием иллюстративного способа и предназначенные для осуществления конкретного иллюстративного способа, не являются ограничивающими и могут быть соответственно модифицированы и дополнены для реализации других вариантов осуществления способа, раскрытых в настоящем описании.
Проведение процедуры лазерной реконструкции дисков (ЛРД)
Фиг.2,А-2,Л схематично иллюстрируют этапы выполнения процедуры ЛРД и развитие гиалинового хряща после проведения процедуры ЛРД.
Процедура ЛРД выполняется в операционной, оснащенной рентгенохирургическим аппаратом с полипозиционным С-образным штативом с соблюдением всех правил асептики.
После обработки кожи йодом и спиртом производится инфильтрационная анестезия раствором лидокаина 2% или новокаина 0,5%.
Пункция шейных и поясничных межпозвонковых дисков
Пункция межпозвонковых дисков осуществляется иглой размером 18 G и длиной 10 см для шейного отдела позвоночника и 15 см для поясничного.
Введение иглы в межпозвонковые диски производится по описанным стандартным методикам пункции дисков.
Введение иглы в шейные диски осуществляется из переднее-бокового доступа со смещением срединных органов шеи и латеральным смещением сонно-яремного сосудистого пучка.
Введение иглы в поясничные диски осуществляется из заднее-бокового доступа на расстоянии 9-13 см от срединной линии в зависимости от конституции пациента.
Перед прокалыванием фиброзного кольца обязательно производится рентгенологический контроль расположения иглы.
Подведение лазерного излучения к межпозвонковому диску
2
Лазерное излучение передается к области приложения воздействия по волоконно-оптическому световоду. Необходимо отметить, что подаваемое излучение может быть как когерентным (например, лазерным), так и не когерентным. В одном из вариантов осуществления изобретения частоту излучения подбирают таким образом, что оно по существу полностью поглощается в небольшой области ткани, предпочтительно примерно 1 мм. Например, для применения в указанном варианте осуществления способа настоящего изобретения является пригодным ЭМ-излучение с длинной волны 1,56 мкм, что при мощности и временных параметрах ЭМ-излучения, приведенных ниже, позволяет получить требуемую локальность воздействия (т.е. небольшие размеры области приложения воздействия).
После извлечения мандрена из пункционной иглы в иглу на необходимую глубину вводится и фиксируется в ней волоконно-оптический катетер.
Топография зон облучения межпозвонкового диска
Лазерное облучение производится в нескольких, предпочтительно в трех зонах межпозвонкового диска на шейном отделе и в четырех зонах на поясничном отдела позвоночника (Фиг.3).
Облучение межпозвонкового диска
Лазерное облучение производится в нескольких зонах межпозвонкового диска. Облучение диска проводится по зонам последовательно (Фиг.3). Перемещение иглы внутри диска осуществляется под рентген-телевизионным контролем.
При необходимости проведения процедуры на другом диске, волоконно-оптический катетер вынимается из пункционной иглы, затем игла удаляется из диска и процедура проводится на следующем диске по описанной выше схеме.
Чем менее поврежден (дегидратирован) диск, тем больше в нем воды и больше упругость ткани, тем меньше должна быть длительность импульса (больше амплитуда механического воздействия), а частота следования импульсов - больше (упругая среда передает сигнал с большей скоростью).
Чем сильнее поврежден (дегидратирован) диск, тем длиннее должен быть импульс (меньше амплитуда механического воздействия), а частота следования импульсов - меньше (т.к. нужно больше времени для передачи энергии волны), число серий облучения и число зон воздействия должны быть выше.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения в область приложения воздействия вводят заданный объем определенной текучей среды (см. ниже). При этом, если вводят жидкость, то она будет обладать высокой упругостью и быстро передавать сигналы (волны напряжений).
В другом варианте осуществления настоящего изобретения к подвергаемой терапии хрящевой ткани дополнительно прикладывают механическое воздействие, например ультразвуковые колебания. Указанное воздействие может прикладываться, например, при помощи вибрации иглы как асинхронно, так и синхронно с подачей когерентного или некогерентного ЭМ-излучения в область приложения воздействия.
