Применение перфорации мениска двухволновым волоконным лазерным аппаратом ЛСП - «ИРЭ-Полюс» (НТО «ИРЭ-Полюс», Россия) при выполнении артроскопического шва

THE DEPARTMENT OF TRAUMATOLOGY AND ORTHOPEDICS

Введение: Шов поврежденных частей мениска через артроскопический доступ является единственным методом сохранения мениска. Однако, не всегда срастается. И это является проблемой, которая нас заинтересовала и подтолкнула к её решению. Лазерные технологии хорошо показывают результат в различных исследованиях, и это послужило заделом для проведения первым этапом экспериментальной работы. Мы применили на эксплантах методику воздействия лазером, а именно микроперфорацию.

Цель: Оценить результат экспрементальной работы лазерной перфорации двухволновым волоконным лазерным аппаратом ЛСП – «ИРЭ-Полюс» (НТО «ИРЭ-Полюс», Россия) на эксплантах менисков с целью оценки использования лазерных технологий в сочетании с артроскопическим швом мениска коленного сустава для улучшения результатов лечения.

Методы: Были взяты фрагменты ткани мениска, изъятые при оперативном вмешательстве эндопротезирования коленных суставов, выполнялась лазерная обработка, с последующим гистологическим исследованием.

Результаты: Из всех трех исследованных параметров воздействия лазерного излучения на ткань мениска режим импульсно-периодического воздействия длинной волны 0,97мкм., мощностью - 15 Вт на входе, длинной волны 1.56 мкм мощность - 2 вт на выходе наиболее оптимален. При этих параметрах фокус лазерного воздействия имеет наименьший диаметр. Не было обнаружено признаков коагуляции и карбонизации в краях очага лазерного воздействия. Практически отсутствовал отек пучков волокон и волокон, как по периферии фокуса лазерного воздействия, так и в ближайших, прилежащих участках, т.е. отсутствовала опосредованная реакция. При этом параметре лазерного воздействия мы смогли добиться локального воздействия.

Заключение: на основании гистологического анализа мы пришли к выводам, что метод результативен. Изучение вопроса сочетания методов артроскопического шва и лазерной перфорации повреждений мениска по сравнению с методами механической травматизации (обработка шейвером, рашпилем) и влияние данного метода на клеточную пролиферацию и кровоснабжение в зоне разрыва мениска, за счет перфорации мениска требует дальнейшего исследования в клиническом этапе.

Финансирование: исследование не имело спонсорской поддержки.

Конфликт интересов: авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Этическая экспертиза. Исследование одобрено этическим комитетом.

THE USE OF MENISCUS PERFORATION WITH A TWO-WAVE FIBER LASER DEVICE LSP -"IRE-POLE" (NTO "IRE-POLUS", RUSSIA) DURING ARTHROSCOPIC SUTURE

ALEXEY V. LYCHAGIN, PAVEL I. PETROV, IVAN N. TARABARKO, ANNA A. PODLESNAYA,

VASILIY V. NEDOLIVKO, PAVEL A. PRZHEVALSKII

Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education I.M. Sechenov First Moscow State Medical University of the Ministry of Health of the Russia (Sechenov University), 119991, Moscow, Russia

Introduction: Suturing the damaged parts of the meniscus through arthroscopic access is the only method of meniscus preservation. However, it does not always fuse. And this is the problem that we were interested in and prompted us to address it. Laser technology shows good results in various studies, and this served as a basis for the first stage of experimental work. We applied the laser technique, namely microperforation, on explants.

Purpose: To evaluate the result of experimental work of laser perforation by two-wave fiber laser device LSP - "IRE-Polus" (NTO "IRE-Polus", Russia) on meniscus explants in order to assess the use of laser technology in combination with arthroscopic suture of the knee joint meniscus to improve the treatment results.

METHODS: Fragments of meniscus tissue extracted during surgical intervention of knee joint endoprosthesis were taken, laser processing was performed, followed by histologic examination.

