Лекция для врачей "Эндовенозная лазерная облитерация. Фундаментальные основы" (отрывок из книги "Эндовенозная лазерная облитерация" - Мазайшвили К. В., Стойко Ю. М.)
Фундаментальные основы эндовенозной лазерной облитерации (ЭВЛО)
Свет, цвет и хромофоры
Центральное место в понимании механизмов поглощения тканями лазерного излучения занимает понятие хромофора. Хромофором называют имеющее окраску вещество. Ткани растений и животных содержат разнообразные хромофоры, каждый из которых в видимой области спектра поглощает излучение сугубо специфической длины волны. От этого свойства зависит цвет тканей, который мы воспринимаем. Без хромофоров ткани человека и животных бесцветны, а то и вовсе прозрачны. Примерами биологических хромофоров служат: меланин, гемоглобин, родопсин, флавины, порфирины, хлорофиллы, каротиноиды, флавоноиды и многие другие соединения.
Рис. 1.1. Синюшность кожи голени при илиофеморальном тромбозе. Кожа меняет свой цвет на белый при надавливании пальцем
Наглядный пример, демонстрирующий прозрачность биологических тканей — синюшный цвет кожи у пациента с острым илиофеморальным тромбозом, который исчезает при надавливании на кожу пальцем (рис. 1.1). Эпидермис незагоревшего человека европеоидной расы практически прозрачен, а синюшный цвет мы видим за счет цвета крови, содержащейся в расширенном венозном сплетении сосочкового слоя дермы. Стенки вен в этом сплетении тоже прозрачны, поэтому, когда мы пальцем выдавливаем из него кровь, окраска исчезает. Это свойство (прозрачность венозной стенки) используется при склеротерапии, задача которой не столько устранить вену, сколько кровь из нее. В процессе эволюции некоторые животные увидели в этом свойстве хромофоров новую возможность и пошли путем избавления от них, став почти прозрачными. Так Европейский угорь (лат. Anguilla- anguilla), на ранних стадиях развития за свою прозрачность даже получил название «стеклянный угорь». Только его глаза, содержащие хромофор родопсин, выдают животное (рис. 1.2).
Рис. 1.2. «Стеклянный угорь» в процессе эволюции избавился от хромофоров, за исключением пигмента сетчатки глаз, который обеспечивает ему зрение
Цвет хромофора зависит от длины волны, которая падает на вещество и поглощается. Например, гемоглобин интенсивно поглощает часть видимого спектра зеленого цвета. В результате, когда мы смотрим на кровь при дневном свете (смесь всевозможных спектров) короткая часть спектра в т. ч. зеленый поглощается, а красный — нет и, мы видим кровь окрашенную в типичные для нее багровые тона. На этом принципе избирательного поглощения основана лазерная термокоагуляция, как чрез- кожная, так и эндовенозная. Для лазеров с длинами волны видимого света (380-780 нм) этот процесс можно представить следующим образом: в результате поглощения фотона молекула хромофора переходит на более высокий энергетический уровень. Затем часть этой энергии теряется в виде флюоресценции, часть — расходуется на заселение метастабильного триплетного состояния хромофора и нагрев окружающих тканей. Электронно-возбужденные молекулы хромофора (главным образом, триплетные) могут также вступать в химическое взаимодействие с компонентами тканей и кислородом или передавать энергию кислороду. В последнем случае возникает синглетный кислород, который тоже весьма эффективно разрушает биологические структуры.
Несколько по-иному обстоит дело при длинах волн невидимого глазом инфракрасного света. Например, в результате воздействия на ткань инфракрасного света с длиной волны 1300- 1500 нм энергия в основном поглощается молекулами воды (термин «хромофор» в этом случае обычно не применяют). При воздействии инфракрасного излучения диполи воды начинают совершать колебательные движения, и эта их кинетическая энергия расходуется на нагревание среды. Чем больше энергия излучения, тем сильнее колеблются диполи воды и больше происходит нагрев. В этом смысле действие инфракрасного излучения подобно действию микроволнового излучения (тому самому, что используется в микроволновых печках).
В зависимости от степени нагрева в живой ткани происходят различные изменения: при температуре до 40 °C (при отсутствии длительного воздействия) необратимых изменений ткани не возникает; при температуре около 60 °C начинает происходить коагуляция белков; при температуре свыше 300 °C ткань испаряется. Схема эффекта воздействия различной температуры на биоткани приведена в табл. 1.1. При этом не следует забывать, что продолжительность температурного воздействия также обуславливает эффект на ткани.
