В настоящее время при лечении варикозной болезни нижних конечностей широко применяются эндовазальные методы облитерации вен, позволяющие свести к минимуму количество послеоперационных осложнений и сочетать радикальность вмешательства с косметичностью [1]. При использовании эндовазальной лазерной облитерации (ЭВЛО) важны знания о механизмах воздействия лазерного излучения на стенку вены [2, 3]. На практике знание этих механизмов позволяет использовать параметры облитерации, способствующие уменьшению количества послеоперационных осложнений.
В настоящее время в научной литературе обсуждается несколько механизмов, обеспечивающих облитерацию вены при воздействии на ее стенки лазерным излучением: прямой контакт оптического световода со стенкой [4]; воздействие на стенку пузырьков пара, образующихся вследствие закипания крови при ее нагревании [5]; образования тромба в просвете вены вследствие закипания крови [6]; прогревание стенки вены с помощью передачи тепла от слоя карбонизированной крови, образовавшегося на торце световода [7].
Для осуществления ЭВЛО вен диаметром 4—8 мм под действием излучения с длинами волн 0,81, 0,97 мкм используются лазеры с мощностью излучения 15—20 Вт [6, 8]. В то же время, согласно проведенным исследованиям [9, 10], применение излучения на длинах волн 1,47 и 1,56 мкм, попадающего в полосы поглощения воды, позволяет осуществлять процесс облитерации варикозных вен при меньших (10—12 Вт) значениях мощности лазерного излучения. Уменьшение мощности лазерного излучения, по мнению U. Maurins и соавт. [11], является важным методом профилактики послеоперационных осложнений (кровоизлияния, кожные ожоги и парестезии).
Одним из способов решения данной задачи является применение для ЭВЛО лазерного излучения, которое хорошо поглощается водой. Подобные работы проводятся в настоящее время как отечественными, так и зарубежными учеными [14—17]. Как отмечалось выше, применение излучения с длиной волны 1,47 и 1,56 мкм приводит к уменьшению мощности излучения 10—12 Вт. Использование излучения с длиной волны 1,9 мкм приводит к дальнейшему снижению мощности излучения 3—4 Вт [18]. Анализ спектра поглощения воды [19] свидетельствует о том, что использование излучения с длиной волны 1,885 мкм также обеспечит процесс облитерации варикозных вен при меньших значениях мощности излучения лазера.
Несмотря на то что к настоящему времени имеются отдельные работы [12, 13], авторы которых анализируют роль карбонизации световода в повреждении венозной стенки, генерирующего излучение на длинах волн, которые соответствуют поглощению воды, влияние карбонизированного слоя на повреждение венозной стенки при использовании «W-лазеров» изучено недостаточно.
Цель настоящей работы — изучение влияния карбонизированного слоя на торце оптического световода на процесс ЭВЛО вен при использовании излучения с длиной волны 1,885 мкм и наличии в просвете вены физиологического раствора или крови.
Для проведения экспериментов по моделированию процесса ЭВЛО вен in vitro использовали изолированные сегменты большой подкожной вены, взятые интраоперационно. Для модельных экспериментов готовили сегменты длиной 60 мм. Проведено 6 серий экспериментов по 6 вен в каждой серии (см. таблицу).
Значения диаметра исследуемых вен соответствовали интервалу от 4,5 до 6,0 мм. Подготовленные сегменты вен помещали в стеклянную трубку. На концах трубки сегменты вен фиксировали с помощью нити.
Для моделирования ЭВЛО в лаборатории оптической спектроскопии лазерных материалов МГУ им. Н.П. Огарева был разработан твердотельный лазер на LiYF
Линейную плотность энергии — Е (в Дж/см) определяли по формуле :
где P — мощность излучения лазера; v — скорость извлечения оптического световода.
Длину сегментов вен определяли с помощью измерительной линейки. Диаметр вены до и после процесса облитерации измеряли с помощью штангенциркуля.