Таким образом, режимы будут разные для тканей с разными типами повреждения и для разных вводимых текучих сред (жидкостей или газов).
1-я группа режимов
Длительность импульса 10-50 миллисекунд, частота повторения 0,5-1,5 Гц, мощность в импульсе 3-5 Вт. Облучение проводится длинными сериями, по 20-40 сек, с небольшим перерывом в 5-10 сек, число серий 1-2.
2-я группа режимов
Длительность импульса 100-500 миллисекунд, частота повторения 0,5-1,0 Гц, мощность в импульсе 2-3 Вт. Облучение проводится короткими сериями, по 5-10 сек, с перерывом в 10-15 сек, число серий может достигать 4-5.
3-я группа режимов
Длительность импульса 1000-2000 миллисекунд, частота повторения 0,1-0,5 Гц, мощность в импульсе 1-2 Вт. Облучение проводится сериями, по 15-30 сек, с перерывом в 10-20 сек, число серий 2-3. Если в диск был предварительно введен газ или газ, растворенный в жидкости, то облучение прекращается при измельчении газовых пузырьков до размеров, по крайней мере, 10 мкм по показаниям акустического датчика или ОКТ. При отсутствии газа воздействие прекращается при повышении температуры в области приложения воздействия до примерно 50°C. Температура может определяться, например, по показаниям радиационного или акустического термометра.
Предварительная диагностика, выбор текучей среды и измерение динамики давления определяют первоначальный выбор частоты и длительности импульса.
Эти параметры могут быть откорректированы в процессе лазерного воздействия на основании показаний контрольной системы, которые также используются для выбора других параметров, таких как число серий облучения, общее время облучения.
Если ткань мало обезвожена, то вводится газ.
Если ткань сильно обезвожена, то вводится газ, растворенный в жидкости.
Если наблюдается значительное разрушение диска, то вводятся стволовые клетки.
Разные клинические случаи требуют применения разных режимов воздействия, а также выбора разных областей приложения воздействия: середина пульпозного ядра и/или граница гиалиновой пластины и фиброзного кольца.
Отсутствие ткани: дефект фиброзного кольца, «вакуум-эффект», полное разрушение диска - облучается граница поврежденной ткани, и после этого вводятся стволовые клетки.
Завершение процедуры
После завершения процедуры ЛРД на последнем из намеченных дисков волоконно-оптический катетер извлекается из иглы, и игла удаляется из тела пациента.
Кожа вокруг места прокола обрабатывается йодом и спиртом, накладывается стерильная повязка, пациента доставляют в палату.
Система реконструкции хрящевой ткани
На Фиг.4 показана иллюстративная блок-схема системы, позволяющей выполнять процедуру ЛРД. В состав системы входят следующие компоненты:
- источник внешнего воздействия, например, источник акустического и/или оптического излучения,
- специализированный инструмент, предназначенный для формирования одного или нескольких каналов доступа к одной нескольким областям приложения воздействия, введения текучей среды и введения источника ЭМ-излучения (например, световода или оптоволоконного катетера),
- узел подачи и дозирования текучей среды (например, газа или жидкости, содержащих специальные вещества) в область приложения воздействия через специализированный инструмент,
- диагностическое оборудование, например оптический когерентный томограф (ОКТ), рентгенохирургический аппарат с полипозиционным С-образным штативом, акустический томограф. Диагностическое оборудование предназначено для контроля положения специализированного инструмента при его введении в подвергаемую терапии хрящевую ткань, например, межпозвонковый диск,
- контрольно-измерительная система, выполненная с возможностью непрерывного или периодического измерения, по меньшей мере, одного параметра при помощи соответствующего датчика. Предпочтительно, в состав контрольно-измерительной системы также входит электронный блок и компьютерная система сбора, обработки, хранения и визуализации данных.
