eng
Выпуск #4/2012
В.Минаев
Лазерная реваскуляризация миокарда: так ли нужен удар по сердцу?
Лазерная реваскуляризация миокарда: так ли нужен удар по сердцу?
Просмотры: 2404
При всех достоинствах лазерной реваскуляризации миокарда надо понимать, что перфорация мощным импульсным излучением означает «удар» по сердцу, который способен вызвать наведенную аритмию. Это накладывает условие обязательной синхронизации импульсов излучения с ритмами сердца. Насколько необходимо именно импульсное воздействие на сердце? В статье обсуждаются возможные варианты аппаратной реализации этого метода и возможные пути его дальнейшего развития.
Теги: cardiosurgery medicine laser methods myocardial rupture кардиохирургия лазерные методы в медицине перфорация миокарда
Заболевания сердца лидируют среди причин смертности населения. Академик Л.А.Бокерия приводил (20.06.2009) статистические результаты, согласно которым из ста наступивших смертей причиной тридцати шести стала ишемическая болезнь сердца. Кровоснабжение участков сердечной мышцы – миокарда при этом заболевании нарушается (вплоть до прекращения) из-за закупорки сосудов холестерином, и это ведет к их отмиранию. Поэтому интерес ко всем методам лечения этого распространенного недуга понятен. Идея трансмиокардиальной лазерной реваскуляризации (ТМЛР) поражает своей логичностью и дерзновенностью. В основе метода – создание каналов в ишемизированных областях миокарда путем лазерной перфорации, благодаря чему кровообращение в них поддается восстановлению. Однако, одной из важнейших проблем при реализации этого метода становится выбор лазера, способного осуществить перфорацию. К сожалению, появившиеся в последнее время работы [1,2] не рассматривают возможность использования для этих целей современных полупроводниковых и волоконных лазеров. Настоящая публикация призвана восполнить в какой-то мере этот пробел.
Специалистам понятно, что характер воздействия лазерного излучения на мягкие ткани в немалой степени зависит от коэффициента поглощения лазерного излучения различными компонентами биологических тканей. Зависимости их поглощения от длины волны лазерного излучения приведены на рис.1. При этом оцифрованными стрелками вверху рисунка обозначены лазерные источники, излучающие в соответствующих диапазонах: 1 – АИГ:Nd+КТР ( λ = 0,53 мкм); 2 – лазеры на красителях, λ = 0,55 – 0,59 мкм; 3 – импульсная лампа; 4 и 5 – диодные лазеры ( λ = 0,81 мкм и λ = 0,94 – 0,97 мкм); 6 – АИГ:Nd и лазеры на Yb-активированном волокне, λ = 1,06 мкм; 7 – АИГ:Nd, λ = 1,32 мкм; 8 – лазеры на Er-активированном волокне, λ = 1,56 мкм, 9 – лазеры на Tm-активированном волокне. Стрелкой справа указан уровень для CО2-лазера ( λ = 10,6 мкм).
Наибольшее распространение в применении ТМЛР-аппаратов имеют мощные импульсные СО2-лазеры. Именно ТМЛР, использующие углекислотный лазер, были допущены к клиническим применениям и американской FDA, и Росздравнадзором. Особенности использования таких лазеров подробно описаны в [2]. При всех достоинствах этих лазеров надо понимать, что перфорация мощным импульсным излучением означает "удар" по сердцу, который способен вызвать наведенную аритмию. Для исключения вероятности возникновения столь нежелательного эффекта приходится аппаратно обеспечивать ЭКГ-синхронизацию, а это усложняет конструкцию установки. Кроме того, определенные неудобства возникают из-за невозможности использовать в конструкции аппарата гибкие волоконные световоды.
Неудивительно, что поиски альтернативы аппаратам на углекислотных лазерах пока не прекращены. Известны попытки использовать импульсные эксимерные лазеры и лазеры на АИГ:Но, но составить конкуренцию СО2-лазерам они не в состоянии [2].
В результате совместной работы специалисты Института общей физики им.А.М. Прохорова (ИОФ РАН), Научного центра сердечно-сосудистой хирургии им.А.Н.Бакулева (НЦССХ) и ООО "Плазмоника" предложили использовать для реваскуляризации миокарда лазерное излучение с длиной волны λ = 1,44 мкм. Они разработали опытный образец импульсного лазерного аппарата на основе АИГ:Nd-лазера с ламповой накачкой [1]. Такая длина волны совпадает с локальным максимумом поглощения воды. В аппарате также предусмотрена ЭКГ-синхронизация с ритмами сердца.
