The perspectives for of applications of tye high-intensity erbium laser for treatment of chronic wounds

Хронические раны являются распространённым осложнением многих заболеваний, травм и оперативных вмешательств. Согласно современным представлениям, рана считается хронической в том случае, когда она не заживает в течение нормального периода регенерации [15]. Чаще всего хронические раны встречаются в виде язв у пациентов с сосудистыми нарушениями и эндокринной патологией. Причинами возникновения незаживающих раневых дефектов могут быть также травмы, ожоги, аутоиммунные заболевания, неврологические нарушения, вынужденное положение, сердечная недостаточность, опухоли и лучевая терапия [4; 13; 15]. Лечение таких пациентов, как правило, длительное, упорное и требующее значительных экономических затрат [1; 12; 26; 27].

Заболеваемость хроническими ранами в европейских странах достигает 4 % и имеет тенденцию к росту [5]. В России насчитывается не менее 2 млн. человек, страдающих трофическими язвами нижних конечностей, из которых 70% это язвы венозной этиологии [2; 18; 29]. Увеличивается количество диабетических язв, осложняющих течение сахарного диабета у 15–25% больных. При этом до 70% из них подвергаются оперативному вмешательству [12; 28]. Среди всех осложнений у стационарных больных не менее 15% приходится на пролежни [25]. Нередко хронические раны возникают как последствие различных травм и формируются более чем у 10% больных с обширными ожогами [13; 15].

Сложность лечения данной патологии связана не только с наличием фоновых заболеваний, но и с распространением высоковирулентной флоры обладающей резистентностью к противомикробным препаратам, в первую очередь, за счет формирования биоплёнок [12; 15; 24; 30].

В настоящее время существует множество различных методов физического воздействия на раневой процесс [15]. Среди них давно известно лазерное излучение, применение которого не противоречит принципам активной хирургической тактики в отношении гнойных заболеваний [3]. Изменение волновых и мощностных характеристик позволяет использовать лазеры не только для радикального, но и для физиотерапевтического лечения, что объясняется особенностями фотобиологических эффектов, возникающих в тканях [7; 14; 20]. Особый интерес в последнее время представляют некоторые виды высокоинтенсивных импульсных лазеров, применяемых во всех фазах раневого процесса. К ним относится и эрбиевый лазер (Er:YAG) [30].

Эффекты, возникающие при воздействии высокоинтенсивного излучения, имеют свои особенности [9; 30]. Поглощённые оптические волны преобразуются в тепло и приводят к определенным изменениям в биологических тканях. Величина энергии, переданной тканям, определяет степень нагрева субстрата. При повышении температуры до 45 0С возникает отек, который обычно имеет обратимый характер. Нагревание до 60 ОС вызы-

вает денатурацию белка и формирует зону коагуляции. При 100 0С возникает обезвоживание тканей, а при 150 0С — карбонизация с образованием зоны обугливания. Эффект абляции или выпаривание тканей становится возможным при увеличении температуры свыше 300 0С. В этом случае реализуется фотодеструктивный эффект, что позволяет использовать лазер в качестве оптического скальпеля [9]. При лечении гнойных ран с помощью лазерной абляции можно производить не-крэктомию и санацию раневой поверхности от детрита и микробных биопленок [3; 10; 30; 31].

Характер воздействия на ткани определяется не только мощностью лазера, но также зависит от волновых характеристик и режимов генерации излучения, что необходимо учитывать в разных клинических ситуациях. Монохромное излучение с определенным значением длины волны может интенсивно поглощается целевым субстратом (хромофором) вызывая максимальное высвобождение энергии и, следовательно, максимальную термодеструкцию. Так, к примеру, основным хромофором для углекислотного лазера с длиной волны 10,6 мкм является вода. По этой причине такой тип лазеров чаще применяется для бесконтактного рассечения и удаления массива мягких тканей. Длина волны эрбиевого лазера составляет 2,94 мкм, что приходится на пик спектра поглощения воды. Таким образом, коэффициент поглощения такого излучения мягкими тканями максимален, и возникающий эффект фотодеструкции превышает даже углекислотный лазер [9; 30].