Специализированный инструмент содержит:
- тонкостенный полый цилиндр (иглу) с заданным профилем поперечного сечения (например, в виде круга или эллипса),
- стрежень (манерен), который может контролируемо перемещаться внутри полого цилиндра и одновременно совершать колебательные движения с заданной частотой,
-
оптоволоконный катетер, выполненный с возможностью оптического соединения с внешним источником ЭМ-излучения и предназначенный для доставки ЭМ-излучения в область приложения воздействия. Обычно оптоволоконный катетер вводят в область приложения воздействия через канал доступа, сформированный при помощи тонкостенного цилиндра (иглы).
Система обеспечивает эффективность и безопасность (контролируемость) воздействия, в частности:
- правильное позиционирование световода внутри диска и относительно поврежденных областей (в частности, доставку излучения в заданную область, например, на границу поврежденной и здоровой областей),
- введение дополнительных веществ в зону воздействия,
- комбинированный характер двух или более типов воздействия: термического, оптического, механического, акустического или химического,
поддержание заданных параметров (размеров микропузырьков, размеров микропор, амплитуды и частоты механических колебаний, градиентов давления и температуры) в определенных диапазонах,
контроль состояния нервных окончаний в пульпозном ядре или на внутренней поверхности фиброзного кольца больного межпозвоночного диска.
ПРИМЕРЫ
Пример 1. ЛРД при незначительной дегидратации диска
5
1
Больной 32 лет с поясничным болевым дискогенным синдромом - появление боли в области поясницы с иррадиацией в крестец и ягодичную область при изменении положения тела (подъем из положения лежа и сидя), при приложении нагрузки боли исчезают, неврологическая симптоматика отсутствует. На МРТ наблюдается затемнение в области диска L-S и снижение высоты этого диска.
Перед операцией ЛРД проводилась компьютерная дискография (КТД). При этом введено 1,5 мл раствора омнипакса с одновременным измерением давления. Давление в диске оказалось ниже нормы. Компьютерная дискография сопровождалась провокацией боли в поясничной области и показала отсутствие разрыва фиброзного кольца. По данным МРТ и КТД выбраны параметры воздействия (облучения).
5
1
После местной анестезии мягких тканей проведена чрескожная пункция диска L-Sиглой с мандреном. Конец иглы располагается в центральной области пульпозного ядра с небольшим (на 3-5 мм) смещением от центра диска в сторону, противоположную точке введения. Процедура проводится с использованием рентгенохирургического аппарата с полипозиционным С-образным штативом для контроля положения иглы, что обеспечивает безопасность введения иглы и правильность ее положения.
Вынимается мандрен, и в иглу вводится и фиксируется в ней оптический катетер так, что его конец выступает из иглы на 0,5-1 мм. Вводится "оптический наконечник". Он изготовлен так, что будет выступать из пункционной иглы требуемым образом.
Произведено облучение с параметрами 2-й группы.
Длина волны излучения 1,56 мкм. Число серий облучения - 4, суммарная длительность воздействия - 60 сек.
После завершения облучения данной зоны лазерное излучение выключали, и иглу перемещали в другую зону (на 10-12 мм в сторону, противоположную направлению введения). После этого производили облучение с параметрами, приведенными выше.
После завершения облучения данной зоны лазерное излучение выключалось, и игла перемещалась в другую зону (продвигалась в сторону, противоположную направлению введения, так, что ее конец располагался в пульпозном ядре в 1-2 мм от внутренней границы фиброзного кольца). После этого производилось облучение с параметрами 1-й группы. Длина волны излучения 1,56 мкм. Число серий облучения - 2, суммарная длительность воздействия - 90 сек.
На следующий день после лазерной процедуры отмечалось некоторое уменьшение болевого дискогенного синдрома. Неприятные ощущения в области прокола иглой прошли на четвертый день. Боли в области поясницы существенно уменьшились. Больной приступил к работе.
Через месяц после ЛРД частота болей в спине снизилась на 50%, а через три месяца - на 70%. Обследование через 6 месяцев показало полное исчезновение болевого синдрома, на МРТ видно появление новой ткани в зонах облучения диска. Больной приступил к занятиям спортом.