Вместе с тем, уже с начала текущего столетия был поставлен правомерный вопрос: "насколько необходимым является именно импульсное воздействие на сердце, несущее с собой обязательное ударное воздействие на сердце, способное вызвать фатальную наведенную аритмию?". В России первыми врачами, опробовавшими реваскуляризацию с помощью аппаратов с непрерывным излучением от АИГ:Nd-лазеров ( λ = 1,06 мкм) и от диодных лазеров ( λ = 0,81 мкм), стали хирурги из Челябинского государственного института лазерной хирургии [3]. В период с 1995 по 1999 год они выполнили трансмиокардиальную реваскуляризацию (ТМР) 84 пациентам, причем 63 пациентам была выполнена изолированная ТМР, 15 пациентам одновременно проведена аневризмэктомия левого желудочка, а шести – проведены сочетанные операции ТМЛР и аортокоронарного шунтирования (АКШ). Собственно перфорация миокарда проведилась контактно, концом световода. Ударное воздействие на сердце при этом отсутствовало, что позволяло исключить из метода необходимость синхронизации с ритмами сердца.
Важно отметить, что послеоперационной летальности в группе "чистых" ТМЛР к настоящему моменту не было. Не вдаваясь в медицинские детали, заметим, что результаты исследований показали достоверное улучшение перфузии миокарда и клинического состояния после оперативного вмешательства в сроки до 3 лет.
Заметим, что использованное в этих исследованиях излучение на выбранных длинах волн заведомо не является оптимальным из-за глубокого проникновения в мягкие ткани. Более перспективной представлялось использование излучения полупроводниковых лазерных аппаратов с длиной волны λ = 0,97 мкм, которая также совпадает с локальным максимумом поглощения лазерного излучения в воде и гемоглобине (хотя и менее интенсивным, чем на λ = 1,44 мкм). Исследование ТМЛР с использованием лазерного аппарата "Лазон-10П" были начаты в НИИ кардиологии ТНЦ СО РАМН, где после проведения доклинических исследований на собаках [4] начались клинические исследования, их результаты в конечном итоге вошли в монографию [5].
На рис. 2. из материалов доклада [4] показан момент контактной перфорации миокарда лазерным излучением λ = 0,97 мкм. На рис.3 представлены результаты реваскуляризации миокарда из экспериментов, проводимых на животных, с использованием излучения λ = 0,97 мкм и максимальной мощности Р = 10 Вт. На фотографиях гистологических срезов миокарда виден лазерный канал сразу после операции (рис.3а) и через месяц (рис.3б). Первая фотография показывает минимальные термические повреждения прилегающей к каналу мышечной ткани. На второй фотографии видно, что канал зарос соединительной тканью с проросшими в миокард сосудами, которые улучшают кровоснабжение сердца.
В дальнейшем аналогичные работы были выполнены в НЦССХ им. А.Н.Бакулева с использованием полупроводникового лазерного аппарата ЛС-0,97-"ИРЭ-Полюс" (позднее Комитет по новой медицинской технике принял решение переименовать его на ЛСП-"ИРЭ-Полюс"). Использовали аппарат с длиной волны λ = 0,97 мкм для ТМЛР и в Челябинском НИИ лазерной хирургии.
В Новосибирском НИИ патологии кровообращения им. Е.Н.Мешалкина проводили исследования по ТЛРМ с помощью аппарата, принадлежащего тому же семейству ЛСП-"ИРЭ-Полюс", с лазером на Er-активированном волокне, работающим на длине волны λ = 1,56 мкм и максимальной использованной мощностью излучения Р = 8 Вт. Выбор этой длины волны определен ее расположением рядом с еще одним локальным максимумом поглощения биоткани. Эта группа исследователей на февраль 2005 года выполнила 116 процедур ТМЛР. При этом отработана методика, при которой поверхность каналов, образованных в результате ТМЛР, эндотелизировались по типу сосудов. На рис.4 [6] представлены результаты такого воздействия. Итоги проведенных в НИИПК им. Е.Н.Мешалкина работ по ТМЛР обобщены в монографии [7].
