Общие сведения о проблеме
Проблема лечения пациентов с повреждениями и заболеваниями опорно-двигательной системы с каждым годом приобретает все большее значение, так как растет число пострадавших, увеличиваются инвалидность и смертность от травм [1]. Особую остроту вопросу придает то, что большинство пострадавших — люди наиболее трудоспособного возраста (28—40 лет) с тяжелыми травмами [2].
К настоящему времени многочисленными экспериментальными и клиническими исследованиями показано, что тяжелая травма вызывает целый комплекс патофизиологических нарушений как местного, так и системного характера. Основными факторами, определяющими тяжесть травмы, а также обусловливающими характер ее течения, являются степень гипоксии (ацидоза), гиперкоагуляция и иммунные нарушения [3, 4].
Соответственно этому предложены различные отдельные подходы для воздействия на данные патофизиологические нарушения у пациентов с тяжелой травмой. Для этого применяют антигипоксанты и антиоксиданты [5—7], методы и средства, стимулирующие и поддерживающие иммунную систему [8—11], препараты, регулирующие гемостаз [12, 13].
Недостатком таких подходов является отсутствие системного воздействия одновременно на все патофизиологические процессы, развивающиеся в посттравматическом периоде, поэтому, по заключению исследователей [14—16], наиболее эффективными и клинически обоснованными являются технологии, позволяющие комплексно стимулировать кислородное обеспечение травмированных тканей, повышать иммунитет и регулировать гемостаз. Поэтому для лечения и поддержки пациентов с данной нозологией разрабатываются новые терапевтические и физиотерапевтические подходы с комплексным воздействием.
Биофизическое воздействие электромагнитных волн терагерцового диапазона на биологические объекты
В настоящее время перспективным методом малоинвазивного воздействия на обменные процессы в тканях опорно-двигательной системы является терагерцовочастотная (ТГЧ) терапия [17—21]. При этом большое внимание уделяется вопросам взаимодействия биологических объектов и ЭМВТГД, так как именно в нем в основном сосредоточены частотные спектры излучения и поглощения важнейших клеточных метаболитов (NO, O2, CO2, CO, OH– и др.) [22].
Особенность терагерцовых волн в плане воздействия на биологические объекты заключается в том, что здесь расположены собственные частоты колебательно-вращательных переходов воды и биологических молекул как простых, так и сложных, в том числе больших полимеров (полипептиды, белки) [18]. Наибольший интерес вызывают электромагнитные волны молекулярного спектра излучения и поглощения (МСИП) оксида азота, который участвует в реализации многих важных физиологических функций, таких как вазодилатация, реакция иммунной системы, регуляция тонуса гладких мышц [23].
Экспериментальными исследованиями показано, что данные волны оказывают прежде всего биофизическое воздействие на разные звенья регуляции микроциркуляторного русла и систему гемостаза [19, 24—26]. Было доказано, что ТГЧ-излучение на частотах МСИП оксида азота 150, 176—150, 664 ГГц является эффективным немедикаментозным методом коррекции перфузии тканей в условиях острого стресса [27, 28].
В литературе описаны антиагрегантные механизмы терапевтического воздействия ЭМВТГД, связанные как с модификацией мембран тромбоцитов [31], так и с уменьшением агрегационного потенциала эритроцитов [32]. Одним из возможных механизмов антиагрегантного действия ЭМВТГД на частотах оксида азота может являться изменение рецепторного аппарата тромбоцитов по механизму, предложенному для классических значений крайне высокой частоты (КВЧ) [33].
Исследователями также была показана способность волн данной частоты индуцировать синтез оксида азота — эндогенного вазодилататора [34, 35], а также снижать интенсивность перекисного окисления липидов крови [36]. Установлено, что КВЧ-воздействие на классических частотах (42,2 и 53,5 ГГц) обладает выраженным влиянием на мембраны клеток, стимулирует перемешивание их липидных слоев и белковых компонентов [37]. Существуют данные о способности ЭМВТГД вызывать изменения гидратации белковых структур мембранных рецепторов, благоприятно воздействовать на микроциркуляцию в костной ткани и красный костный мозг при остром и хроническом стрессах [38, 39].