Пример 2. ЛРД. Значительная дегидратация диска. Наличие протрузий.
3
4
4
5
Больной 45 лет, болевой дискогенный синдром в области дисков L-L, L-L. Постоянные ноющие боли в поясничном отделе позвоночника, отдающие в ягодичную область и правое бедро по задней и латеральной поверхности. Периодически (два-три раза в месяц) боли усиливаются при нагрузках (спорт, длительная ходьба) и обостряются при длительном сидении. Болевой синдром беспокоит более трех лет, консервативная терапия помогает на все более короткий срок, и ее эффективность снижается со временем.
3
4
4
5
5
1
3
4
4
5
3
4
4
5
Перед лазерной процедурой (за сутки) провели обследование МРТ и КТД. МРТ показала изменения в дисках L-L, L-L и L-S в виде дегидратации (темный диск), снижения высоты дисков L-L, L-L и наличие протрузий этих дисков с сужением фораминальных отверстий больше справа без выраженной невральной компрессии. На уровне L-L протрузия довольно равномерная, 3 мм, на уровне L- L- 5 мм с преимущественной локализацией справа.
3
4
Дискография диска L-L. Введено 2,5 мл раствора контрастного вещества (омнипакса), давление в диске снижено, провокация болевого синдрома. КТ показала целостность фиброзного кольца.
4
5
3
4
Дискография диска L-L. Введено 5 мл раствора контраста при небольшом избыточном давлении, которое уменьшается быстро (через несколько минут). КТ показывает дефекты фиброзного кольца в области максимальной протрузии (справа). Наблюдалось течение раствора контрастного вещества. При введении раствора отмечалось усиление боли с иррадиацией в правую ногу, но оно было менее выраженным, чем для диска L-L.
5
1
Дискография диска L-S, введено 2 мл раствора контрастного вещества, давление в диске понижено. При введении отмечались нехарактерные боли в области спины. КТ показала отсутствие разрывов фиброзного кольца.
ЛРД трех дисков паравертебрально справа, с разными режимами облучения.
3
4
L-L: После пункции диска через иглу введено небольшое количество жидкости и газа (воздуха). После нормализации давления в диске произведено его облучение в четырех зонах с параметрами, определенными при исследовании механического напряжения в тканях диска. В данном случае параметры воздействия относились ко 2-й группе. Число серий облучения - 4, суммарная длительность воздействия - 60 сек.
В начале процедуры болевая реакция отсутствует, в середине процедуры - появление ощущений тяжести и распирания диска, в конце процедуры отмечалось появление слабой болевой реакции. При этом лазерное воздействие отключалось.
4
5
Диск L-L. После пункции диска введено 2 мл жидкости (физиологического раствора). Время нормализации давления в диске составляло две минуты. После нормализации давления произведено облучение диска в 6 зонах с параметрами 2-й группы режимов. Общая длительность облучения каждой зоны - 90 сек. В процессе облучения болевые ощущения были выражены больше в зоне протрузии (справа). При появлении болевых ощущений облучение не прекращалось, а продолжалось, но с большими перерывами между сериями импульсов.
5
1
Пункция диска L-S сопровождалась введением небольшого пузырька воздуха, после чего проводилось облучение диска в трех зонах с параметрами 1-й группы режимов. Общая длительность облучения каждой зоны - 60 сек.
В конце лечения отмечалось появление тяжести в поясничной области, после чего облучение прекращалось.
Сразу после проведения процедуры отмечалось снижение болевого синдрома в покое и урежение приступов боли при нагрузке в последующие дни. Через месяц после ЛРД процедуры отмечалось заметное уменьшение болей в области правого бедра и ягодиц, а также значительное (на 70%) уменьшение болей в области поясницы. Через три месяца наблюдалось исчезновение иррадиационных болей, а боли в области поясницы возникали только при значительных физических нагрузках. Через 6 месяцев после ЛРД - полное исчезновение болевого синдрома. Пациент стал заниматься спортом, отмечается полное восстановление качества жизни. Обследование через год после ЛРД показало стабильность положительного эффекта, отсутствие рецидивов болей. МРТ показало исчезновение протрузий и образование новой ткани в зонах облучения.