Но возможности современных аппаратов не ограничиваются использованием выбранных длин волн излучения полупроводниковых и волоконных лазеров. В частности, для ТМЛР-аппаратов открываются перспективы работы с Tm-активированным волокном с длиной волны, соответствующей еще более интенсивному локальному максимуму поглощения воды, – на λ = 1,9 мкм. В этом случае величина глубины проникновения излучения приближается к глубине проникновения излучения СО2-лазера. Вместе с тем, это излучение хорошо передается по световодам с сердцевиной из осушенного кварца, то есть его легко приспособить для перфорации миокарда контактным методом.
В настоящее время операции ТМЛР выполняются на открытом сердце. Но если в таких операциях можно будет подавать лазерное излучение по световоду, это создаст предпосылки для проведения подобных операций менее инвазивными методами – транслюминально, то есть вводом световода внутрь сердца по артерии. Аргументом, говорящим в пользу разработки такой технологии, стало создание трехмерных систем навигации, позволяющих точно определить положение рабочего конца световода в теле человека. Схема проведения подобной операции представлена на рис. 5.
Факт снижения весогабаритных характеристик современных лазерных медицинских аппаратов на основе полупроводниковых лазеров обеспечивает им преимущества перед аппаратами на основе углекислотных лазеров. Практически на порядок более низкой оказывается и их стоимость.
Исходя из изложенного, весьма актуальным представляется проведение сравнительных исследований эффективности использования для ТМЛР лазерного излучения с различными длинами волн.
литература
Беришвили И.И. и др. Твердотельный лазер с оптоволоконным выводом излучения для трансмиокардиальной лазерной реваскуляризации. – Лазерная медицина, 2010, т.14, вып.4, с.21–27.
Панченко В.Н, Васильцов В.В., Ульянов В.В. Лазерный метод ТМЛР лечения ишемической болезни сердца. Фотоника, 2012, №1 с.14–19.
Евдокимов С.В., Евдокимов В.П., Лаппа А.В., Солодовников В.В. Применение АИГ:Nd- и диодного лазеров для трансмиокардиальной реваскуляризации миокарда. – Сборник научных работ Челябинского государственного института лазерной хирургии, вып.2, Челябинск, 1999, с.80–82.
Шипулин В.М., Андреев С.Л., Вечерский Ю.Ю. и др. Использование лазеров в сердечно-сосудистой хирургии: от эксперимента к практике. – Томск:SST, 2010.
Ларионов П.М., КараськовА.М. Применение лазерного скальпеля ЛС-1,56- "ИРЭ-Полюс" для непрямой лазерной реваскуляризации ишемизированного миокарда в эксперименте. – Труды VII сессии НЦССХ им. А.Н. Бакулева РАМН, 2003, с.207.
Чернявский А.М., Ларионов П.М., Караськов А.М. Направленный ангиоваскулогенез при хирургическом лечении ишемической болезни сердца/ ФГБУ "ННИИПК им. акад. Е.Н. Мешалкина" Минздравсоцразвития России/Отв. ред. И.И. Семенов. – Новосибирск: Дизайн науки, 2011.
R.Gaughan. Lasers Make a Comeback in Treating Heart Disease. – Biophotonics International, July/August, 2000, p.48–53.
Специалистам понятно, что характер воздействия лазерного излучения на мягкие ткани в немалой степени зависит от коэффициента поглощения лазерного излучения различными компонентами биологических тканей. Зависимости их поглощения от длины волны лазерного излучения приведены на рис.1. При этом оцифрованными стрелками вверху рисунка обозначены лазерные источники, излучающие в соответствующих диапазонах: 1 – АИГ:Nd+КТР ( λ = 0,53 мкм); 2 – лазеры на красителях, λ = 0,55 – 0,59 мкм; 3 – импульсная лампа; 4 и 5 – диодные лазеры ( λ = 0,81 мкм и λ = 0,94 – 0,97 мкм); 6 – АИГ:Nd и лазеры на Yb-активированном волокне, λ = 1,06 мкм; 7 – АИГ:Nd, λ = 1,32 мкм; 8 – лазеры на Er-активированном волокне, λ = 1,56 мкм, 9 – лазеры на Tm-активированном волокне. Стрелкой справа указан уровень для CО2-лазера ( λ = 10,6 мкм).
