главная

о нас

поэзия

проза

песни

живопись

фото

наука

журналистика

библиотека

           Здесь можно описать как вы сдавали какой-нибудь экзамен, как вам живётся, как учиться и работается, как проводили то или иное мероприятие (День Первокурсника или Медиану, к примеру). Оченно даже полезная страничка. А адресок куда всё слать следующий: f-t-ovcy@narod.ru.

Лазер как очередная панацея, или небольшой экскурс в лазерную медицину

 М. С. Зарембо

1. Введение

В последние годы очень интенсивно развивается область лазерной медицины. С каждым днём появляются новые медицинские приборы, использующие лазеры в диагностике, хирургии и терапии.

И среди пациентов появляется двоякое отношение к лазерным приборам. С одной стороны всё новое вызывает недоверие. Откуда человеку не знающему, что же такое лазер и как он устроен, узнать о его действии? Рядовому пациенту известны: лазерный компакт-диск, лазерный принтер, лазерная указка. Они не лечат человека. Но ещё фантастические фильмы рассказывают нам про лазерные пистолеты и пушки! А вдруг и врач так же испепелит пациента? С другой же стороны люди относятся к лазеру как панацее, способной за один сеанс их излечить от всех напастей. И если им известно, что в такой-то области применяется лазерный прибор, то зачастую просят вылечить именно им, вызывая при этом улыбки у врачей.

Именно поэтому появилась необходимость в такой статье, призванной объяснить всё о медицинских лазерных приборах и их действии, чтобы у пациентов, да и людей здоровых, не возникало заблуждений.

2. Из истории светолечения

        Свет используется для лечения разнообразных болезней испокон веков. Ещё в древности считалось, что воздух, питание, движение и свет – необходимые условия физического и психического здоровья. Самым важным из этих факторов является свет. Недаром Эскулап – бог медицины – был сыном бога света Феба Аполлона.

Древние римляне и греки часто «принимали солнце» как лекарство. Врачи Средневековья часто выставляли пациентов голышом на чистый горный воздух в солнечный день. Причём список «лечимых» Солнцем заболеваний в те годы был довольно занятный: подагра, оспа и даже старческое слабоумие.

Истинный же расцвет фототерапии пришёлся на девятнадцатый век - с изобретением электрических ламп появились новые возможности. Причём уже тогда стало ясно, что для лечебного эффекта вовсе необязателен белый свет, достаточно использовать ту или иную часть видимого спектра. В конце XIX столетия красным светом пытались лечить оспу и корь, помещая пациента в специальную камеру с красными излучателями. Также различные «цветовые ванны» (то есть свет различных цветов) успешно применялись для лечения психических заболеваний. Причём лидирующую позицию в области светолечения к началу двадцатого столетия занимала Россия. [1]

        Однако с появлением лазера всё изменилось. Новый источник выгодно отличался от ламп и солнца.

3. Небольшое и важное отступление

Объяснять, устройство лазера и как он работает – тема для ещё одной статьи, потому будем рассматривать его только как источник излучения. Желающие могут обратиться к следующим книгам [2, 3], в них всё подробно описано. Однако следует объяснить лишь некоторые важные понятия:

1. Лазеры классифицируют по разновидности активной среды, благодаря которой происходит генерация излучения: газовые, жидкостные, твердотельные, полупроводниковые и диодные.

2. Основными характеристиками для лазерной медицины являются: спектр излучения лазера (или длина волны – величина равная скорости света поделённой на частоту), мощность (или интенсивность – плотность мощности на единицу площади), режим работы – непрерывный или импульсный (лазерный импульс характеризуется длительностью, частотой повторения и формой).

3. На сегодняшний день построены лазеры, генерирующие в области микроволнового излучения (мазеры), а также рентгеновские лазеры (разеры). Чем больше частота излучения (меньше длина волны), тем лучше поглощение и разрушительнее воздействие. Поэтому ультрафиолетовое излучение полностью поглощается уже на глубине нескольких микрон, а инфракрасное может проникать на глубину в нескольких десятков сантиметров, но сильнее рассеяться и нагрев при этом окружающие клетки. Большая часть энергии инфракрасных лучей уходит в тепло (лучше всего поглощает инфракрасные лучи вода), в то время как ультрафиолетовые и видимые лучи могут осуществлять химические реакции.

4. Применение лазеров в медицине

Первый лазер был запущен в 1961 году. Это был газовый гелий-неоновый лазер, излучающий в красной области спектра. C появлением нового источника излучения у медиков возникло желание как-нибудь применить его для лечения. Лазер оказался пределом мечтаний фототерапевта, потому что обладал следующими достоинствами по сравнению с прочими источниками:

Во-первых, спектр излучения лазера намного ýже, что позволяет избирательно воздействовать на больные клетки, не задевая при том здоровые.