Пример 3. Экструзия диска. Разрыв фиброзного кольца, отсутствует разрыв продольной связки. Миофасциальные узлы.
Больная 48 лет, боли в области шеи, надплечий и спины в течение 5 лет, последние два года присоединились боли в руках, появилось чувство онемения в пальцах рук, особенно по ночам. Около полутора лет беспокоят головные боли, головокружение, связанное с поворотом головы. Больная не работает более года. Около шести месяцев беспокоит скованность в ногах по утрам.
3
4
4
5
5
6
6
7
6
7
4
5
5
6
3
4
4
5
5
6
3
4
4
5
5
6
6
7
При осмотре: выраженный рисунок мышцы шеи, болезненность при пальпации. Мышечная контрактура в области лопаток и надплечий с выраженными мио-фасциальными узлами, резко болезненные при пальпации. Неврологически - значительное повышение рефлексов на ногах с патологическими стопными знаками, оживление рефлексов рук. На рентгенограммах шейного отдела позвоночника снижение высоты дисков C-C, C-C, C-C и C-C с деформацией тел C-Cи появлением остеофитов в этой зоне. При функциональной спондиолографии выявлена выраженная нестабильность в области сегментов позвонков C-C, C-C. МРТ показало множественные протрузии дисков C-C, C-C, C-C с деформацией позвоночного канала, наличие компрессионного дурального мешка. Размеры позвоночного канала в узком месте 11,5 мм. Размеры протрузий 2 мм для диска C-C, 3 мм для диска C-C, и 5 мм для диска C -C. В области диска C-Cнаблюдается формирование остеофитов и фиброза диска, умеренная деформация дурального мешка без невральной компрессии.
5
6
В проекции диска C-C задняя компрессия дурального мешка межостистой и желтой связкой.
3
4
4
5
При КТ дискографии C-Cвведено 1 мл раствора, давление в диске снижено. При введении отмечалось появление болевой реакции в шее, руках и головной боли. КТ показала отсутствие разрыва фиброзного кольца. Для диска C-Cдавление в диске практически отсутствует, введено 2 мл раствора, что вызвало провокацию боли в области надплечий и спине, а также головной боли. КТ показала разрыв фиброзного кольца в зоне позвоночного канала с распространением контрастного вещества под продольную связку.
5
6
5
Для диска C-C давление отсутствует, введено 2,5 мл раствора контрастного вещества (омнипакса), что вызвало провокацию болевого синдрома в надплечиях, спине, шее (но менее выраженного, чем для диска C-C). КТ показала полный разрыв фиброзного кольца с поступлением контрастного вещества в придуральное пространство и по ходу корешков.
6
7
Для диска C-Cввести иглу не удалось из-за наличия плотного переднего остеофита, закрывающего фиброзное кольцо.
На следующий день после исследования произведено лазерное лечение с различными параметрами воздействия.
3
4
Диск C-C: введен газ через иглу, проведено облучение в трех зонах, с параметрами 1-й группы режимов. Общая длительность облучения каждой зоны - 120 сек.
4
5
Диск C-C: введение через иглу газового пузырька, а затем 1 мл жидкости (физиологичского раствора), облучение четырех зон с параметрами 2-й группы режимов. Общая длительность облучения каждой зоны - 90 сек.
5
6
.
Диск C-C: введение через иглу пузырька воздуха, а затем 2 мл жидкости Облучение в 4-х зонах с параметрами 1-й группы режимов. Общая длительность облучения каждой зоны - 80 сек.