Для изучения характера и степени повреждения вен после лазерной облитерации проводили их гистологическое исследование. Сегменты вен после лазерного воздействия in vitro фиксировали в формалине, затем заливали в парафин, готовили срезы толщиной 3—4 мкм и окрашивали гематоксилином и эозином. Анализ гистологических срезов проводили на основании изображений, полученных с помощью оптического микроскопа (×40).
Методом рентгенофлюоресцентного анализа с помощью энергодисперсионной приставки к электронному микроскопу QUANTA 200 I 3D выполняли элементный анализ торцов оптических световодов: исходного, после эксперимента по ЭВЛО с использованием физиологического раствора и с использованием крови. Содержание углерода в весовых процентах определяли от общего весового содержания химических элементов, находящихся в оптических световодах.
Полученные данные обрабатывали методом вариационной статистики с использованием критерия Фишера—Стьюдента. Для изучавшихся параметров вычисляли среднее арифметическое выборочной совокупности (М), ошибку средней арифметической (m). Достоверность различий определяли в каждой серии по отношению к исходному значению (р). При этом различия средних величин признавались статистически значимыми при р<0,05.
При проведении экспериментов с использованием физиологического раствора в просвете вены получены следующие результаты. В 1-й серии экспериментов происходило уменьшение диаметра вен на 18±2% (рис. 2, а). Гистологические изменения характеризовались отеком всех слоев стенки вен. Эндотелиальная выстилка и интима сохранялись, но имелись участки некротических изменений. Сохранялась дифференцировка внутренней и наружной мышечных оболочек без грубых дистрофических нарушений. Просвет вен уменьшался неравномерно по диаметру (см. рис. 2, б).
При увеличении мощности воздействия до 2,9 Вт и прежней скорости перемещения пробирки (2-я серия) диаметр вены уменьшался на 22±5%, вена приобретала сероватый оттенок, пальпировалась как плотноэластический тяж.
При дальнейшем увеличении мощности излучения до 3 Вт (3-я серия) выявлено значительно большее (на 36±3%) уменьшение диаметра вен. Вены из бледно-розового приобретали серо-тусклый оттенок, а в некоторых областях имели темный цвет, характерный для тотального ожога стенки вены.
На гистологических препаратах на фоне резкого отека всех слоев стенки вен наблюдалась фрагментация интимы с появлением в просвете отдельных мелких фрагментов. Определялись участки некроза и вакуолизация продольных и поперечных мышечных слоев.
Далее в работе представлены результаты экспериментов при использовании излучения с длиной волны 1,885 мкм для ЭВЛО сегментов варикозных вен, которые помещали в пробирку с кровью. При параметрах облитерации вен в пробирке с кровью— Р=2,8 Вт; V=0,6 мм/с — (4-я серия) нами получено уменьшение диаметра вен на 45±3% (рис. 3, а). Увеличение скорости облитерации до 0,8 мм/с (5-я серия) способствовало уменьшению диаметра вен также на 43±2%. Дальнейшее повышение скорости до 1 мм/с (6-я серия) приводило к уменьшению диаметра вен на 40±3%.
Гистологическое исследование показало отек всех слоев стенки вены. Интима была повреждена с участками карбонизации. В просвете вены определялись свободные фрагменты внутренней оболочки. Имелась деструкция внутреннего слоя мышц с участками воздушных прослоек (см. рис. 3, б).
Элементный анализ карбонизированного слоя на торце лазерного световода показал следующие результаты: до лазерного воздействия содержание углерода на торце световода было равно 3±0,6 вес.% от общего содержания химических элементов оптического световода. После лазерного воздействия на вену с наличием в просвете физиологического раствора содержание углерода на торце световода составило 15±0,6 вес.% от общего содержания химических элементов оптического световода. При наличии в просвете вены крови на торце световода в процессе ЭВЛО образовывался карбонизированный слой с содержанием углерода 60±1,2 вес.% от общего содержания химических элементов световода (рис. 4).
