Результаты воздействия лазерного излучения среднего инфракрасного диапазона на оболочки глаза

    

    Актуальность

    Современные подходы к лечению витреоретинальной патологии приводят к хорошим послеоперационным результатам и более ранней реабилитации пациентов. В витреоретинальной хирургии прогресс в первую очередь касается инструментов и оборудования, используемых во время операции: витреоретинальные комбинированные системы, ножницы, пинцеты, скраперы, канюли, эндоосветители. Эндолазеры, которые необходимы для рутинной работы витреоретинального хирурга, практически не совершенствуются и используются только для эндолазеркоагуляции сетчатки.

    Перечисленный выше набор инструментов позволяет выполнить весь спектр операций при заболеваниях сетчатки и стекловидного тела, однако существует ряд заболеваний, при которых требуются дополнительные разработки. Например, при пролиферативной витреоретинопатии, пролиферативной диабетической ретинопатии на поверхности сетчатки формируется большое количество эпиретинальных мембран, шварт, новообразованных сосудов, которые зачастую не всегда удается удалить без сопутствующих интраоперационных осложнений, таких как отслойка сетчатки, ятрогенные разрывы сетчатки, субретинальное кровоизлияние, гемофтальм.

    Данные осложнения существенно снижают послеоперационные функциональные результаты и требуют повторного эндовитреального вмешательства. Чтобы минимизировать их возникновение, необходимы инструменты, которые позволят осуществить удаление шварт, мембран с поверхности сетчатки без тракционного воздействия на нее и, как следствие, без ее повреждения. В качестве альтернативы механическим инструментам, возможно, могут выступать лазеры, работающие по принципу «лазерного скальпеля», с помощью которых можно добиться реза биологических тканей без кровоизлияний и с высокой прецизионностью. В их основе лежат механизмы воздействия лазерного излучения на биологические ткани – фотоабляция, фотоинцизия, фотодеструкция.

    Понятие «лазерный нож» напрямую связано с изобретением в 1964 году C.K. Patel СО-2 лазера [6], который получил широкое распространение в хирургии за счет сокращения экссудативной фазы воспаления, раннего формирования грануляционной ткани, отсутствия грубой рубцовой ткани на месте воздействия лазерного излучения.

    Следует обратить внимание, что все лазеры подобного типа имеют либо ультрафиолетовую (150–200 нм), либо инфракрасную (ИК) длину волны от 0,75 мкм до 11 мкм. Наибольший интерес может иметь лазерное излучение среднего (3–8 мкм) ИК диапазона. В этих диапазонах длин волн находится пик спектрального поглощения воды – 3 мкм и пик спектрального поглощения белков – 6–8 мкм. Воздействие лазерным излучением с указанными длинами волн может обладать высокой прецизионностью реза с небольшой зоной коллатерального повреждения. Таким образом, необходимо провести серию экспериментов по изучению лазерного излучения среднего инфракрасного диапазона на оболочки глаза.

    Цель.

    Цель данного исследования оценить воздействие лазерного излучения среднего инфракрасного диапазона на оболочки глаза.

    Материал и методы

    В качестве лазера была использована экспериментальная лазерная установка «Лазерный скальпель среднего ИК-диапазона 2–8 мкм для прецизионной хирургии», разработанная в ГОИ им. С.И. Вавилова. Это первый компактный лазер, перестраиваемый в среднем ИК-диапазоне с параметрами, необходимыми для проведения медико-биологических экспериментов.

    В этом исследовании нами была выбрана длина волны 3 мкм, что совпадает с пиком спектрального поглощения воды. Работа лазера на данной длине волны, на наш взгляд, может быть довольно перспективной в плане минимального коллатерального повреждения ткани в месте воздействия лазерного излучения.

    В качестве объекта воздействия использовали сетчатку, хориоидею, склеру свиных глаз. После энуклеации свиные глаза были препарированы. Вначале выполняли вскрытие глазного яблока по экватору, затем корнеосклеральную часть убирали, а из оставшегося глазного бокала удаляли стекловидное тело. Следующим этапом разрезали глазной бокал до ДЗН в виде лепестков цветка на четыре части, чтобы было возможным расположить оболочки на плоской поверхности. Дополнительно, чтобы избежать смещения сетчатки относительно сосудистой оболочки их фиксировали к поролоновой подложке. Непосредственно перед воздействием лазерным излучением, поверхность тканей высушивали с помощью тупфера. В промежутках между нанесением лазерных импульсов для предотвращения пересыхания оболочек их орошали сбалансированным солевым раствором.