Таблица 1.1 Изменения, возникающие в биологических тканях в зависимости от нагрева
Единицы измерения лазерного излучения, используемые в клинике
В соответствии с ГОСТ Р 8.780-2012 расчет распределения плотности энергии по облучаемой поверхности должен производиться в джоулях на квадратный сантиметр (Дж/см2), по объему — в джоулях на кубический сантиметр (Дж/см3). Однако для реальной клинической практики расчет потребленной энергии в условиях движения световода внутри сосуда со сложной конфигурацией внутренней поверхности представляется слишком громоздким. Для описания этих процессов врачами используется параметр «линейная плотность энергии», характеризующий количество энергии, поданное на «погонный сантиметр» вены, с размерностью Дж/см (в англоязычной литературе этот параметр обозначается как LEED — Linear Endovenous Energy Density). Однако использование параметра LEED не вполне корректно, оно делает недостоверными результаты сравнительных исследований ЭВЛО при различных энергетических параметрах. Так, например, линейная плотность энергии (LEED) в 50 Дж/см будет при мощности лазерного излучения в 10 Вт и скорости тракции световода 2 мм/с. Такая же линейная плотность энергии в 50 Дж/см будет при мощности в 0,1 Вт и скорости тракции 0,02 мм/с. Такие энергетические условия не только не приведут к облитерации вены, но и вообще не вызовут никаких значимых повреждений в ней. По этой причине в своей практике мы совершенно отказались от применения в каком-либо виде показателя «линейная плотность энергии» (LEED) и во всех протоколах операций и клинических исследований указываем только длину волны, мощность излучения и скорость тракции световода.
Три фазы механизма эндовенозной лазерной облитерации
Понимание физических процессов, происходящих во время ЭВЛО, дает возможность врачу правильно выстраивать тактику термической обработки вен у конкретного пациента, избегая при этом заблуждений относительно универсальности этого метода для всех клинических ситуаций, поскольку ЭВЛО имеет свои ограничения, вытекающие из его механизмов. При этом понимание механизмов позволяет правильно устанавливать показания и выбрать тактику ЭВЛО, что дает возможность получить высокие клинические результаты.
Для понимания этого механизма очень важно выделить главный действующий фактор, повреждающий вену. Вопрос этот не является праздным, так как если бы мы смогли выявить основной повреждающий фактор ЭВЛО, это позволило бы нам научиться не только его измерять, но и контролировать его воздействие на стенку вены. В будущем это сулило бы возможность создания хирургических роботов, которые сами бы рассчитывали необходимые плотность потока энергии и скорость тракции световода, необходимые для надежной облитерации вены.
Со времен публикаций Т. М. Proebstle, предложившего в 2002 году гипотезу пузырьков пара в реализации механизма ЭВЛО, среди специалистов закрепилось мнение, что под действием лазерного излучения на кровь, в просвете сосуда из воды (плазмы) образуется пар. Именно этот пар, хорошо заметный при ультразвуковом сопровождении процедуры ЭВЛО, считался если не главным, то важнейшим агентом, повреждающим стенку вены. Однако данная гипотеза совершенно не учитывала физические свойства самого пара. Достаточно быстро пришло понимание, что водяной пар при ЭВЛО образуется в небольшом количестве и почти никак не участвует в передаче тепла венозной стенке. Связано это с тем, что при нормальном давлении он мгновенно передает тепло окружающему веществу и конденсируется обратно в воду там же, где образовался. Тем не менее, если в процессе ЭВЛО установить датчик ультразвукового сканера так, чтобы визуализировать нижнюю полую вену, практически во всех случаях в ней обнаруживаются пузыри газа, «летящие» в сторону правого предсердия (рис. 1.3).
Рис. 1.3. Пузыри газа в нижней полой вене, регистрируемые в процессе ЭВЛО. Ультразвуковая сканограмма
Одновременно, в самой большой (малой) подкожной вене можно обнаружить скопления газа (рис. 1.4). По данным ультразвукового исследования, в просвете магистральной вены после ЭВЛО скопления газа сохраняются на протяжении, как минимум, 30 минут. В соответствии с физическими законами, при кипении размер пузырей должен уменьшаться по мере удаления от источника тепла и в результате контакта с более холодной жидкостью. При этом достигнув ненагретого слоя жидкости, они должны исчезать. В реальной вене пузыри не только не уменьшаются, но и сохраняют свою форму и размер длительное время после выключения лазера. Естественно, что переразогретый до температуры выше 100 градусов пар не может сколь-либо длительно сохраняться в подкожной вене, не говоря уже о том, чтобы попасть в нижнюю полую вену. Все это ставит под сомнение сколько-нибудь значимое участие водяного пара в механизме ЭВЛО.