Дополнительные возможности для лечения различных, в том числе и хирургических, заболеваний с помощью фракционных высокоинтенсивных лазеров могут быть обусловлены их способностью создавать микроскопические каналы в покровных тканях для более эффективного проникновения некоторых препаратов. Одним из наиболее подходящих для этих целей является эрбиевый лазер, способный работать в необходимом режиме. В настоящее время появляется всё больше публикаций посвященных данной теме, а технология получила название — лазерная абляционная доставка лекарств (LADD) [8; 16].

Основной особенностью эрбиевого лазера является возможность его работы в низкочастотном импульсном режиме. При этом плотность излучения в таких аппаратах, как правило, не превышает 20 Дж/см2. Однако, генерация лазерных импульсов в наносекундном диапазоне позволяет значительно увеличить мощность передаваемой энергии. При этом происходит моментальный нагрев биологических тканей выше 300 0С и их выпаривание (абляция). Низкочастотные (2–4 Гц) лазерные импульсы последовательно удаляют ткани на определенную глубину (до 50 мкм) без образования вторичных коагуляционных некрозов. Такой эффект обеспечивается кратковременностью импульса, в результате чего окружающие ткани не успевают принять тепло от области на которую воздействовал лазер. При этом происходит эффективное

Излучение

Излучение

Углекислотный (СO2) лазер Эрбиевый (Er:YAG) лазер

Рис. 1. Сравнение воздействия на ткани СО₂ и эрбиевого лазеров.

удаление раневого детрита, некрозов и микробных биоплёнок [30; 31]. Это позволяет рассчитывать на ускоренный переход первой фазы раневого процесса во вторую, что иногда может наблюдаться даже после одной процедуры. Излучатели, работающие в непрерывном режиме (углекислотный и некоторые другие лазеры), не способны к столь быстрому нагреву субстрата, вследствие чего рядом с областью воздействия формируются зоны вторичного некроза, что значительно тормозит процессы заживления (Рис. 1).

Наряду с функцией очищения ран, в эрбиевом лазере реализована возможность работы в специальном режиме, стимулирующем регенерацию. Суть данного режима заключается в преобразовании оптической волны в механическую, которая распространяется вглубь тканей. Такое преобразование называется пространственно-модулированной абляцией (SMA) и происходит за счёт эффекта от микровзрывов, возникающих на поверхности субстрата при воздействии лазера. Плотность энергии при этом меньше, чем в режиме санации и не превышает 5 Дж/см2. С помощью специальной насадки световой пучок рассеивается и вызывает точечные микроабляции с минимальным поверхностным повреждением. Возникшие за счет этого акустические волны распространяются в тканях на глубину до 6 мм, образуя участки микросотрясения и микродеструкции (Рис. 2). При этом происходит активация ферментов, повышается активность нейтрофилов, макрофагов и фибробластов, улучшается микроциркуляция в зоне воздействия [30]. В некоторых исследованиях сообщается о молекулярных изменениях и усиленной экспрессии генов после такой обработки эрбиевым лазером [11]. Всё это в совокупности инициирует механизмы ускоренной регенерации тканей.

Рис. 2. Воздействия на ткани эрбиевого лазера в SMA-режиме.

Примечательно, что микродефекты тканей, возникшие после обработки тканей лазером в SMA-режиме, не подвергаются фиброзу, а заменяются функциональными клетками. Это было продемонстрировано в одном из экспериментальных исследований, проведенных на модели цирроза у крыс [19]. В другом исследовании на модели гипертрофического рубца у свиней оценивались различные методы лазерного лечения. В результате, более эффективной оказалась обработка рубцовых тканей эрбиевым лазером, в сравнении с углекислотным. Происходило более выраженное ремоделирование рубца, в тканях увеличивалось содержание матриксных металлопротеиназ, а также белка декорина, угнетающего гиперпродукцию соединительной ткани [17].