    Выполняли нанесение лазерного излучения на ткань в режиме: 1) одиночные импульсы, 2) имитация реза скальпеля при непрерывном излучении. Параметры лазерного излучения: длина волны – 3 мкм; энергия излучения – 1, 2 и 3 мДж; частота излучения – 100 Гц (одиночный импульс), 1000 Гц (непрерывный). Воздействие лазерного излучения на ткань осуществлялось в воздушной среде.

    Оценку воздействия лазерного излучения на ткани глаза осуществляли непосредственно в момент работы лазера с помощью фотофиксации, а также посредством сканирующего электронного микроскопа EVO LS10 фирмы Zeiss (Германия).

    После получения изображения на электронном микроскопе в формате TIF c помощью программы GNU Image Manipulation Program рассчитывали глубину и диаметр кратера, ширину коллатерального повреждения.

    Результаты

    В качестве объекта воздействия лазерного излучения использовали сетчатку, сосудистую оболочку, склеру свиных глаз. В водной среде лазерное излучение с длиной волны 3 мкм полностью поглощается с формированием большого количества пузырей без оказания какого-либо воздействия на ткани глаза. Для осуществления воздействия лазерного излучения на ткань в жидкой среде необходимо излучение доставить максимально близко облучаемой поверхности. По причине отсутствия волновода с рабочим наконечником для данного лазера эксперимент выполнен в условиях воздушной среды. Учитывая, что эксперимент проводился более чем через 12 часов с момента энуклеации, в сетчатке свиных глаз наблюдались выраженные явления аутолиза. Поэтому не во всех случаях удавалось сохранить сетчатку на поверхности хориоидеи при удалении стекловидного тела. По этой же причине даже при воздействии одиночным лазерным импульсом с энергией 1 мДж наблюдался сквозной дефект сетчатки.

    При воздействии одиночным лазерным импульсом на собственно сосудистую оболочку глаза с энергией от 1 до 3 мДж глубина кратера составила 110–130 мкм, ширина кратера – 97–122 мкм, зона коллатерального повреждения – 22–28 мкм.

    При воздействии одиночным лазерным импульсом на склеру с энергией от 1 до 3 мДж глубина кратера составила 170–201 мкм, ширина – 260–303 мкм, зона коллатерального повреждения – 57–72 мкм.

    При непрерывном воздействии лазерным излучением на собственно сосудистую оболочку глаза с энергией от 1 до 3 мДж глубина кратера составила в среднем 135 мкм, ширина кратера – 97 мкм, зона коллатерального повреждения – 59 мкм.

    При непрерывном воздействии лазерным излучением на склеру с энергией от 1 до 3 мДж глубина кратера составила в среднем 290 мкм, ширина кратера – 409 мкм, зона коллатерального повреждения – 78 мкм.

    Обсуждение

    Мы изучили эффективность «Лазерного скальпеля среднего ИК-диапазона 2–8 мкм для прецизионной хирургии» в виде абляции поверхности сетчатки, хориоидеи, склеры свиных глаз в воздушной среде без использования системы доставки (волновода). В этом эксперименте оболочки глаза были выбраны в качестве модельной ткани для изучения нескольких потенциальных применений данного лазера в офтальмохирургии. Сквозное рассечение сетчатки может быть полезно при выполнении ретинотомии, однако учитывая тот факт, что рассечение сетчатки удалось достигнуть при одиночном импульсе с энергией 1 мДж, то встает вопрос о невозможности применения данного лазера при рассечении мембран, шварт стекловидного тела, расположенных на поверхности сетчатки, в связи с высоким риском ее повреждения. Возможно, такое выраженное повреждение сетчатки связано с процессами аутолиза в энуклеированных свиных глазах.