Рис. 1.4. Пузыри газа в стенке вены и вокруг «головки» световода, регистрируемые в процессе ЭВЛО. Ультразвуковая сканограмма
Строго говоря, механизм лазерного воздействия на венозный комплекс должен включать в себя минимум три важных компонента:
• прямое воздействие лазерного излучения;
• воздействие испаряющейся крови;
• воздействие перенагретой рабочей части световода.
Так как кровь является мутной жидкостью, интенсивно рассеивающей и поглощающей световое излучение, изначально считалось, что непосредственного воздействия лазерного излучения на стенку вены практически не происходит. Мы решили проверить эту и другие гипотезы и провели ряд экспериментов. Эксперименты должны были выявить основной из этих трех компонентов механизма нагрева вены. Зная, какой из этих трех компонентов является самым важным, следующим этапом научного поиска мы бы научились его измерять и контролировать, что вплотную приблизило бы нас к созданию роботизированных хирургических комплексов для ЭВЛО, идеально «заваривающих» вену.
Рис. 1.5. Просвет большой подкожной вены после создания тумесцентной анестезии близок к диаметру световода и составляет около 0,8 мм
Для визуализации процессов, происходящих в вене при ЭВЛО мы исходили из того, что при создании местной тумесцентной анестезии вена обжимается вокруг световода, и ее внутренний просвет становится близким к диаметру световода (рис. 1.5). Иными словами, вена из трубки превращается в капилляр, а в капилляре течение жидкости подчиняется своим законам, известным как явления капиллярности. Поэтому мы прежде всего привели диаметр модели вены близко к реальному значению, имеющему место после создания тумесцентной анестезии. В первой фазе опытов в качестве модели вены мы использовали стеклянный капилляр Панченкова, внутренний диаметр которого равен 1 мм. Учитывая, что при создании анестезии вена обжимается вокруг световода неплотно, именно такой диаметр просвета чаще всего бывает в реальной ситуации, что хорошо заметно на ультразвуковых сканограммах (рис. 1.5). Капилляр Панченкова был заполнен гепаринизированной венозной кровью, а в его просвет введен торцевой световод. Извлечение световода выполняли с помощью устройства, обеспечивающего постоянную скорость вытягивания (обратной тракции) — 1 мм/с. Значения энергии излучения составляли 5, 7, 10, 12, 20 Дж в одном импульсе для лазера с длиной волны 1030 нм, и 1, 3, 5, 12 Дж — для лазера 1470 нм. Во всех случаях использовали псевдонепрерывный режим с длиной импульса в 1 секунду и интервалом между импульсами — 0,01 с.
Рис. 1.6. Раскаленный торец световода выпаривает кровь, оставляя нагар на стенках капилляра
Полное выгорание крови из капилляра и разогрев торца световода до очень высоких температур происходили при достижении линейной плотности потока энергии в 10 Дж/см для лазера 1470 нм и 70 Дж/см для лазера с длиной волны 1030 нм (рис. 1.6). Учитывая, что в реальной клинике такие параметры излучения являются недостаточными для облитерации вены, мы пришли к выводу, что тепловое воздействие испарившейся крови на стенку вены недостаточно для ее «закрытия». При этом, следует понимать, что просвет вены уже ничего, кроме прозрачного газа не содержит, а значит ничто не препятствует прямому воздействию лазерного излучения на венозную стенку. Образовавшаяся на стенках вены сажа (продукты выгорания крови) дополнительно интенсивно поглощает это излучение и, разогреваясь, также оказывает температурное воздействие на венозную стенку.
