В статье рассмотрены значение лазерных технологий в современной клинической медицине, основные вехи создания лазеров и хронология становления лазерной медицины, приведены основные механизмы воздействия лазерного излучения на биоткани, рассмотрены особенности применения медицинских лазерных технологий по основным видам заболеваний, дальнейшее развитие медицинских лазерных технологий.
Ключевые слова: медицинские лазеры, лазерные технологии, типы лазеров, фотодинамическая терапия, фотомодификация крови, механизмы воздействия медицинских лазеров.
The importance of laser technologies in modern clinical medicine, the main milestones in the development of lasers and the chronology of the development of laser medicine, the main mechanisms of the effect of laser radiation on biological tissues, the features of the application of medical laser technologies for the main types of diseases, and the further development of medical laser technologies are discussed.
Keywords: medical lasers, laser technologies, types of lasers, photodynamic therapy, photomodification of blood, mechanisms of exposure to medical lasers.
Благодаря относительной безопасности, экологичности, комфорта и высокой лечебной эффективности лазерные технологии находят все большее применение в практической медицине. Отметим, что создание лазеров основано на исследовательских работах В. А. Фабриканта (1951–1957 г.г.) и академиков Н.Басова (СССР), А. Прохорова (СССР), Ч.Таунса (США), лауреатов Нобелевской премии 1964 года по физике [1,2,6].
Как показывает анализ Интернет источников, к настоящему времени более 200 заболеваний излечиваются с применением медицинских лазерных технологий. Можно отметить, что наличие современного лазерного оборудования и высококлассных лазеротерапевтов, лазерных хирургов и других аналогичных специалистов стали отличительной чертой и визитной карточкой известных лечебных учреждений [1,3,5,6].
Сегодня в экономически развитых странах мира (США, КНР, Германия, Франция, Япония и др.) насчитываются десятки тысяч предприятий, производящие лазерное оборудование и более ста тысяч клиник, оказывающие медицинские услуги на основе лазерных технологий. Мировой лазерный рынок, имеющий около 70 млрд долларов суммарного объема ежегодных продаж динамично растет среднегодовыми темпами 5–7 %., и поделен между фирмами США, ЕС и КНР [3–6].
Таблица 1
Динамика роста мирового объема услуг сегмента общей иэстетической медицины за 2012–2017гг.
|
Годы |
2012 |
2013 |
2014 |
2015 |
2016 |
2017 |
2018 (прогноз) |
|
Объем продаж, $ USA |
585 млн. |
650 млн. |
710 млн. |
787 млн. |
859 млн. |
936 млн. |
≥ 1 млрд |
1962г. принято считать началом практического применения лазеров в медицине. Врач-косметолог Л. Голдман (США) первым для удаления татуировок и исправления дефектов кожи применил рубиновый лазер с длиной волны в 690 нм, созданный 1960 году Т. Мейманом (США).
В 1963г. кардиохирург Г. Макгуф впервые использовал рубиновый лазер для удаления атеросклеротических бляшек. Т. Полани и Г. Жако в 1967–1970 гг. успешно применили Nd:YAG и CO2 лазеры в хирургии и гинекологии (из данных pandia.ru, автор Сердюкова Ольга, аспирант МГУ).
В 1964г. У. Бриджес и Х. Эркрэфт (США) разработали аргоновый лазер непрерывного излучения с максимумами поглощения в видимой области 488 нм и 515 нм, УФ диапазоне 351нм и 364 нм с мощностью до 150 Вт, что обусловило широкий спектр его применения в медицине.
В 1964г. вСША были разработаны неодимовый (Nd:YAG) и углекислотный (СО2) лазеры. Наиболее удачным оказался СО2 лазер (на смеси углекислого газа, азота и гелия, где CO2 обеспечивает излучение, N2 — накачку верхнего уровня, а He — опустошение нижнего уровня), у которого излучение имеет непрерывный характер, с длиной волны 1060 нм. Клеточная вода хорошо поглощает его излучение. А так как мягкие ткани у человека в основном состоят из воды, то СО2 лазер стали использовать как скальпель. При этом кровопотери биоткани минимальны за счет быстрой коагуляции крови в мелких кровеносных сосудах и раны быстро заживляются без осложнений.
1969 год — разработка первого импульсного лазера на красителях, позволило создать в 1980 годах ряд импульсных лазеров на красителях: родамин — 6Ж, родамин — С, оксазин-17, оксазин-1 в полиметил-метакрилате, которые могли удалять капиллярные гемангиомы, родимые пятна, татуировки и исправить дефекты кожи.
Отметим, что лазеры на красителях работают в непрерывном, импульсном и импульсно-периодическом режимах в широком диапазоне спектра от ближнего УФ до ближнего ИК — спектров. Это позволило развивать лазерную косметологию и дермато логию, расширить перечень и повысить качества медицинских косметических услуг.
1975 год — разработка первого эксимерного лазера. Эксимерные лазеры охватывают весь УФ диапазон: Ar2 (126,5 нм), Kr2 (145,4 нм), Xe2 (172,5 нм), ArF (192 нм), KrCl (222,0 нм), KrF (249,0 нм), XeCl (308,0 нм), XeF (352,0 нм) и нашли широкое применение в медицине.
1980гг. — появились первые импульсные лазеры на красителях. Эти лазеры могли удалять капиллярные гемангиомы, родимые пятна и татуировки без повреждения тканей, что обеспечили становление и бурное развитие эстетической медицины.