Наибольшее распространение в применении ТМЛР-аппаратов имеют мощные импульсные СО2-лазеры. Именно ТМЛР, использующие углекислотный лазер, были допущены к клиническим применениям и американской FDA, и Росздравнадзором. Особенности использования таких лазеров подробно описаны в [2]. При всех достоинствах этих лазеров надо понимать, что перфорация мощным импульсным излучением означает "удар" по сердцу, который способен вызвать наведенную аритмию. Для исключения вероятности возникновения столь нежелательного эффекта приходится аппаратно обеспечивать ЭКГ-синхронизацию, а это усложняет конструкцию установки. Кроме того, определенные неудобства возникают из-за невозможности использовать в конструкции аппарата гибкие волоконные световоды.
Неудивительно, что поиски альтернативы аппаратам на углекислотных лазерах пока не прекращены. Известны попытки использовать импульсные эксимерные лазеры и лазеры на АИГ:Но, но составить конкуренцию СО2-лазерам они не в состоянии [2].
В результате совместной работы специалисты Института общей физики им.А.М. Прохорова (ИОФ РАН), Научного центра сердечно-сосудистой хирургии им.А.Н.Бакулева (НЦССХ) и ООО "Плазмоника" предложили использовать для реваскуляризации миокарда лазерное излучение с длиной волны λ = 1,44 мкм. Они разработали опытный образец импульсного лазерного аппарата на основе АИГ:Nd-лазера с ламповой накачкой [1]. Такая длина волны совпадает с локальным максимумом поглощения воды. В аппарате также предусмотрена ЭКГ-синхронизация с ритмами сердца.
Вместе с тем, уже с начала текущего столетия был поставлен правомерный вопрос: "насколько необходимым является именно импульсное воздействие на сердце, несущее с собой обязательное ударное воздействие на сердце, способное вызвать фатальную наведенную аритмию?". В России первыми врачами, опробовавшими реваскуляризацию с помощью аппаратов с непрерывным излучением от АИГ:Nd-лазеров ( λ = 1,06 мкм) и от диодных лазеров ( λ = 0,81 мкм), стали хирурги из Челябинского государственного института лазерной хирургии [3]. В период с 1995 по 1999 год они выполнили трансмиокардиальную реваскуляризацию (ТМР) 84 пациентам, причем 63 пациентам была выполнена изолированная ТМР, 15 пациентам одновременно проведена аневризмэктомия левого желудочка, а шести – проведены сочетанные операции ТМЛР и аортокоронарного шунтирования (АКШ). Собственно перфорация миокарда проведилась контактно, концом световода. Ударное воздействие на сердце при этом отсутствовало, что позволяло исключить из метода необходимость синхронизации с ритмами сердца.
Важно отметить, что послеоперационной летальности в группе "чистых" ТМЛР к настоящему моменту не было. Не вдаваясь в медицинские детали, заметим, что результаты исследований показали достоверное улучшение перфузии миокарда и клинического состояния после оперативного вмешательства в сроки до 3 лет.
Заметим, что использованное в этих исследованиях излучение на выбранных длинах волн заведомо не является оптимальным из-за глубокого проникновения в мягкие ткани. Более перспективной представлялось использование излучения полупроводниковых лазерных аппаратов с длиной волны λ = 0,97 мкм, которая также совпадает с локальным максимумом поглощения лазерного излучения в воде и гемоглобине (хотя и менее интенсивным, чем на λ = 1,44 мкм). Исследование ТМЛР с использованием лазерного аппарата "Лазон-10П" были начаты в НИИ кардиологии ТНЦ СО РАМН, где после проведения доклинических исследований на собаках [4] начались клинические исследования, их результаты в конечном итоге вошли в монографию [5].
На рис. 2. из материалов доклада [4] показан момент контактной перфорации миокарда лазерным излучением λ = 0,97 мкм. На рис.3 представлены результаты реваскуляризации миокарда из экспериментов, проводимых на животных, с использованием излучения λ = 0,97 мкм и максимальной мощности Р = 10 Вт. На фотографиях гистологических срезов миокарда виден лазерный канал сразу после операции (рис.3а) и через месяц (рис.3б). Первая фотография показывает минимальные термические повреждения прилегающей к каналу мышечной ткани. На второй фотографии видно, что канал зарос соединительной тканью с проросшими в миокард сосудами, которые улучшают кровоснабжение сердца.