Следующий возможный кандидат на основной повреждающий фактор ЭВЛО — прямое воздействие перегретого торца световода на стенку вены. Провести прямую термометрию рабочего торца световода технически весьма сложно. Однако его температуру можно измерить косвенным путем, по цвету его излучения или цвету каления. Цвета каления — это цвета свечения тела, раскаленного до высокой температуры. Спектр теплового излучения зависит от температуры, поэтому, наблюдая цвета каления, можно оценить температуру тела, что часто применяется при термообработке и ковке железа. До изобретения бесконтактных термометров это было единственным способом судить о температуре металла. Сокращенные названия цветов каления (примерно 700 °C — «красное каление», более 1300 °C — «белое каление») часто используются металлургами вместо указания температуры. Примерно таким способом, но с использованием современных цветовых шкал, при всех энергетических параметрах, вне зависимости от мощности излучения, мы определяли температуру рабочей части световода от 700 °C и выше. Причем эта температура постоянно и непредсказуемо менялась, что, вероятно, связано с количеством образующегося на торце световода нагара. Логично предположить, что столь высокая температура торца световода не может не оказывать воздействия на венозную стенку. А раз так, то ЭВЛО, может быть, является аналогом обычного «паяльника» нагревающего вену? Для подтверждения этой гипотезы в одной из серий опытов мы вводили в просвет капилляра Панченкова тонкую (0,2 мм) оловянную проволоку, имеющую температуру плавления 232 °C и удельную теплоту плавления 60 кДж/кг (рис. 1.7). Моделировали процесс ЭВЛО со скоростью тракции световода 1 мм/с и энергетическими параметрами, как и в предыдущих опытах. Идея заключалась в том, что разогретый до температур 700 °C и выше торец световода обязательно расплавит олово и мы докажем, что основной альтерирующий фактор при ЭВЛО — это раскаленный торец световода, фактически являющийся, как ни печально звучит, примитивным «паяльником» в просвете вены. Однако, к своему удивлению, ни в одном случае целой серии экспериментов мы не получили расплавления проволоки под воздействием раскаленного торца световода (рис. 1.8).
Рис. 1.7. В капилляр по всей длине введена оловянная проволока. При тракции световода раскаленный его торец проходит в непосредственной близости от проволоки
Рис. 1.8. После извлечения из капилляра оловянная проволока покрыта черным нагаром, но не оплавлена
Чем же вызван этот парадокс: разогретый до температур 800 °C и выше торец световода и отсутствие повреждения стенки вены, неизбежно с ним соприкасавшейся? Определенно это напоминало цирковой номер, при котором фокусник опускал руку в расплавленное олово и не получал ожогов. Видео с такими номерами в достаточном количестве можно найти на YouTube. Эти номера производят сильное впечатление на неискушенного зрителя. А секрет этих фокусов очень прост: из-за значительной разницы температур, при контакте влажной руки с расплавленным металлом возникает так называемый эффект пленочного кипения. Данный феномен обусловлен практически мгновенным испарением воды с влажной кисти (для того, чтобы все получилось, фокусник предварительно незаметно смачивает руку) и образованием тонкой прослойки пара между кистью руки и расплавленным металлом. Пар, как известно, обладает очень низкой теплопроводностью и, если руку в тигле долго не держать, ожога не возникает. Этот же эффект пленочного кипения и «виноват» в том, что во время ЭВЛО происходит прямая передача тепла от переразогретого торца световода к вене, если контакт кратковременен, ожога интимы не возникнет.
Таким образом, результаты исследования показали, что физические явления, происходящие во время ЭВЛО, можно условно разделить на три фазы:
Испарение крови при подаче первых импульсов. Этот период длится от долей секунды при высоких значениях плотности потока энергии до 5-6 секунд при его минимальных значениях. Под влиянием лазерного излучения и раскаленного до экстремальных температур торца световода происходит выпаривание крови с образованием газа, состоящего из продуктов горения. Сгоревшие органические вещества в виде сажи откладываются на интиме. После полного выпаривания вены, ее просвет остается заполненным газом.
Поскольку кровь испарилась и вену заполняет прозрачный газ, в эту фазу начинает реализовываться непосредственное воздействие лазерного излучения на венозную стенку. Именно непосредственное воздействие излучения лазера на вену, с нашей точки зрения, является основным фактором в реализации механизма ЭВЛО. От воздействия высокой температуры раскаленного торца световода интиму защищает эффект пленочного кипения.
Если тракции световода не происходит или она производится слишком медленно, кровь полностью испаряется, и эффект пленочного кипения исчезает. С этого момента перегретая рабочая часть световода начинает оказывать прямое термическое воздействие на вену.