1990гг. — начало разработки и применения полупроводниковых лазеров, которые работают в УФ-, видимом или ИК-диапазонах (от 320 нм до 3200 нм), в качестве активной среды применяются полупроводниковые кристаллы. Сегодня известно более 40 полупроводниковых материалов и диодов, на основе которых созданы различные лазеры. Отметим, творческий вклад Нобелевских лауреатов по физике за 2000 год академика Ж. И. Алферова (РФ) и Г. Кремера (ФРГ) в развитии данного направления [6].
2000 гг. стали периодом широкого распространения лазерных методов лечения, как одного из самых перспективных направлений современной медицины в Европе, США, Азии и странах СНГ [3–6].
Рассмотрим характерные особенности и основные направления развития лазерной медицины. Применение лазеров в медицине можно условно разделить на 4 направления: лазеротерапию, лазерной хирургии, лазерной косметологии и лазерной диагностики.
1. Лазеротерапия — основана на использование низкоинтенсивных (0,1–10 Вт/см2) лазеров по следующим направлениям:
‒ фотодинамическая терапия для лечения бактериальных, вирусных и грибковых поражений слизистой оболочки полости рта и др.;
‒ фотомодификация крови используется при лечении ИБС, бронхиальной астмы, язвенной болезни желудка и 12-перстной кишки, гнойно-септических заболеваний в гинекологии, проктологии и урологии;
‒ внутривенное лазерное облучение крови вкардиологии, эндокринологии, гинекологии, урологии, дерматологии и др. областях.
2. Лазерная хирургия использует высокоинтенсивные (10 Вт -10 кВт/см2) лазеры и 4 эффекта лазерных технологий: термический, механический, фотохимический иэффект сварки биотканей. Лазерный скальпель позволяет делать сверхточные разрезы до микрона и устранять различные сосудистые патологии с минимумом осложнений.
3. Лазерная косметология идерматология — лазерный луч в коже поглощается эндохромофорами в определенном диапазоне длин волн, например, для оранжевого и зеленого спектра это гемоглобин крови, для красного спектра — меланин волос, для ИК спектра — клеточная вода. Данное направление развивается весьма динамично.
4. Лазерная диагностика — обладают высокой чувствительностью и применяется для ранней диагностики рака, катаракты, разных заболеваний крови и др. С их помощью изучают сверхбыстрые процессы фотосинтеза и фотобиохимических реакций, параметры гемодинамики в вровеносных сосудах, количество и подвижность бактерий в жидкостях.
Изучение печатных и электронных образовательных источников и результатов научных исследований по использованию лазерных технологий в медицине показывают наличие ряда проблем конструктивно-технологического, образовательного, кадрового и финансового обеспечения поддержки НИР и ОКР по лазерной медицине.
Особого внимания заслуживает достоверное выяснение природы различных механизмов воздействия лазерного излучения на биоткань:
а) биодеструкция (лазерная хирургия) — кровенасыщенная биоткань нагревается до вскипания (≥100 0С) и образования тромбов, поглощаю щей мишенью при этом могут быть гемоглобин или плазма крови и клеточная вода; облученная биоткань при ≥150 0С обугливается, при ≥300 0С она начинает испаряться и лазерный луч рассекает биоткань;
б) термический эффект (онкология) — возникающий из-за разности температур между поверхностными и внутренними частями объекта, приводящий к разрушению опухолевых клеток;
в) селективный фототермолиз (дерматология, косметология) хромофоров: меланин — в диапазоне от 610 до 1100 нм, гемоглобин в диапазоне от 480 до 590 нм, клеточная вода 1040–1500 нм интенсивно поглощают лазерное излучение, что и приводит к фотолизу биоткани.
Концепцию селективного фототермолиза разработали Р. Андерсон и Дж. Пэрриш (США) в 1983 году для объяснения механизма взаимодействия лазера и биоткани. Изобретение фракционного фотолиза в 2003 году и разработка новых эрбиевых лазеров для омоложения кожи расширили возможности и доходы лазерной косметологии.
Изучение печатных и электронных образовательных источников и результатов научных исследований по использованию лазерных технологий в медицине показывают наличие множественных проблем технического, организационно-кадрового и финансового обеспечения, необходимость налаживания государственно-частного сотрудничества.
Подведя итоги, можно отметить, что будущее лазерных технологий в медицине за комплексными методами лечения, расширив спектр воздействия на пораженный орган не только лазерным, но также магнитным и световым излучениями, компьютерный мониторинг проведения и анализ эффективности лечебных процедур.
Литература:
1. Абдуллаходжаев Ш. Г. Лазеры в онкоурологии: к истории вопроса. // Медицинский журнал Узбекистана, 2008, № 4, С. 87–94.
- Белоусова И. М. Из истории создания лазеров. // Научно-техн. вестник информационных технологий, механики и оптики. 2014, № 2 (90), С.1–16.
- Залесский В. Н. Лазерная медицина на рубеже XX-XXI веков. — Киев: ВИПОЛ, 2010. - 896 с.
- Овертон Г., Белфорте Д. А., Ноге А. Годовой обзор и прогноз мирового рынка лазеров // Информационный бюллетень лазерной ассоциации. // Лазер-Информ вып.3–4, С.2–8, февраль 2016.
- Приезжев А. В., Тучин В. В., Шубочкин Л. П. Лазерная диагностика в биологии и медицине. — Москва: Наука, 1989. — 240 с.
- Wikipedia.org — материалы поиска по медицинским лазерам, анализ текущей информации по контентам специализированных сайтов.