Несмотря на большое количество экспериментальных и клинических исследований, посвященных выявлению механизмов повреждения венозной стенки при лазерной термооблитерации, нет однозначного мнения по поводу доминирующего механизма. По-видимому, повреждение венозной стенки происходит в результате действия нескольких механизмов, которые зависят от длины волны лазерного излучения, мощности излучения, диаметра вены, способов и скорости извлечения оптического световода из венозного сосуда.
В источниках литературы [20] вызывает дискуссию механизм повреждения стенки вены вследствие образования на торце световода нагретого карбонизированного слоя, являющегося источником теплого излучения. Известно, что карбонизированный слой на торце световода поглощает значительную часть (до 45%) лазерного излучения [21], что приводит к очень высоким температурам этого слоя, порядка 1000 °C [22]. Однако в публикациях отсутствуют четкие сведения о зависимости степени повреждения венозной стенки от наличия крови в ее просвете. Так, некоторые авторы [23, 24] рекомендуют во время операции придавать больным позицию Тренделенбурга с целью уменьшения количества крови в просвете вен.
В нашем исследовании при сравнении степени повреждения венозной стенки в зависимости от содержимого ее просвета (кровь или физиологический раствор) получено, что при тех же физических параметрах облитерации (Р=2,8 Вт, V=0,6 мм/с, время экспозиции 47 с) уменьшение диаметра вен происходило в большей степени (2,5 раза) в среде с кровью, что нашло подтверждение в результатах гистологического исследования, указывающих на более выраженные морфологические нарушения стенки вен. При одинаковой мощности более выраженное повреждение стенки вен происходило при наличии крови в ее просвете по сравнению с физиологическим раствором.
Данный факт можно объяснить, если предположить, что образовавшийся на торце световода нагретый слой карбонизированной крови, являясь источником теплового излучения, вызывает дополнительное тепловое повреждение стенки вены. Сделанное предположение подтверждается результатами элементного анализа торцов оптических световодов, используемых при проведении экспериментов по ЭВЛО излучением с длиной волны 1,885 мкм с наличием в просвете вены физиологического раствора (рис. 4, а, б) и крови (см. рис. 4, в). Изображение, представленное на рис. 4, б, свидетельствует практически об отсутствии карбонизированного слоя на торце световода, вводимого в вену, просвет которой был заполнен физиологическим раствором. Наличие карбонизированной крови хорошо просматривается на изображении сканирующего электронного микроскопа торца световода (см. рис. 4, в), используемого в экспериментах по ЭВЛО при наличии в просвете вены крови. Результаты элементного анализа, представленные на рис. 4, б, в, свидетельствует о низком содержании (до 15 вес.%) углерода на торце световода при его использовании в экспериментах с физиологическим раствором и значительном его содержании (до 60 вес.%) в экспериментах с кровью.
О нагревании карбонизированного слоя свидетельствует характерное излучение белого цвета, которое наблюдалось в экспериментах с использованием излучения с длиной волны 1,885 мкм при наличии в просвете вены крови (рис. 5). Некоторые исследователи [5, 25] объясняют данное явление испарением углерода и образованием плазмы (1000—2000 °C).
Важным элементом, приводящим к повреждению стенки венозного сосуда, является наличие карбонизированного слоя на торце световода, возникающего в результате воздействия на кровь в просвете вены излучения с длиной волны 1,885 мкм. По данным элементного анализа, содержание углерода в этом слое составило 60%. Результаты гистологического анализа свидетельствуют о том, что тепловое излучение нагретого карбонизированного слоя увеличивает степень повреждения стенки венозного сосуда.
Работа выполнена при финансовой поддержке НИР в рамках проектной части государственного задания в сфере научной деятельности по заданию № 3.384.2014/К и государственного задания № 0708 0210059 611 («Организация проведения научных исследований»).
Конфликт интересов отсутствует.
Участие авторов:
Концепция и дизайн исследования — А.Б., П.Р.
Сбор и обработка материала — О.К., А.Ч.
Статистическая обработка — А.Л.
Написание текста — А.Б., С.Х.
Редактирование — П.Р.