Лазеры в урологии

Первоначально термин «лазер» относился только к оптическим, то есть световым явлениям. Сейчас разработаны устройства, позволяющие получить лазерный эффект в широком диапазоне излучения: от микроволнового до мягкого рентгеновского. Благодаря этому появилась возможность использовать этот физический принцип в медицине, включая урологию.

Способность излучаемого света взаимодействовать с тканями и вызывать таким образом определенные термические и иные эффекты позволяет использовать его источник для решения различных

задач, в том числе медицинского характера. Избирательность воздействия достигается путем подбора длины световой волны, соответствующей хромофору, который является частью поглощающей свет молекулы. В процессе поглощения электрон переходит из стабильного состояния в возбужденное. Биологические структуры частично поглощают световую энергию, и хромофор стимулирует трансформацию молекулы при возбуждении ее светом. Энергия, направленная в «зону интереса», вызывает значительное термическое повреждение или изменение ткани-мишени, оставляя при этом окружающее пространство относительно интактным.

Каждый из основных биологических хромофоров имеет свой собственный спектр поглощения. Изменяя длину волны (l) когерентного (согласованного во времени и пространстве) электромагнитного излучения, можно добиться преимущественного его поглощения разными средами или тканями организма. На графике (рис. 1) видно, какая доля энергии излучения необходима для реализации биологического эффекта при прохождении 1 мм среды для того или иного хромофора.

Таким образом, если целью является воздействие на ткань, содержащую пигмент — меланин и гемоглобин, но при этом нужно проходить через толщу прозрачной жидкости (например, в структуре глаза), то выбор будет за аргоновым лазером, так как он практически не взаимодействует с водой.

Лазер для уролога

Какого эффекта мы ожидаем от лазера в урологии? С одной стороны, в большинстве случаев у хирурга есть возможность подвести конец лазерного волокна максимально близко к зоне предполагаемого воздействия. В то же время структуры, на которые оно осуществляется, непрозрачны, и с увеличением глубины неконтролируемого прохождения излучения возрастает риск повреждения структур, которые не должны быть затронуты. Из этого очевидно, что специалистам необходим лазер, характеризующийся минимальной глубиной бесконтрольного проникновения в ткань.

Специфика эндоурологии состоит в том, что манипуляции приходится выполнять в жидкой среде. С этих позиций оказалось совершенно логичным использовать устройства с длиной волны, обеспечивающей максимальное поглощение водой. На графике (рис. 1) видно, что необходимые показатели начинаются от величины 2 мкм.

Рис. 1. Зависимость поглощения энергии электромагнитного излучения от длины волны при прохождении 1 мм биологической среды

На сегодняшний день наибольшую популярность получил гольмиевый лазер с l = 2,1 мкм, для которого собрана самая обширная доказательная база. За ним следует еще совсем ”молодой”, но активно набирающий сторонников тулиевый волоконный лазер (l = 1,94 мкм). Одновременно с этим неодимовые и доступные диодные аппараты стремительно теряют свои позиции. Приборы, основанные на действии углекислоты, не могут работать в водной среде, а в открытой и лапароскопической урологии они вообще не нашли широкого применения. Эрбиевые же лазеры ввиду ряда особенностей используются преимущественно косметологами и стоматологами.

Остановимся подробнее на актуальных лидерах мирового рейтинга урологических лазеров: гольмиевом и тулиевом. Механизм их взаимодействия с биообъектами может быть непосредственным либо опосредованным — через водную среду, разделяющую объект воздействия и конец оптоволокна. При непосредственном действии на мягкие ткани (в отношении камней реализуется исключительно опосредованный эффект) цитоплазма клеток мгновенно вскипает и испаряется, а ее стенка и остальные элементы просто сгорают, т. е. можно сказать, что клетки превращаются в пар и газ. Близлежащие структуры подвергаются коагуляционному некрозу; такой процесс называется абляцией. Абляционное воздействие требуется в случае необходимости рассечения тканей: резекции стенок почечной лоханки, мочеточника, мочевого пузыря; ликвидации стриктур мочевыводящих путей; инцизии предстательной железы.

Опосредованное воздействие происходит через эффект кавитации (лат. cavitas — пустота). Под влиянием лазерного импульса вода очень быстро нагревается, переходя из жидкой формы в газообразную. Пузырек пара стремительно расширяется с формированием тока жидкости в направлении от него, что по сути является миниатюрной взрывной волной (рис. 2).

Рис. 2. Опосредованное воздействие лазерного излучения

Наиболее активно кавитационный эффект лазерного излучения, наблюдаемый в работе с мягкими тканями, используется в процессе энуклеации гиперплазированной ткани простаты (рис. 3).

Рис. 3. Механизм кавитационного эффекта при лазерной энуклеации аденоматозной ткани предстательной железы

Эффект кавитации, создающий ударную волну достаточной силы для бесконтактного отделения аденомы от хирургической капсулы предстательной железы, в настоящее время достижим только при использовании гольмиевого лазера. Он обеспечивает очень высокую пиковую мощность единичного импульса — до 18 000 Вт, в то время как у самых современных тулиевых волоконных аппаратов она не превышает 500 Вт.

Опосредованное действие в лечении мочекаменной болезни также основывается на взрывном вскипании жидкости, но уже преимущественно находящейся между слоями кристаллической решетки конкремента. Стремительное расширение газа приводит к разрыву связей кристаллической решетки и ее разрушению. Изменяя размер кавитационных пузырьков путем вариации величины энергии импульса, можно увеличивать или уменьшать диаметр фрагментов камня. В зависимости от поставленных целей можно раздробить конкремент на несколько частей или превратить его практически в пыль.

До этого речь шла об уже существующих вмешательствах, проводившихся ранее с привлечением энергии иной физической природы (ультразвуковой, электрической и кинетической). Появление лазера открыло новые перспективы, привело к разработке принципиально новых методов лечения, которые невозможно применить без него. Так, дробление камней в верхних мочевыводящих путях с использованием гибкого уретероскопа и микроперкутанная нефролитотрипсия невыполнимы без потенциала, предоставляемого урологам тонким лазерным световодом.

Развитие технологий стремительным образом меняет ”золотые стандарты” лечения многих заболеваний. Лазерная методика на сегодняшний день является наиболее универсальной в эндоскопической урологии. Световая энергия далеко не полностью открыла нам свои возможности, и постоянный поиск наиболее подходящих параметров излучения, а также условий его применения постоянно продолжается.