Во-вторых, лазерное излучение можно сфокусировать в достаточно маленькое пятно, что позволяет проводить лечение небольших объектов. Если проводить аналогию, то лампу можно сравнить с молотком, а лазер – с иголкой. А зачастую для лечения опухолей или пороков кожи требуется как раз точечное воздействие. Лазерные лучи также обладают более высокой плотностью мощности, что позволяет использовать их в хирургических операциях.

В-третьих, свет лазера (физики-лазерщики называют его пучком) можно доставить в любые области организма (например, в полость рта для лечения зубов или даже внутрь тела для проведения операций без больших разрезов), при этом саму громоздкую установку (а зачастую и медицинские лазеры бывают немалых размеров) не передвигая.

Уже в начале шестидесятых годов появились первые лазерные медицинские устройства. Это были аппараты для облучения крови. Операция довольно простая: производиться забор крови из вены, после чего она облучается лазером непосредственно в аппарате и возвращается обратно. Эта операция широко используется до сих пор, так как позволяет лечить ряд заболеваний кровеносной системы. Хорошо также зарекомендовала себя операция облучения крови ультрафиолетом при артериальной недостаточности конечностей.

        Всего можно выделить три направления, по которым работают лазерные аппараты в медицине:

1. Хирургия. Это направление «достаточно древнее». Сначала применяли красные и инфракрасные лазеры для обжигания сосудов. Существуют сложные для операционного вмешательства ткани (лёгкие или крупные артерии и вены, например). Если такую ткань разрезать скальпелем – произойдёт кровотечение, которое будет очень сложно остановить. Для этого разрез производят лазером, кровь тут же застывает и засыхает (коагулирует).

Инфракрасные лазеры широко используются для произведения разрезов. Но как же излучение может рассекать ткань? Оно лишь нагревает небольшую область, в которой поднимается давление внутриклеточной жидкости и таким образом клеточные мембраны разрушаются, и образуется разрез. Ещё инфракрасные лазеры широко применяются и для «сваривания» тканей. Почему же красной лазерной указкой нельзя проводить хирургические операции? Тут всё дело в необходимой для операции мощности. Для хирургического лазера необходима плотность мощности более четырёх киловатт на квадратный сантиметр (плотность мощности некоторых лазерных скальпелей достигает и мегаватт на квадратный сантиметр). Лазер в указке имеет плотность мощности в пределах нескольких милливатт или даже микроватт на квадратный сантиметр.

Получили применение тепловые скальпели, в которых лазерное излучение нагревает наконечник, изготовленный из поглощающего материала. В качестве источника выбрали лазер из-за узости его спектра (что повышает эффективность этого аппарата) и уникальных условий доставки излучения (по оптическому волокну).

Широко также применяются ультрафиолетовые хирургические лазеры в офтальмологии и микрохирургии из-за хорошего поглощения ультрафиолета. Всем известны популярные в последние годы эксимерные операции по коррекции зрения. В них применяются газовые лазеры на двухатомных молекулах, излучающих в ультрафиолетовой области спектра. Суть этой операции состоит в искривлении поверхности определённых областей роговицы глаза путём испарения клеточных слоёв. При близорукости область воздействия имеет форму круга, при дальнозоркости – кольца. Искривлённая роговица работает как ещё одна линза (первая - хрусталик), в итоге мы получаем «очки прямо в глазу». В последнее время возрос интерес применения лазеров в стоматологии. Здесь он применяется вместо бормашины, испаряя части зуба.

2. Терапия. Лазерная терапия тоже имеет несколько больших направлений. Это: просто фототерапия (воздействие лазерным излучением на больные органы), фотохимическая терапия (воздействие лазерным излучением на химический реагент, вводимый в поврежденный орган, и под действием луча лазера начинающий химическую реакцию), фотодинамическая терапия (воздействие лазерного излучения на химический реагент-краситель, и под действием лазерного излучения переходящий в активное состояние).

Конечно же, охватить всю лазерную терапию не представляется возможным, поэтому кратко поясню лишь её основы: Воздействуя на отдельные атомы луч лазера вызывает химическую реакцию, от длины волны излучения зависит вид реакции. Как мы помним из школьного курса физики, энергия фотона прямопропорционально зависит от частоты электромагнитной волны (и обрантопропорционально от длины волны):

,

где  - частота, а  - длина волны.

Ультрафиолетовое излучение имеет бóльшую энергию, а потому эффективно для разрушения межмолекулярных связей и для перевода молекулы в активное состояние. Высокочастотное (или дальнее) ультрафиолетовое и рентгеновское излучения разрушают практически любую молекулу. Поглощение также обуславливается видом молекулы. Молекулы белков содержащие наибольшее число атомов хорошо поглощают видимый свет и ультрафиолетовые лучи, а для нагрева воды, как уже было сказано, достаточно и инфракрасных лучей. В результате таких изменений возникают активные атомы и молекулы, готовые вступить в новую химическую реакцию, которые в свою очередь могут быть самыми разнообразными: активизация ферментов, разрушение опухолей, стимуляция иммунитета, разрушение молекул воды, образование новых полимеров, удаление пигментных пятен и тому подобное.

