Экспериментальное исследование действия полупроводникового лазера с длиной волны 445 нм на биологическую модель

Лазерная хирургия за короткий промежуток времени продвинулась далеко вперед в направлении внедрения в практику новых лазерных установок, расширения возможностей их применения в различных областях медицинской науки. Причем на сегодняшний день воздействие лазерным излучением используют как в хирургии, так и в терапии [1—3]. Благодаря разнообразным эффектам влияния на биологическую ткань лазеры нашли широкое применение в России и за рубежом. При апробации действия лазеров на экспериментальных моделях и на практике были выявлены преимущества лазерного излучения перед традиционными хирургическими методами [4].

Появление лазеров открыло новые возможности в хирургической практике, в частности в оториноларингологии. Короткое по времени вмешательство с локальным разрушением кавернозных тел нижних носовых раковин и надежным гемостазом во время операции стало эффективным методом выполнения операции в амбулаторных условиях под местной анестезией и без применения обязательной тампонады носа. Благодаря селективному лазерному воздействию без повреждения окружающих структур были отмечены уменьшение интраоперационной и послеоперационной боли, улучшение заживления раны. Преимущества лазерной хирургии обусловили возможность ее активного использования в ринологии, что привело к необходимости проведения большого количества исследований с применением различных лазерных систем по оценке эффективности лазерной хирургии хронического ринита [5, 6].

В настоящее время в хирургической оториноларингологической практике наибольшее распространение получили полупроводниковые (диодные) лазеры, излучающие свет инфракрасного спектра, основными хромофорами которого служат меланин и гемоглобин. Особенность диодного лазера заключается в его выраженном коагуляционном действии [7, 8].

Новый полупроводниковый лазер с длиной волны 445 нм был сертифицирован для медицинского применения в 2018 г. Для этого лазера характерно сочетание гемостатического и резекционного эффекта без формирования обширной зоны коагуляции и некроза тканей (за счет проникновения лазерного импульса на глубину не более 1 мм) [9—11]. Вышеперечисленные качества лазера обосновывают перспективность исследования его применения в ринохирургии с целью разработки наиболее оптимальных для сохранения функционального состояния слизистой оболочки полости носа хирургических методов лечения вазомоторного ринита.

Цель исследования — изучение действия полупроводникового лазера с длиной волны 445 нм на экспериментальных образцах ткани в постоянном режиме с разной мощностью при контактном и дистанционном воздействии.

Было проведено исследование, направленное на изучение восьми показателей мощности лазерного воздействия: от 0,5 до 4,0 Вт с шагом в 0,5 Вт. Время экспозиции в непрерывном режиме составляло 2 с для точечного воздействия и 10 с для линейного воздействия (шаг 2 мм/с) при контактном и дистанционном способах на экспериментальных образцах. Исследование было проведено в четырех экспозициях трехкратно. Общее количество опытов составило 96. В результате исследования получено 192 микропрепарата.

Материалом для исследования служили кусочки ткани свиной печени размером 2×2×2 см. В качестве источника лазерного излучения на экспериментальных образцах использовали полупроводниковый лазер с длиной волны 445 нм.

При работе с биологической моделью оценивали характер поверхностного лазерного воздействия с помощью изучения микроскопической картины с измерением зон деструкции и коагуляционного некроза. Морфометрическое исследование нативных образцов ткани проводили с помощью калибровочного слайда и операционного микроскопа Carl Zeiss с увеличением ×16. Для микроскопии гистологических препаратов применяли биологический микроскоп Olympus CX41 (стандартное увеличение ×100). Для морфометрического анализа использовали систему «Видеотест». Окрашивание гистологических препаратов производили гематоксилином и эозином.

Результаты действия при разной мощности полупроводникового лазера с длиной волны 445 нм на экспериментальную модель путем контактного и дистанционного воздействия приведены в таблице.

Таблица. Ширина зоны деструкции и коагуляционного некроза после лазерного воздействия

Наименьшая ширина зоны коагуляции при лазерном воздействии обнаружена при контактном способе воздействия и минимальной мощности (0,5 Вт); наибольшая ширина зоны коагуляции — при дистанционном способе и максимальной мощности (4,0 Вт). Сравнение ширины зоны коагуляции при контактном и дистанционном способах показало, что при всех изучаемых мощностях зона коагуляции при дистанционном способе значительно больше (рис. 1, 2). Данные морфометрии при использовании системы «Видеотест» и измерении с помощью калибровочного слайда совпали.

Рис. 1. Макропрепараты с характерными зонами при точечном и линейном контактном воздействии лазера.

а — точечное воздействие мощностью 3,0 Вт, контактно; б — линейное воздействие мощностью 2,5 Вт, контактно; в — линейное воздействие мощностью 3,0 Вт, контактно. Синей стрелкой обозначена зона деструкции, оранжевой стрелкой — зона коагуляционного некроза.

Рис. 2. Макропрепараты после дистанционного лазерного воздействия при разных мощностях.

а — выполнение линий при дистанционном воздействии мощностью от 1,0 до 2,5 Вт; б — при воздействии мощностью 2,5 Вт. При дистанционном способе воздействия мощностью от 1,0 до 2,5 Вт отсутствовала зона деструкции. Оранжевой стрелкой указана зона коагуляционного некроза.

Сравнение ширины зоны деструкции при контактном и дистанционном способах в случае одинаковой мощности выявило присутствие выраженных зон деструкции только при контактном способе воздействия (рис. 3, 4). При дистанционном способе воздействия наличие зоны деструкции слабо выражено и наблюдалось только при мощности от 3,0 до 4,0 вт.

Рис. 3. Гистологический препарат с зонами деструкции и коагуляционного некроза при минимальной мощности контактного воздействия (0,5 Вт).

Синей стрелкой обозначена зона деструкции, оранжевой стрелкой — зона коагуляционного некроза.

Рис. 4. Гистологический препарат с зонами деструкции и коагуляционного некроза при максимальной мощности контактного воздействия (1,5 Вт).

Синей стрелкой обозначена зона деструкции, оранжевой стрелкой — зона коагуляционного некроза.

Полученные данные свидетельствуют о том, что при дистанционном способе воздействия лазер оказывает преимущественно коагуляционное действие, при контактном способе воздействия — преимущественно режущее действие при использовании одинаковой мощности. Кроме того, контактный способ воздействия на экспериментальные ткани обладает как выраженным режущим, так и коагуляционным эффектом, что может быть использовано для оптимального сокращения объема ткани носовых раковин при хирургическом вмешательстве с минимальным риском операционного и послеоперационного кровотечения.

Таким образом, эксперименты показали, что относительно низкая мощность лазерного излучения, а именно 3,0 Вт, приводит к оптимальному сочетанию коагуляционного и режущего эффекта воздействия на ткани при отсутствии избыточной карбонизации.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования — П.А. Шамкина

Сбор материала — М.А. Будковая, Н.И. Иванов

Статистическая обработка материала — Н.И. Иванов

Написание текста — Г.П. Захарова

Редактирование — А.А. Кривопалов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.