Results: From all three investigated parameters of laser radiation exposure on meniscus tissue the mode of pulse-periodic exposure with a wavelength of 0.97 microns, power - 15 W at the input, wavelength of 1.56 microns power - 2 W at the output is the most optimal. At these parameters the focus of laser influence has the smallest diameter. There were no signs of coagulation and carbonization in the edges of the laser exposure focus. There was practically no edema of fiber bundles and fibers both at the periphery of the focus of laser exposure and in the nearest, adjacent areas, i.e., there was no mediated reaction. With this parameter of laser exposure, we were able to achieve a localized effect.

Conclusion: on the basis of histologic analysis, we came to the conclusion that the method is effective. The study of the combination of arthroscopic suture and laser perforation of meniscus injuries in comparison with the methods of mechanical traumatization (treatment with a shaver, rasp) and the influence of this method on cell proliferation and blood supply in the meniscus tear zone due to meniscus perforation requires further investigation in the clinical stage.

Conflict of interests: the authors declare no apparent and potential conflicts of interest related to the publication of this article.

Funding: the study had no sponsorship

Актуальность темы.

Коленный сустав - наиболее травмируемый сустав человеческого организма. Лидирующее место в структуре его повреждений занимают разрывы менисков [1,2]. Мениск – это волокнисто хрящевая анатомическая структура серповидной формы, выполняющая такие функции как: трансмиссия нагрузки, абсорбция шока, лубрикация сустава, стабилизация коленного сустава [3,4,5,6,7]. В настоящее время распространенность повреждения менисков коленного сустава составляет 61 случай на 100 000 населения. Наиболее подвержены к подобным травмам трудоспособные молодые пациенты, с пиком заболеваемости в 21-30 лет [8].

Общеприняты два метода лечения повреждений менисков коленного сустава: парциальная резекция и шов мениска. Выделяют красную, красно-белую и белую зону мениска. Разрывы белой зоны мениска в настоящее время лечатся только путем парциальной резекции, когда как разрывы красной и красно-белой зоны могут поддаваться сшиванию [9]. Но распространённость, относительная техническая простота и щадящая постоперационная реабилитация привели к тому, что парциальная менискэктомия коленного сустава была принята травматологами ортопедами за золотой стандарт лечения, не оценивая при этом ни тип, ни топологию разрыва [8,10,11,12]. Мениск не является рудиментарной частью, а напротив, важным, многофункциональным компонентом коленного сустава, следовательно актуальность работ, направленных на сохранение его анатомии не должна вызывать сомнений [3,4,13].

Шов повреждений мениска в красной и красно-белой зоне осуществляется с помощью различных методов (изнутри-наружу, снаружи-внутрь, все внутри), и вопросов у специалистов не вызывает. Проблемой было отсутствие сращения разрывов, которая связанна с гиповаскулярностью и гипоцеллюлярностью менисков [6,14]. На первых порах сшивания мениска под контролем артроскопа была предложена обработка зоны разрыва мениска рашпилем для стимуляции кровоснабжения. Это дало 74 % положительных результатов [15]. В дальнейшем в методику привнесли механическую перфорацию мениска для создания сосудистого канала, который в последующим увеличит кровоснабжение мениска в зоне разрыва. Было произведено сравнение шва мениска с применением перфорации мениска и без него, которое показало, что перфорация мениска способна улучшить сращение мениска в зоне разрыва [16]. Однако волокнистая структура мениска способна облитерировать новосозданный канал прежде, чем он начнет выполнять свою функцию, а также нарушится нормальная архитектоника мениска, что может приводить к ухудшению конгруэнтности и распределения нагрузки между мениском и суставной поверхностью [16,17,18,]. По данным литературы число повторных вмешательств после артроскопического шва мениска составляет от 8 до 28%, в зависимости от хирургической техники, а также 7% осложнений, связанных с повреждением подкожного нерва что побуждает значительное количество специалистов отказываться от сохранных операций, в пользу более радикальных операций [8,19,20].

Использование лазерного излучения в артроскопии коленного сустава уже показало, что способно благоприятно влиять на костную и хрящевую ткань, стимулируя их восстановительные процессы. [21] Используя уже общепринятые подходы в сшивании менисков коленного сустава в комбинации с лазерным излучением можно ожидать увеличения общего числа успешных операций.