Можно предположить, что такие процессы в тканях носят универсальный характер и могут происходить после обработки эрбиевым лазером по краям хронической раны, где увеличение количества функционально активных клеток приводит к ускоренной контракции и краевой эпителизации. В свою очередь, обработка открытой раневой поверхности в SMA-режиме стимулирует формирование грануляционной ткани, что было подтверждено в других экспериментальных работах. При воздействии высокоинтенсивным эрбиевым лазером на хроническую рану у крыс наблюдалось увеличение количества коллагена I и III типов, а также уменьшение сроков заживления в сравнении с группами, в которых лазерное излучение не применялось [23]. В ряде схожих исследований, наряду с ускоренной регенерацией, было отмечено увеличение количества фибробластов, сосудистых факторов роста, металлопротеиназ и некоторых цитокинов, влияющих на течение раневого процесса [7; 22]. В эксперименте на двенадцати здоровых добровольцах, при аналогичной лазерной обработке кожи, по результатам биопсии было выявлено утолщение эпидермиса, увеличение количества тропоэластина и коллагена I, III и IV типов [6].

В клинических исследованиях была также подтверждена эффективность лечения хронических ран с помощью высокоинтенсивного эрбиевого лазера. В работе, проведённой на базе испанской клиники Viamed Monegal, было отобрано 18 пациентов, страдающих трофическими язвами нижних конечностей различной этиологии сроком не менее одного года. Воздействие эрбиевым лазером на раны осуществлялось в режиме абляции, а после очищения раневой поверхности в режиме стимуляции регенерации при помощи SMA-модуля. Оценивалась скорость заживления язв, проводился морфологический анализ и определение степени болевого синдрома до и после лечения. В результате, после 16 процедур в течение 4 месяцев заживление наступило более чем у половины больных. В структуре тканей отмечалось исчезновение поверхностного детрита, наличие функциональных полиморфноядерных клеток, появление фибробластов, формирование новых волокон коллагена и признаки активного неоангиогенеза. Пациенты удовлетворительно переносили процедуру и отмечали снижение болевого синдрома, а по итогам исследования не было выявлено ни одного побочного эффекта [21].

В настоящее время обширный опыт использования эрбиевого лазера для лечения длительно незаживающих ран был обобщен кафедрой трансплантологии Белорусской медицинской академии последипломного образования. На базе городской больницы №9 г. Минска в период с 2013 по 2017 гг. было пролечено 112 пациентов с трофическими язвами, пролежнями, посттравматическими и послеоперационными дефектами мягких тканей. Анализ проведённой работы показал, что воздействие эрбиевого лазера в импульсном режиме позволяет эффективно удалять нежизнеспособные ткани и санировать раневую поверхность с хорошим визуальным контролем. В комплексе со стимуляцией репарации в SMA-режиме удалось уменьшить болевой синдром и сократить сроки заживления ран [30].

Таким образом, применение высокоинтенсивного эрбиевого лазера для заживления хронических ран различной этиологии представляется весьма перспективным. Во-первых, импульсный режим абляции позволяет успешно проводить дозированную некрэктомию и санацию раневой поверхности без формирования зон вторичных некрозов. Во-вторых, стимулирование регенерации в SMA-режиме ускоряет процессы заживления, не вызывая фиброза тканей. Проведение процедур в большинстве случаев не сопровождается дискомфортом, а болевой синдром уменьшается уже через несколько сеансов. Всё это выгодно отличает данный метод от других физических способов локального лечения хронических ран. Очевидно, что существует необходимость дальнейшего изучения воздействия высокоинтенсивного эрбиевого лазера на раневой процесс для более широкого внедрения в клиническую практику.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов (The authors declare no conflict of interest).