Имеются данные о влиянии ЭМВТГД на регенерацию тканей. Определено, что процесс репаративной регенерации соединительной ткани протекает при участии клеточных элементов и факторов иммунной системы, оптимизирующих баланс соотношений регенерации и воспаления, нарушение которого приводит к осложнениям [40]. Экспериментально установлено, что такие комплексные эффекты, оказываемые ЭМВТГД, позволяют купировать некоторые патологические процессы, значительно снижать ишемию висцеральных органов [41], стимулировать рост нервных волокон [42] и регенерацию тканей, в том числе и соединительной [40, 43]. Пока эти возможности ЭМВТГД нашли свое применение в комплексном физиотерапевтическом лечении пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями и в неврологии [44, 45].
Применение ЭМВТГД на частотах МСИП оксида азота на фоне острого иммобилизационного стресса способствует уменьшению частоты возникновения микроциркуляторных нарушений в костной ткани и красном костном мозге, а также структурно-функциональных нарушений опорных тканей [38, 39, 46—50], при этом влияние рассматриваемого электромагнитного облучения зависит от его продолжительности и времени. Наиболее эффективным в восстановлении нарушенных показателей является 15-минутный режим облучения. На основании данной серии работ авторы [50] делают заключение, что использование терагерцового электромагнитного облучения на частоте оксида азота 150±0,75 ГГц может быть рекомендовано как обоснованный и эффективный метод коррекции микроциркуляторных нарушений у больных с ортопедотравматологической патологией.
Применение электромагнитных волн терагерцового диапазона в травматологии и ортопедии
Стратегия поиска данных литературы
Для проведения анализа и оценки данных литературы определены следующие критерии включения источников в исследование и исключения из него.
Критерии включения:
1) наличие полнотекстовых источников или структурированной аннотации с указанием конкретных количественных данных;
2) клинические исследования должны содержать четкое описание клинических групп, экспериментальные — модели травмы или иного воздействия на костную ткань;
3) в источниках должны присутствовать количественные данные оценки результатов применения ЭМВТГД в части его эффективности и безопасности.
Критерии исключения:
1) исследования, в которых электромагнитная терапия используется в комбинации с другими методиками физиотерапевтического воздействия;
2) случаи из практики, пилотные и предварительные исследования.
Так, на основе обобщения экспериментальных исследований С.И. Киреевым и соавт. [60] был предложен способ воздействия КВЧ-излучения на область перелома (патент на изобретение РФ № 2427398). Воздействие проводили КВЧ-излучением на частоте МСИП оксида азота 150, 176—150, 664 ГГц (данное излучение воздействует на состояние микроциркуляции костной ткани). При этом использовали плотность мощности 1 мВт/см2, воздействовали по 15 мин ежедневно, на курс 10 процедур. В результате исследования авторы указывают на сокращение сроков лечения переломов за счет стимулирующего влияния на репаративные процессы в костной ткани в ближайшем послеоперационном периоде.
На модели перелома бедренной кости у крыс показана эффективность применения ЭМВТГД для стимуляции репаративного остеогенеза, что подтверждалось сокращением сроков консолидации в среднем на 16,5% [56].
Другими авторами на основе эксперимента на взрослых беспородных собаках, которым при замещении дефекта методом несвободной костной пластики костей голени осуществляли локальное воздействие ЭМВТГД с помощью аппарата для КВЧ-терапии «Орбита», обнаружен эффект стимуляции костной репарации, выражавшийся в ингибировании остеолитических процессов и приводивший к достоверному (р=0,017) снижению срока фиксации у собак опытной группы [57, 58]. Отмечено отсутствие нежелательных явлений, что подтверждает безопасность применения данной технологии для стимуляции репаративного остеогенеза.
Применение ЭМВТГД позволило не только в более короткие сроки восстановить анатомическую целость поврежденного сегмента, но и улучшить васкуляризацию передней большеберцовой мышцы, снизить степень склеротизации на фоне стимуляции ангио- и миогистогенеза, что дало авторам право предположить улучшение основной функции мышц (функции сокращения) в отдаленные сроки эксперимента [59]. Исследователи по результатам эксперимента сделали заключение о целесообразности применения физиотерапевтической процедуры с терагерцовым излучением для пациентов ортопедотравматологического профиля в целях сокращения сроков лечения, реабилитации и улучшения функции конечности [59].