Через два дня после проведения ЛРД произведено лазерное воздействие на миофасциальные узлы. Под местной анестезией кожи над узлом в него вводится игла, проводится местная анестезия узла, и в иглу вводится световод, подводится лазерное излучение с параметрами 1-й группы режимов, но при меньшей мощности излучения (соответствующей 3-й группе режимов). Общая длительность облучения - 120 сек (или параметры акустического воздействия). При этом в процессе воздействия проводится измерение акустического сигнала с помощью чувствительного микрофона, установленного на коже пациента вблизи области введения иглы. Измерялся акустический спектр звукового сигнала. При определенном изменении спектра, характерном для образования микропузырьков, воздействие (излучение) выключалось.
Производится облучение 4 узлов в области надплечий и 6 узлов в области лопаток.
Сразу после ЛРД процедуры отмечалось исчезновение головной боли и снижение интенсивности болей в области шеи, уменьшение скованности в руках. После лазерного лечения миофасциальных узлов наблюдалось значительное уменьшение болей в области спины и надплечий. Через месяц - сохранение положительной динамики уменьшения болевых ощущений, уменьшилось онемение пальцев, но остались головокружения, скованность в руках и ногах. Через шесть месяцев значительное (до 85%) уменьшение болевых ощущений, исчезновение головокружений, почти полная нормализация рефлексов ног (остается некоторое их оживление), исчезновение скованности в ногах.
3
4
4
5
5
6
Через год отмечается стабильность хорошего самочувствия, восстановилась нормальная жизнь больной, она вернулась к работе. Обследование с помощью МРТ показало появление новой ткани в зонах лазерного воздействия, исчезновение протрузий в области дисков C-C, C-C и уменьшение протрузий в области диска C-C до 2мм, увеличение диаметра позвоночного канала до 13 мм. Функциональная рентгенография показала исчезновение признаков нестабильности позвоночника.
Пример 4. Значительное разрушение диска, в том числе гиалиновых пластин («вакуум-эффект»)
Больная 32 лет, появились острые боли в левой ноге на фоне хронического болевого процесса в пояснице, который продолжается около года, когда после физической нагрузки возникли умеренные боли в пояснице без иррадиации в ногу. После проведения консервативного лечения болевой синдром исчез, но через три месяца вновь появилась боль, связанная с изменением положения тела. Болям в ноге предшествовало люмбаго.
5
5
5
1
4
5
5
1
4
5
5
1
4
5
5
1
4
5
5
При обследовании неврологии имеются признаки компрессии позвонка Lслева (положительный симптом натяжения, снижение ахиллова рефлекса слева, зона гипостезии в области иннервации позвонка L слева). При рентгенографии обнаружено снижение высоты дисков L-Sи L-L. При рентгенографии с функциональными пробами обнаружены явления нестабильности в области позвонков L-Sи L- L. На МРТ видно повреждение дисков L-Sи L-L. При этом диск L-Sдегидратирован, имеется циркулярная протрузия размерами 4 мм, суживающая диаметр позвоночного канала до 12 мм и несколько сжимающая дуральный мешок. В диске L-L имеется разрыв фиброзного кольца с большой грыжей (экструзией) диска, располагающейся парамедиально слева и вызывающей компрессию левого корешка L.
Произведена операция в несколько этапов.
4
5
1 этап: Под наркозом выполнена эндоскопическая пункция диска L-L. Установлено, что позитивное давление в диске отсутствует. Произведено удаление грыжи и секвестров диска. В диск введено 2 мл физиологического раствора, при этом давление в диске не увеличилось. Через эндоскоп в диск введен световод и проведена ЛРД в четырех зонах. Произведено облучение с параметрами 3-й группы. Число серий облучения - 4, суммарная длительность воздействия - 180 сек.
5
1
1
5
1
2 этап: Произведен паравертебральный надрез в проекции диска L-Sдлиной 3 см. После удаления желтой связки слева, мобилизации дурального мешка и корешка S, удален секвестр диска L-S размерами 2×1,5×1,5 см. После удаления секвестра, располагающегося в эпидуральном пространстве, обнаружен дефект продольной связки и фиброзного кольца. В полость диска введена игла и под давлением промыта физиологическим растворм(причем использовалась система смешивания жидкости). Удалено еще несколько свободных секвестров диска. При ревизии в полости диска обнаружен дефект пульпозного ядра без свободных секвестров. Через иглу, введенную в полость диска, введен «оптический наконечник», и произведена процедура ЛРД в 5 зонах с параметрами 2-й группы. Число серий облучения - 4, суммарная длительность воздействия - 90 сек.
