Лечение сосудов с помощью лазера. Селективный фототермолиз

     Лазерная терапия сосудистых образований основана на принципе селективного фототермолиза, при котором тепловое повреждение патологического сосуда является избирательным, не нарушающим жизненной функциональности здоровых структур кожи, которые окружают этот сосуд.

     Из физики мы знаем, что нагрев вещества возможен только при поглощении света. Если свет не поглощается в веществе, нагрева не произойдет. Чем больше фотонов поглощается хромофорами (группами атомов, определяющих поглощающие свойства вещества и часто придающих веществу определенный цвет) в веществе, тем больше световой энергии перейдет в тепло. Сильное рассеяние при малом поглощении также может привести к нагреву вследствие кумулятивного эффекта. Как станет ясно ниже, роль рассеяния может оказаться решающей, ограничивающей рамки применимости той или иной лазерной технологии. Итак, чтобы фототермолиз был селективным, поглощение излучения с данной длиной волны в патологических сосудах должно быть выше, чем поглощение этого же излучения в окружающих тканях. Для того чтобы лазерный луч нанес тепловое повреждение патологическому сосуду, необходимо подобрать длину волны излучения таким образом, чтобы оно преимущественно поглощалось кровью.

     Оксигемоглобин и меланин - основные хромофоры кожи. Как и все белки, гемоглобин и оксигемоглобин хорошо поглощают в УФ-области. Далее, в ближнем УФ и видимой части спектра можно видеть большие пики в диапазоне 350-500 нм, а также два пика оксигемоглобина меньшего размера при 540 и 575 нм (у дезоксигемоглобина в данной области наблюдается только один пик). По направлению к красной части спектра (до 700 нм) коэффициенты поглощения гемоглобина и оксигемоглобина падают. В ближнем инфракрасном диапазоне (до 1000 нм) поглощение гемоглобина падает с ростом длины волны, а оксигемоглобина — растет, достигая пика в интервале 800-1000 нм.
      В диапазоне длин волн до 450 нм (УФ-синий) световое воздействие не может быть селективным, так как это излучение хорошо поглощается практически всеми биологическими молекулами. Более того, такое излучение является опасным, будучи потенциально мутагенным, — оно вызывает повреждение белков, нуклеиновых кислот и липидных мембран.
     Присутствие пиков поглощения гемоглобина и оксигемоглобина в сине-зелено-желтой части спектра привело исследователей к идее применения лазеров этого диапазона в лазерной терапии сосудистых поражений, первыми из которых стали аргоновый лазер (488-514 нм), лазер на парах меди (575 нм) и лазер на красителях (577 нм), а впоследствии группа Nd:YAG лазеров с удвоением частоты (532 нм). В этом диапазоне длин волн основным конкурентом гемоглобина и оксигемоглобина по поглощению является меланин. Однако при незначительном содержании меланина в коже (типы 1-111 по Фитцпатрику) удается обеспечить безопасное селективное воздействие.

      Эффективность использования метода избирательного воздействия определяется не только эффективностью теплового поражения сосуда, но и предотвращением повреждения здоровой ткани.

     Дело в том, что с началом лазерного воздействия в сосуде инициируются два конкурирующих процесса: 1) активный нагрев из-за поглощения лазерной световой энергии и 2) пассивное охлаждение из-за отвода тепла в окружающую ткань за счет процессов теплопроводности. Отведенная часть тепла, в свою очередь, может повредить окружающую здоровую ткань. Однако для распространения большей части тепла за пределы сосуда требуется некоторое время. Это время зависит от термодинамических характеристик сосуда и главным образом от его диаметра. Из двух одинаковых по термодинамическим свойствам, но разных по диаметру сосудов быстрее остынет тот, который тоньше. Время, за которое 50% тепла, образовавшегося в сосуде из-за поглощения лазерной энергии, распространяется за пределы мишени, называется временем термической релаксации (ВТР). Поскольку распространившееся за пределы сосуда тепло может повредить окружающую здоровую ткань, для предотвращения такого повреждения лазерное воздействие должно быть импульсным, а длительность каждого импульса не должна превышать ВТР сосуда. Численное значение времени термической релаксации небольших по диаметру сосудов (около 150 мкм), вычисленное с использованием математической модели, составляет 1-10 мс (в дальнейшем математические расчеты были проверены на изолированных сосудах животных и человека). Зависимость между диаметром сосуда и его ВТР является квадратичной, т.е. при увеличении диаметра сосуда в 2 раза его ВТР увеличивается в 4 раза.

     Важно помнить, что для достижения избирательного эффекта, повреждающего сосуд и безопасного для других тканей (тех, которые одновременно находятся под воздействием лазерного света, и тех, которые располагаются вблизи и обладают способностью поглощать излучение), необходимо учитывать различия в величинах их ВТР.
     Поскольку в сине-зелено-желтом диапазоне длин волн происходит сильное рассеяние света в воде, то практически вся лазерная энергия поглощается (вследствие рассеяния) в поверхностном слое коже, состоящем на 90% из воды. Расчетное значение ВТР кожи составляет около 1 мс, что меньше или приблизительно равно ВТР сосудов. Для того чтобы избежать ожога кожи при интенсивном воздействии, облучение производят строго вдоль траектории сосуда, проводя лазерный луч сквозь кубики льда, специальные охлаждающие гели или сапфировые пластинки и тем самым принудительно охлаждая верхние слои кожи.

     И, наконец, для получения желаемого эффекта склерозирования необходимо, чтобы за время лазерного импульса облучаемый участок сосуда поглотил энергию, достаточную для его термического поражения. Если лазерной энергии, поглощаемой за время импульса, окажется недостаточно, то желаемого теплового энергопотребляющего эффекта внутри сосуда (коагуляции, вапоризации) не произойдет. Не потребленная энергия просто превратится в тепло, которое затем распространится за пределы сосуда благодаря теплопроводности. Поэтому лазерной энергии должно быть достаточно много — столько, чтобы проявились эффекты коагуляции и вапоризации. В то же время этой энергии не должно быть слишком много во избежание повреждения здоровых структур кожи. Определение оптимальной энергии — задача скорее экспериментальная, чем расчетная, поскольку процесс взаимодействия лазерного света с кожей слишком сложен и многообразен.

     Таким образом, успешная реализация принципа избирательного или селективного фототермолиза, введенного в 1983 г. Андерсоном и Парришем, во многом зависит от того, насколько точно выполняются следующие равноценные условия:
- лазерный свет должен достаточно сильно поглощаться хромофором сосуда;
- длительность импульса лазерного воздействия не должна превышать ВТР сосуда;
- энергия лазерного света должна быть достаточно высокой для деструкции сосуда за время импульса воздействия.

     Практически вся история развития лазерных технологий удаления сосудистых поражений была посвящена поиску идеального лазера, который удовлетворял бы всем трем условиям одновременно.

Продолжение следует...

Карен Калайджян, к.ф-м.н. ООО "Лазертек", Москва.

Благодарим за предоставленный материал научный альманах "Косметика и медицина"