Наличие проблем, связанных с несращением мениска после его сшивания, обуславливает необходимость исследования новых методик лечения разрыва мениска. На данный момент существует многообразие методов, которые хоть и препятствуют описанным проблемам, но не могут в полной мере дать положительный результат [15,16].

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ:

Экспланты; двухволновый волоконный лазерный аппарат ЛСП – «ИРЭ-Полюс».

Методика применения лазера:

У всех пациентов основной группы лазерную обработку зоны шва мениска производили по одной методике на одном оборудовании.

Во время хирургического вмешательства применяли двухволновый волоконный лазерный аппарат ЛСП – «ИРЭ-Полюс» (НТО «ИРЭ-Полюс», Россия) с длинами волн излучения λ=0,97 мкм (до 30 Вт) и λ=1,55 мкм (до 15 Вт), с выводом излучения через кварц-кварцевый световод с диаметром светонесущей жилы 600 мкм (регистрационное удостоверение № РЗН 2013/850).

Для краевой обработки зоны шва мениска использовали сочетанное импульсно-периодическое (100мс/50мс) лазерное излучение с λ 0.97 мкм при мощности (8-15 Вт) на выходе + λ 1.56 мкм при мощности 2 Вт.

Применяли световоды с прямым и боковым выводом излучения, выбор вывода излучения зависел от локализации повреждения.

Расстояние от точки вывода излучения световода до поверхности мениска составляло приблизительно 1-2 мм, максимальная длительность воздействия на один участок мениска составляла 2 секунды.

Гистологическое исследование:

Для гистологического исследования были взяты фрагменты ткани мениска, изъятые при оперативном вмешательстве эндопротезирования коленных суставов по поводу гонартроза различной этиологии.

Микроскопически ткань мениска до воздействия лазерного излучения представляла собой волокнистый хрящ с разнонаправленными пучками волокон с относительно равномерным распределением клеток - хондроцитов разной степени дифференцировки. Клетки были округлой или вытянутой формы с крупным, умеренно гиперхромным ядром, небольшой цитоплазмой.

Местами в ткани мениска наблюдался небольшая отечность между пучками волокнистых структур, что, вероятно можно связать как с дистрофическими изменениями, обусловленными основным заболеванием, по поводу которого проведено эндопротезирование, так и реакцией на оперативное вмешательство (рис.1).

Рис. 1. Гистологический препарат. Ткань мениска до обработки лазерным лучом. Окраска гематоксилином и эозином. Х 100.

Образцы менисков были перфорированы лазерным лучом в импульсно-периодическом режиме тремя режимами различных длин волн и мощности на входе и выходе:

1)длина волны 0,97мкм., мощность - 10 Вт на входе., длинна волны 1.56 мкм мощность - 2 вт на выходе (рис.2):

Рис. 2. Двухволновый волоконный лазерный аппарат ЛСП – «ИРЭ-Полюс». длина волны 0,97мкм., мощность - 10 Вт на входе., длинна волны 1.56 мкм мощность - 2 вт на выходе.

• 2)    длина волны 0,97мкм., мощность - 8 Вт на входе., длинна волны 1.56 мкм мощность - 2 вт на выходе (рис.3):

Рис. 3. Двухволновый волоконный лазерный аппарат ЛСП – «ИРЭ-Полюс». длина волны 0,97мкм., мощность - 8 Вт на входе., длинна волны 1.56 мкм мощность - 2 вт на выходе.

• 3)    длина волны 0,97мкм., мощность - 15 Вт на входе., длинна волны 1.56 мкм мощность - 2 вт на выходе (рис. 4):

Рис. 4. Двухволновый волоконный лазерный аппарат ЛСП – «ИРЭ-Полюс». длина волны 0,97мкм., мощность - 15.0 Вт на входе., длинна волны 1.56 мкм мощность - 2 вт на выходе.