После удаления иглы твердая мозговая оболочка и корешок укрыты эпидуральной клетчаткой, и рана послойно ушита наглухо.
Сразу после операции боли в ноге исчезли. После реабилитации в течение 10 дней исчезли боли в пояснице. Щадящий режим сохранялся в течение 1 месяца (ношение корсета, ограничение физической нагрузки).
5
1
4
5
При обследовании через три месяца отмечалось отсутствие болевого синдрома. Ограничение физической нагрузки сохранялось. Через 6 месяцев - пациент живет без болей, полностью восстановленное качество жизни. Рентгенография с функциональными пробами показала значительное уменьшение нестабильности позвоночника L-Sи L-L.
На МРТ видно уменьшение объема протрузии диска, отсутствие рецидива грыжи диска.
Через 2,5 года сохранение хорошего состояния, отсутствие рецидивов и признаков нестабильности позвоночника.
Пример 5. ЛРД: лечение позвоночных связок и суставов. Вакуум-эффект. Дефект гиалиновой пластины.
Больной 60 лет с хроническим болевым синдромом спине, болен более 10 лет, регулярные приступы болей в спине. Обострения продолжаются до нескольких месяцев. Консервативное лечение в большинстве случаев было успешным. Последние 5 лет регулярно (ежегодно) проводилось санаторно-курортное лечение. Последний год - резкое усиление боли в ногах, появился синдром нейрогенной перемежающейся хромоты.
3
4
4
5
5
1
3
4
3
4
4
5
МРТ - картина старого спондилоартроза поясничного отдела позвоночника с формированием стеноза позвоночного канала на уровне L-L, L-L и L-S. Основной причиной стеноза на уровне L-L является протрузия диска L-L и гипертрофия желтых связок с двух сторон. Размер позвоночного канала 8 мм. На уровне L-L основной стеноз связан с грубой компрессией дурального мешка, центральной грыжей диска размерами 8 мм, и гипертрофированными суставом и гладкой связкой. Размер позвоночного ствола 5 мм.
КТ выявила на этом уровне «вакуум-эффект».
5
1
На уровне L-S стеноз позвоночного канала за счет циркулярной протрузии диска с явлениями ретролистеза и грубой гипертрофией желтой связки на этом уровне. Суставы с явлениями гиперплазии и гипертрофии. Размер позвоночного столба на этом уровне 9 мм.
Произведена под наркозом операция в несколько этапов.
3
4
4
5
5
1
Микродискокомпрессия на уровне L-L, L-L и L-S. При том на всех уровнях устранено сдавление дурального мешка и корешков желтой связкой и гипертрофированными отделами фасеточных суставов.
Затем произведены манипуляции на дисках и суставах позвонков.
3
4
3
Диск L-L: пункция диска, давление в диске отсутствует. При дискографии обнаружен разрыв фиброзного кольца в зоне латеральных отделов диска слева и попадание контрастного вещества паравертебрально. В полость диска ввели 0,5 см геля на основе хондроитин сульфата. После этого в диск (через ту же иглу) вводят световод и проводится облучение в 5 зонах с параметрами 3-й группы. Время облучения одной зоны определяется автоматически с помощью контрольной системы, которая выключает излучение через 1 секунду после возникновения турбулентных потоков в зоне воздействия. Возникновения турбулентных потоков фиксируются с помощью анализа динамики спекловой картины. Мощность излучения устанавливается в начале 0,7 Вт, а затем изменяется автоматически с помощью контрольной системы с обратной связью, которая включает измерении температуры, таким образом, чтобы температура в зоне воздействия поддерживалась при 45°С с точностью +/- 0,5°С.
4
5
3
Диск L-L: удаление свободного секвестра (объемом 2 см) из-под продольной связки.