В дальнейшем аналогичные работы были выполнены в НЦССХ им. А.Н.Бакулева с использованием полупроводникового лазерного аппарата ЛС-0,97-"ИРЭ-Полюс" (позднее Комитет по новой медицинской технике принял решение переименовать его на ЛСП-"ИРЭ-Полюс"). Использовали аппарат с длиной волны λ = 0,97 мкм для ТМЛР и в Челябинском НИИ лазерной хирургии.
В Новосибирском НИИ патологии кровообращения им. Е.Н.Мешалкина проводили исследования по ТЛРМ с помощью аппарата, принадлежащего тому же семейству ЛСП-"ИРЭ-Полюс", с лазером на Er-активированном волокне, работающим на длине волны λ = 1,56 мкм и максимальной использованной мощностью излучения Р = 8 Вт. Выбор этой длины волны определен ее расположением рядом с еще одним локальным максимумом поглощения биоткани. Эта группа исследователей на февраль 2005 года выполнила 116 процедур ТМЛР. При этом отработана методика, при которой поверхность каналов, образованных в результате ТМЛР, эндотелизировались по типу сосудов. На рис.4 [6] представлены результаты такого воздействия. Итоги проведенных в НИИПК им. Е.Н.Мешалкина работ по ТМЛР обобщены в монографии [7].
Но возможности современных аппаратов не ограничиваются использованием выбранных длин волн излучения полупроводниковых и волоконных лазеров. В частности, для ТМЛР-аппаратов открываются перспективы работы с Tm-активированным волокном с длиной волны, соответствующей еще более интенсивному локальному максимуму поглощения воды, – на λ = 1,9 мкм. В этом случае величина глубины проникновения излучения приближается к глубине проникновения излучения СО2-лазера. Вместе с тем, это излучение хорошо передается по световодам с сердцевиной из осушенного кварца, то есть его легко приспособить для перфорации миокарда контактным методом.
В настоящее время операции ТМЛР выполняются на открытом сердце. Но если в таких операциях можно будет подавать лазерное излучение по световоду, это создаст предпосылки для проведения подобных операций менее инвазивными методами – транслюминально, то есть вводом световода внутрь сердца по артерии. Аргументом, говорящим в пользу разработки такой технологии, стало создание трехмерных систем навигации, позволяющих точно определить положение рабочего конца световода в теле человека. Схема проведения подобной операции представлена на рис. 5.
Факт снижения весогабаритных характеристик современных лазерных медицинских аппаратов на основе полупроводниковых лазеров обеспечивает им преимущества перед аппаратами на основе углекислотных лазеров. Практически на порядок более низкой оказывается и их стоимость.
Исходя из изложенного, весьма актуальным представляется проведение сравнительных исследований эффективности использования для ТМЛР лазерного излучения с различными длинами волн.
литература
Беришвили И.И. и др. Твердотельный лазер с оптоволоконным выводом излучения для трансмиокардиальной лазерной реваскуляризации. – Лазерная медицина, 2010, т.14, вып.4, с.21–27.
Панченко В.Н, Васильцов В.В., Ульянов В.В. Лазерный метод ТМЛР лечения ишемической болезни сердца. Фотоника, 2012, №1 с.14–19.
Евдокимов С.В., Евдокимов В.П., Лаппа А.В., Солодовников В.В. Применение АИГ:Nd- и диодного лазеров для трансмиокардиальной реваскуляризации миокарда. – Сборник научных работ Челябинского государственного института лазерной хирургии, вып.2, Челябинск, 1999, с.80–82.
Шипулин В.М., Андреев С.Л., Вечерский Ю.Ю. и др. Использование лазеров в сердечно-сосудистой хирургии: от эксперимента к практике. – Томск:SST, 2010.
Ларионов П.М., КараськовА.М. Применение лазерного скальпеля ЛС-1,56- "ИРЭ-Полюс" для непрямой лазерной реваскуляризации ишемизированного миокарда в эксперименте. – Труды VII сессии НЦССХ им. А.Н. Бакулева РАМН, 2003, с.207.
Чернявский А.М., Ларионов П.М., Караськов А.М. Направленный ангиоваскулогенез при хирургическом лечении ишемической болезни сердца/ ФГБУ "ННИИПК им. акад. Е.Н. Мешалкина" Минздравсоцразвития России/Отв. ред. И.И. Семенов. – Новосибирск: Дизайн науки, 2011.
R.Gaughan. Lasers Make a Comeback in Treating Heart Disease. – Biophotonics International, July/August, 2000, p.48–53.
Отзывы читателей