Данный механизм является универсальным, т. е. независимым от длины волны лазерного излучения, его мощности и типа световода. При изменении мощности излучения и типов световодов меняется только соотношение длительности этих фаз. Использование радиальных или цилиндрических световодов, которые излучают «вбок», значительно укорачивает 1 фазу. Причиной этому служит то, что у них (в отличие от торцевых световодов) меньше прослойка крови между головкой световода и стенкой вены. Соответственно, гораздо меньше энергии теряется на «сжигание» этой прослойки крови. У радиальных световодов (особенно изготовленных из дешевых сортов кварца) часто ощутимо удлиняется 3 фаза, что обусловлено разогревом самой колбы рабочей части световода и «пригоранию» ее к стенке вены. Это выражается в «залипании» световода, столь явно ощущаемого хирургами при выполнении тракции.
Вы читали отрывок из книги "Эндовенозная лазерная облитерация" - Мазайшвили К. В., Стойко Ю. М.
Купить книгу "Эндовенозная лазерная облитерация" - Мазайшвили К. В., Стойко Ю. М.
Книга "Эндовенозная лазерная облитерация"
Авторы: Мазайшвили К. В., Стойко Ю. М.
Данная монография обобщает пятнадцатилетний опыт использования эндовенозной лазерной облитерации (ЭВЛО). Анализ представленного материала охватывает более 10 тысяч пациентов с варикозной болезнью, которым выполнялась ЭВЛО в клиниках Национального медико-хирургического центра им. Н. И. Пирогова, где под руководством президента Пироговского центра академика РАН Ю.Л. Шевченко активно внедряются в практику современные эндоваскулярные технологии.
В настоящей монографии изложены фундаментальные основы эндовенозной лазерной облитерации. Рассмотрена история развития этого метода с позиции жизненного цикла инновации. Представлены некоторые концепции, освещающие основы этиологии и патогенеза варикозной трансформации. Получены экспериментальные, ультразвуковые и морфологические данные, отражающие механизм ЭВЛО с математическим моделированием процессов, происходящих при том в вене. Подробно описаны анатомические варианты варикозной трансформации с обоснованием выбора тактики и техники ЭВЛО на различных бассейнах венозной системы нижних конечностей. Детальному анализу подвергнуты опасности и осложнения ЭВЛО, изучены отдаленные результаты на большом клиническом материале. В приложении для практических врачей представлены нормативные материалы по правилам эксплуатации техники для ЭВЛО, инструкция по проведению работ с лазерными аппаратами, а также требования к медицинским документам при проведении работ с лазерными аппаратами и инструкция по оказанию первой помощи при повреждении лазером.
Монография предназначена не только для флебологов и сосудистых хирургов, но и хирургов общей практики, врачей ультразвуковой и рентгенэндоваскулярной диагностики, а также студентов медицинских вузов.
Купить книгу "Эндовенозная лазерная облитерация" - Мазайшвили К. В., Стойко Ю. М.
Содержание книги "Эндовенозная лазерная облитерация"
Глава 1. Фундаментальные основы эндовенозной лазерной облитерации
1.1. Свет, цвет и хромофоры
1.2. Единицы измерения лазерного излучения, используемые в клинике
1.3. Три фазы механизма эндовенозной лазерной облитерации
1.4. Основная задача эндовенозной термооблитерации — необратимо разрушить коллаген венозной стенки.
1.5. Оптические свойства тканей венозного комплекса
1.6. Математическое моделирование эндовенозной лазерной облитерации
1.7. Причины и условия образования перфораций венозной стенки во время ЭВЛО
Глава 2. Развитие метода эндовенозной лазерной облитерации с точки зрения жизненного цикла инноваций
Глава 3. Этиология и патогенез варикозной трансформации вен
Глава 4. Эндовенозная лазерная облитерация в лечении варикозной болезни
4.1. Показания и противопоказания к ЭВЛО
4.2. Техника проведения ЭВЛО
4.3. Тактика ЭВЛО при разных вариантах распространения рефлюксов
4.3.1. Тактика ЭВЛО в бассейне БПВ
4.3.2. Тактика ЭВЛО в бассейне МПВ
4.3.3. Тактика ЭВЛО «внесафенных» вен
4.3.4. Тактика ЭВЛО в особых случаях
Глава 5. Ошибки, опасности и осложнения при проведении ЭВЛО
Глава 6. Отдаленные результаты ЭВЛО
Заключение
Купить книгу "Эндовенозная лазерная облитерация" - Мазайшвили К. В., Стойко Ю. М.