Анализируя источники литературы, посвященные теме обзора, мы пришли к выводу, что опыт применения волн данного диапазона в клинической практике у ортопедотравматологических больных достаточно скромен. Мы встретили лишь единичные сведения о применении ЭМВТГД в комплексном восстановительном лечении пациентов с переломами костей конечностей. Авторы сообщали, что при воздействии данными волнами улучшалась динамика сращения перелома [49], не наблюдались посттравматические осложнения (тромбоз, оссификация мягких тканей) [60—62]. Также имеется работа по применению КВЧ-терапии у пациентов с колото-резаными ранениями груди, в которых указано на предотвращение развития изменений реологических свойств крови после данной физиотерапевтической процедуры [63]. Показана эффективность применения КВЧ-волн при лечении травм мягких тканей (скелетные мышцы и сухожилия) [64].
Обсуждение
Резюмируя приведенные данные клинико-экспериментальных работ, необходимо заметить, что исследование механизмов регуляции регенерационной способности соединительной ткани и создание научных основ ее управления с помощью приборов современной электроники являются перспективными задачами в области разработки биомедицинских технологий [40].
Доказано, что терагерцовые волны обладают способностью восстанавливать при различных заболеваниях нарушения регионарного и органного кровотоков, микроциркуляции, реологических свойств крови, предупреждают развитие внутрисосудистого свертывания крови, проявляют противовоспалительное и обезболивающее действия, нормализуют перекисное окисление липидов клеточных мембран и антиоксидантную защиту, обладают антистрессорным эффектом.
Анализируя источники литературы, можно заключить, что ЭМВТГД в настоящее время применяются в медицине главным образом как биофизический фактор коррекции микроциркуляторных нарушений. Данные литературы свидетельствуют, что миллиметровые волны эффективны при многих хронических заболеваниях как в качестве монотерапии, так и в комбинации с другими физическими методами и медикаментозными средствами, усиливая и закрепляя лечебное действие последних [65—67]. При этом возможности ЭМВТГД в клинической практике пока нашли свое применение в комплексном лечении пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями и в неврологии.
Опыт применения ЭМВТГД в практике травматологии и ортопедии пока незначителен по ряду причин. Во-первых, отсутствует достаточная экспериментальная база по применению данных волн для стимуляции тканей и органов при повреждении опорно-двигательного аппарата. Во-вторых, не совсем четко определены показания и область применения данной технологии для пациентов ортопедотравматологического профиля.
Данный обзор, по нашему мнению, дает основание предложить ответ на вопрос о клиническом применении ЭМВТГД в травматологии и ортопедии. Исходя из данных фундаментальных исследований и опыта клинического применения, можно сказать, что наибольший стимулирующий эффект ЭМВТГД проявлялся в случаях травмирования (повреждения) параоссальных тканей и органов (мышцы, сухожилия, нервы, сосуды). Соответственно этому показаниями к применению ЭМВТГД в травматологии и ортопедии могут быть:
— скелетные травмы, сопровождающиеся повреждением мягких тканей (сочетанные и множественные переломы, политравма);
— ортопедическая патология, при которой затронуты параоссальные ткани и органы (замещение крупных дефектов, удлинение костей конечностей).
Заключение
Анализ проведенного исследования показал, что системные эффекты, оказываемые ЭМВТГД, обеспечивают коррекцию таких патофизиологических нарушений, как гипоксия, гиперкоагуляция и снижение иммунитета. Учитывая, что данные нарушения наиболее часто развиваются у пациентов с тяжелой множественной и сочетанной травмой, а также с политравмой, можно полагать, что применение ЭМВТГД в комплексном лечении таких больных является достаточно перспективным методом стимуляции у них репаративных процессов, тем более первые результаты, описанные в литературе, выглядят вполне оптимистичными.
Дополнительная информация
Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.
Сведения об авторах
Лукин Станислав Юрьевич, к.м.н. [Stanislav Yu. Lukin, MD, PhD]; адрес: Россия, 620007, Екатеринбург, ул. Центральная, 2 [address: 2 Centralnaya str., 620007 Ekaterinburg, Russia]; https://orcid.org/0000-0002-0481-4285; eLibrary SPIN: 5933-2437; e-mail: lukin-s.u@mail.ru
Солдатов Юрий Петрович, д.м.н., профессор [Yuriy P. Soldatov, MD, PhD, Professor]; https://orcid.org/0000-0003-2499-3257; eLibrary SPIN: 9579-0144; e-mail: soldatov-up@mail.ru
Стогов Максим Валерьевич, д.б.н., доцент [Maksim V. Stogov, Dr. of Biology]; https://orcid.org/0000-0001-8516-8571; eLibrary SPIN: 9345-8300; e-mail: stogo_off@list.ru