Обработанные фрагменты менисков были фиксированы в 10% нейтральном формалине, проведены общепринятой методикой по спиртам возрастающей концентрации, залиты в парафин (рис. 5). Из парафиновых блоков были сделаны срезы толщиной 4-5 мк, окрашены гематоксилином и эозином. Просмотр осуществляли на сканирующем микроскопе (Aperio AT 2 Leica) и микроскопе Nikon eclipse Ni(рис.6).

Рис. 5. А-Макропрепарат (эксплант). Б-Воздействие лазером на макропрепарат.

Рис. 6. Гистологический препарат. Мениск с тремя перфорированными отверстиями лазерными лучами разной длины волны и мощности Окраска гематоксилином и эозином. (HistoScan).

При микроскопическом исследовании перфорационное отверстие в импульсно-периодическом режиме, длиной волны 0,97мкм., мощностью - 15 Вт на входе, длиной волны 1.56 мкм мощность - 2 вт на выходе было представлено крупном фокусом с коагуляцией, немногочисленными признаками карбонизаци, местами пылевидными скоплениями черно-коричневого цвета в краевых отделах. По периферии фокуса лазерного воздействия были видны отечные, разволокненные структуры ткани мениска, разрозненность пучков, местами в виде небольших полостей. Клетки мениска были, располагались неравномерно, как бы в своеобразных лакунах, полиморфны по форме и размеру, имели, преимущественно, округлую форму, небольшое гиперхромное ядро небольшого размера, широкий ободок цитоплазмы (рис. 7,8). На остальном протяжении в ткани мениска, рядом с фокусом воздействия лазерного луча, были обнаружены более мелкого диаметра небольшие полости без признаков коагуляции (отдаленное воздействие).

При лазерной перфорации длиной волны 0,97мкм., мощностью - 8 Вт на входе., длиной волны 1.56 мкм мощностью -2 вт на выходе микроскопически размер фокуса проникновения лазерного луча был меньшего диаметра, по сравнению с предыдущим лазерным воздействием. Признаки коагуляции отсутствовали. Определялась выраженная базофилия волокон ткани мениска, что вероятно, связано с иным перераспределением гликозаминогликанов, чем при использовании лазерного луча предыдущей мощности. Наблюдалась разрозненность, разобщенность волокнистых структур мениска. Отечность волокон была несколько меньше (рис. 9). Клетки располагались неравномерно, в лакунах, имели округлую форму. Ядра уменьшены в размерах, гиперхромны (рис. 10).

При лазерной перфорации длиной волны 0,97мкм., мощностью - 15 Вт на входе., длиной волны 1.56 мкм мощностью - 2 вт на выходе размер фокуса лазерного воздействия был значительно меньше предыдущих режимов, в некоторых образцах определялся с трудом. Элементов коагуляции краев не имел. Сохранялась структура ткани мениска. Отек волокон и между волокнами был незначительный. Клеточные структуры сохраняли свою форму, но располагались в лакунах, были округлой формы, имели умеренно гиперхромное округлого вида небольшое ядро, широкий ободок цитоплазмы (рис. 10).

Рис. 7. Гистологический препарат. Ткань мениска лазерной перфорацией в импульсно-периодическом режиме, длиной волны 0,97мкм., мощностью - 15 Вт на входе, длиной волны 1.56 мкм мощность - 2 вт на выходе. Область перфоративного отверстия входа лазерного луча. Коагуляция краев фокуса лазерного воздействия. Окраска гематоксилином и эозином. Х 100.

Обсуждение.

Швы мениска являются активно развивающейся областью в сфере медицины. Ранее распространенный метод лечения разрывов мениска, заключавшийся в частичном удалении этой ткани, приводил к развитию артроз коленного сустава. С течением времени были разработаны новые материалы для швов мениска, направленные на сохранение его функциональной целостности, амортизации и стабильности коленного сустава. Несмотря на множество причин неудачи при сшивании мени- ска, одной из основных является недостаточная способность мениска к заживлению. В связи с дегенеративными процессами регенеративная способность тканей снижается, особенно у пациентов старшего возраста.