По сравнению с обычными лампами, применяемыми в фототерапии, лазер воздействует на отдельные клетки и вызывает определённые химические реакции. Список же болезней, лечимых лазерной терапией довольно обширен. От простатита до удаления пороков кожи, от ускоренного заживления ран до стимуляции клеток…

3. Диагностика. В этой области лазеры применяются для обнаружения различных неоднородностей (опухолей, гематом) и измерения параметров живого организма. Основы диагностических операций сводятся к пропусканию через тело пациента (необязательно через всё, это может быть и один-единственный палец) лазерного луча и по спектру или амплитуде прошедшего или отражённого излучения выводят диагноз. Известны методы по обнаружению раковых опухолей в онкологии, гематом в травматологии, а также по измерению параметров крови (практически любых от артериального давления до содержания сахара и кислорода).

Также многие знают про довольно популярный лазерный термометр, где лазер используется как источник слаборассеивающегося луча. Этот луч отражается от колеблющейся барабанной перепонки и падает на фотодетектор, по изменению его амплитуды, получают частоту колебаний перепонки, напрямую зависящую от температуры.

Основной принцип в медицине – не навреди. А потому всё большей популярностью пользуются исследования направленные на проведение операций с наименьшим вредом. Диагностические и терапевтические вмешательства стараются проводить на необходимом минимуме дозы облучения. Для этого используют лазеры, излучающие в области спектра называемой «окном прозрачности для биотканей» - ближний инфракрасный диапазон. В этой области излучение меньше всего поглощается веществами из которых и состоит живой объект.

Также перспективны операции с импульсным излучением. Дело в том, что время реакции биологических систем исчисляется микросекундами, то есть излучение с более короткой длительностью импульса может проходить незамеченным и защитная система организма не успеет запустить процессы по заграждению проникающего излучения. Это очень важно для операций, требующих более глубокого и долгого воздействия на биологический объект (фотодинамическая терапия).

5. Заключение

С каждым годом появляются всё новые источники лазерного излучения, с каждым годом находят своё применение новые и старые лазеры, появляются новые медицинские приборы. Лазерная медицина бурно развивается и, похоже, не собирается сбавлять обороты.

Однако, как и в любой области, в ней есть свои трудности. Прежде всего, физики-теоретики затрудняются объяснить действие электромагнитных волн на биоткани. Это вызывает трудности для хирургов и тут дело всё в опыте. Врач не будет заострять внимание на воздействии и просто научится правильно пользоваться лазерным скальпелем. Во вторую очередь трудности возникают в терапии и диагностике. Необходимо повысить точность измерения прошедшего или отражённого излучения, чтобы правильно провести операцию без тяжёлых последствий. И опять же неизвестны все побочные эффекты, сопровождающие такую операцию. Зачастую излучение может вызвать несколько побочных эффектов и с ними недобросовестные врачи предпочитают не связываться, часто о недостатках умалчивая. С другой стороны, мы пока не можем предположить, какие же последствия проявят себя через годы, но сегодня можно постараться спасти десятки и даже сотни людей. Это, к сожалению, обычное в медицине дело – последствия проявлять после.

Но всё-таки лазерные аппараты хорошая альтернатива медпрепаратам. Они позволяют проводить локальные операции, зачастую не напрягают как медикаменты почки и печень, лазерную терапию можно проводить неоднократно, без вреда для организма и «добираться» до больного органа располагающегося в глубине тела не совершая разреза.

Перед лазерной медициной открываются бескрайние просторы. Уже в ближайшем будущем могут появиться домашние приборы для определения содержания сахара и эритроцитов в крови без укола пальца. Фотодинамическая терапия позволит лечить раковые опухоли на глубине в несколько десятков сантиметров без хирургического вмешательства. Уникальные операции на лёгких и кровеносной системе позволят осуществлять невозможные ранее операции. Может появиться такое направление как лазерная липосакция, в которой расщеплять жировые клетки будет лазерное излучение. Стоматологические лазерные установки заменят бормашины, что сделает визит к дантисту менее неприятным. И многое, многое другое.

Конечно, рассказать о лазерной медицине в таком объёме невозможно, но каждый человек, прочитавший эту работу, сможет понять, хороши медицинские лазеры или плохи, как же они помогают человеку, и что нас будет ждать в будущем. А потому: фундамент заложен, а каждый уж как захочет выстраивать своё здание отношений с лазерной медициной.

Список литературы

1. Карандашов В. И. с соавторами, «Фототерапия (светолечение): руководство для врачей», 2001.

2. О. Звелто, «Принципы лазеров», «Наука», 1988.

3. Г. Ландсберг, «Оптика», М. «Наука», 1974.