5
Полость диска промыта раствором NaCl (0,5%). При ревизии с помощью эндоскопа обнаружен большой дефект гиалиновой пластины в центральной зоне тела позвонка L и разрушенное фиброзное кольцо на всем протяжении диска. Проведено лазерное облучение диска в 6 зонах.
Параметры 1-й группы режимов. Время облучения одной зоны определяется автоматически с помощью контрольной системы, которая выключает излучение после возникновения микропор (микроканалов) в зоне воздействия. Возникновения микропор фиксируются с помощью оптического когерентного томографа.
После этого в полость диска введена суспензия биологической ткани (стволовые клетки, взятые у этого же больного при стернальной пункции.
5
1
3
4
4
5
5
1
(
)
Диск L-S: после удаления фрагментов фиброзного кольца с двух сторон и формирования ложа в полость диска введены кейджи B-Twin. После этого произведена процедура ЛРД оставшихся элементов диска с двух сторон: в трех зонах справа и в трех зонах слева. Фасеточные суставы дисков L-L, L-L и L-S последовательно после пункции и введения газа (воздух?) также подвергнуты лазерному облучению с параметрами 2-й группы режимов. Время облучения одной зоны определяется автоматически с помощью контрольной системы, которая выключает излучение через 2 секунды после образования микропузурьков в зоне воздействия. Образование микропузырьков фиксируется с помощью акустического датчика. Мощность излучения устанавливается в начале 1 Вт, а затем изменяется автоматически с помощью контрольной системы с обратной связью, которая включает измерении температуры, таким образом, чтобы температура в зоне воздействия поддерживалась при 42°С с точностью +/- 0,5°С.
3
4
4
5
В послеоперационном периоде отмечено значительное улучшение: исчезли боли в ногах при нагрузке, уменьшение болевого синдрома в поясничной области. Проводилось ограничение физической нагрузки и ношение корсета в течение 2,5 месяцев после ЛРД. За этот период обострений болей не было. Обследование через 6 месяцев и через год показали отсутствие признаков (спондилоартроза в зоне операции), появление новой ткани в области дисков L-L, L-L (МРТ), суставы без признаков гипертрофии и разрушения.
Пример 6. Лечение коленного сустава
Больная 58 лет, боль в области коленного сустава беспокоит около 5 лет. Последние 1,5 года - периоды длительного обострения. На рентгенограмме - явления деформирующего артроза коленного сустава.
Операция
Артроскопия коленного сустава, введен достаточный объем физиологического раствора.
5
Обнаружены изменения в области гиалиновых пластин, которые истончены с патологической «бахромой». Осуществлен канал оттока жидкости из коленного сустава. Подведен оптический световод через эндоскоп. Произведено лазерное облучение покрытых бахромой поверхностей со следующими параметрами: длина волны излучения 2,09 мкм, средняя мощность излучения Вт, длительность импульса 500 мкс, частота следования импульсов 10 Гц, длительность серии облучения 10 с, перерыв между сериями облучения 10 с, общее время облучения 2 минуты. Во время облучения осуществлялся поток жидкости (физиологического раствора) через область коленного сустава. Сглаживание бахромы контролировалось с помощью эндоскопа.
о
На следующем этапе операции удален световод и введен источник токов высокой частоты, произведено воздействие на поверхности сустава и хрящевой пластины со следующими параметрами: частота 2 МГц, длительность серии воздействия 5 с, промежуток между сериями 5 с, мощность излучения регулировалась с помощью контрольной системы с обратной связью, основанной на измерении температуры в зоне воздействия. Температура в зоне воздействия достигала 45°С и поддерживалась при этом значении с точностью +/- 1С в течение 50 секунд для каждой области воздействия. При этом в процессе воздействия через область гиалиновых пластин и вдоль поверхности сустава осуществлялся поток жидкости (физиологического раствора). Всего было обработано 4 зоны.
Через две недели после лечения отмечалось значительное уменьшение боли при ходьбе. Боли полностью прекратились через три месяца.