Рис. 8. Гистологический препарат. Ткань мениска лазерной перфорацией в импульсно-периодическом режиме, длиной волны 0,97мкм., мощностью - 15 Вт на входе, длиной волны 1.56 мкм мощность - 2 вт на выходе. Область перфоративного отверстия входа лазерного луча. Коагуляция и карбонизация краев фокуса лазерного воздействия. Отек между волокон по периферии фокуса лазерного воздействия. Окраска гематоксилином и эозином. Х 200.

Рис. 9. Гистологический препарат. Ткань мениска. Область воздействия лазерной перфорации длиной волны 0,97мкм., мощностью - 8 Вт на входе., длиной волны 1.56 мкм мощностью - 2 вт на выходе. Края фокуса воздействия лазерного луча.

Разволокнение структур мениска. Неравномерное распределение клеточных структур. Окраска гематоксилином и эозином. Х 100.

Применение лазерного излучения в артроскопии коленного сустава уже продемонстрировало свою способность благоприятно воздействовать на костную и хрящевую ткани. Это излучение стимулирует ангиогенез и механически создает каналы для более эффективного заживления. Комбинация утвержденных методик сшивания мениска коленного сустава с лазерным излучением может повысить общий процент успешных операций.

Рис. 10. Гистологический препарат. Ткань мениска. Область воздействия лазерной перфорации длиной волны 0,97мкм., мощностью - 8 Вт на входе., длиной волны 1.56 мкм мощностью - 2 вт на выходе. Края фокуса лазерного воздействия. Волокнистые структуры мениска. Клетки, расположенные в лакунах. Окраска гематоксилином и эозином. Х 200.

Рис.11. Гистологический препарат. Ткань мениска. Лазерная перфорация: длина волны 0,97мкм., мощность - 15 Вт на входе., длинна волны 1.56 мкм мощность - 2 вт на выходе. Фокус лазерного воздействия. Окраска гематоксилином и эозином. Х 100.

Результаты: Из всех трех исследованных параметров воздействия лазерного излучения на ткань мениска режим импульсно-периодического воздействия длинной волны 0,97мкм., мощностью - 15 Вт на входе, длинной волны 1.56 мкм мощность - 2 вт на выходе наиболее оптимален. При этих параметрах фокус лазерного воздействия имеет наименьший диаметр. Не было обнаружено признаков коагуляции и карбонизации в краях очага лазерного воздействия. Практически отсутствовал отек пучков волокон и волокон, как по периферии фокуса лазерного воздействия, так и в ближайших, прилежащих участках, т.е. отсутствовала опосредованная реакция. При этом параметре лазерного воздействия мы смогли добиться локального воздействия (рис. 11,12).

Рис. 12. Гистологический препарат. Ткань мениска. Лазерная перфорация: длина волны 0,97мкм., мощность - 15 Вт на входе., длинна волны 1.56 мкм мощность - 2 вт на выходе. Фокус лазерного воздействия.

Волокнистые структуры ткани мениска. Умеренное количество равномерно распределенных хондроцитов. Окраска гематоксилином и эозином. Х 200.

Заключение:

Таким образом, микроскопическое исследование показало, что менее травматичным лазерным воздействием является перфорация импульсно-периодического режима длинной волны 0,97мкм., мощностью - 15 Вт на входе., длинной волны 1.56 мкм мощность - 2 вт на выходе. При этих параметрах фокус лазерного воздействия имеет наименьший диаметр. Не было обнаружено признаков коагуляции и карбонизации в краях очага лазерного воздействия. Практически отсутствовал отек пучков волокон и волокон, как по периферии фокуса лазерного воздействия, так и в ближайших, прилежащих участках, т.е. отсутствовала опосредованная реакция. При этом параметре лазерного воздействия клеточные структуры с признаками минимальных изменений: оставалась сохранность гистоархи-тиктоники в виде относительно равномерного распределения клеток, близкая к участкам до лазерного воздействия. Ядра клеток были незначительно уменьшены в размерах. Отсутствовала выраженная гиперхромность ядер.

Из всех трех исследованных параметров воздействия лазерного излучения на ткань мениска режим импульсно-периодического воздействия длинной волны 0,97мкм., мощность

ю - 15 Вт на входе., длинной волны 1.56 мкм мощность - 2 вт на выходе наиболее оптимален.