    Наиболее близким аналогом при указанных настройках используемого нами лазера выступает Er:YAG-лазер, рабочая длина которого составляет 2,94 мкм. Первые попытки применения данного лазера для заднего отрезка глаза были проведены в 1987 году на экспериментальной модели известным витреоретинальным хирургом G.A. Peyman с соавторами [7]. В 1994 году D. D`Amico с соавторами впервые провели испытание данного лазера на сетчатке энуклеированных глаз кроликов. Согласно результатам исследования, в воздушной среде одиночные импульсы образовывали дискретные кратеры на поверхности сетчатки с глубиной, пропорциональной плотности потока энергии, в диапазоне от 30 мкм для импульса 1,3 Дж/см2 до ретинотомии на всю толщину при 3,9 Дж/см2. Наблюдали зону коллатерального поражения ткани размером от 15 до 40 мкм. Множественные импульсы имели аддитивный эффект. Также частичная абляция внутренней поверхности самой сетчатки может выступать в качестве предварительной модели для абляции тонкого слоя ткани, лежащего на поверхности сетчатки. Таким образом, по их мнению, Er:YAG-лазер может играть большую роль в витреоретинальной хирургии [4].

    Наши результаты отличаются от ряда литературных данных. Возможно, что другие факторы, такие как видовые различия в толщине сетчатки, васкуляризации различной остаточной жидкости на поверхности сетчатки, время проведения эксперимента от момента энуклеации, параметры лазерного излучения, влияют на полученную абляцию. Чем больше остаточной жидкости на поверхности сетчатки, тем больше кратер в ткани.

    Borirakchanyavat и соавторы использовали Ho:YAG-лазер (длина волны лазерного излучения 2 мкм) для рассечения экспериментальных мембран стекловидного тела кроликов. Они пришли к выводу, что плотность энергии в диапазоне 190 Дж/см2 необходима для сквозного рассечения сетчатки, если зонд находится в пределах 1,5 мм от сетчатки. В мембранах, пересеченных Ho:YAG-лазером, отмечена зона коллатерального термического повреждения от 150 до 450 мкм [3], что значительно превышает зону коллатерального повреждения в нашем эксперименте.

    Были попытки использования эксимерного лазера (длина волны 193 нм) для частичной абляции сетчатки и рассечения мембран стекловидного тела. Согласно результатам исследования S. Schastak с соавторами, рассечение сетчатки было возможно только при контактной технике, так как в противном случае энергия лазерного излучения полностью поглощалась тонкой пленкой жидкости между кончиком «скальпеля» и тканью. При частоте импульсов 20 Гц рассечение сетчатки свиньи на всю глубину было достигнуто только при 1,0 Дж/см2. При частоте повторения импульсов 50 Гц даже при 0,05 Дж/см2 можно разрезать сетчатку кролика на всю толщину без гистологического повреждения нижележащего пигментного эпителия сетчатки [8].

    Результаты нашего эксперимента показали, что глубина кратера после воздействия лазером в режиме одиночного импульса при энергии равной 3 мДж составила 130 мкм, в непрерывном режиме с такой же энергией – 150 мкм, а зона коллатерального повреждения – 22–28 мкм и 50–71 мкм соответственно. Учитывая, что в среднем толщина собственно сосудистой оболочки у человека в возрасте старше 50 лет составляет в среднем 230–250 мкм [1, 2], то при данных параметрах лазера рассечение сосудистой оболочки будет не сквозным. Однако при увеличении энергии излучения, что позволяют выполнить настройки лазерной системы, возможно добиться сквозного рассечения хориоидеи без риска значительного увеличения коллатерального термического повреждения ткани. Это может быть полезным при эндорезекции опухолей сосудистой оболочки глаза и пересадке комплекса «пигментный эпителий сетчатки – хориоидея».

    Результаты эксперимента показали, что ширина и глубина кратера, зона коллатерального поражения в склере значительно больше, чем в сосудистой оболочке глаза при аналогичных параметрах лазерного излучения. Т. Klink с соавторами проводили диссекцию корнеосклерального лоскута на энуклеированных свиных глазах при помощи Er:YAG-лазера. Параметры работы лазера были следующими: энергия 75–80 мДж, длительность импульса 50–250 мсек., частота 5–70 Гц. При указанных настройках зона коллатерального теплового повреждения ткани составила 10–30 мкм [5], что в три раза меньше полученных нами результатов, несмотря на то, что энергия излучения в нашем эксперименте была существенно ниже – 1–3 мДж, частота излучения в 100 раз выше. Таким образом, увеличить глубину проникновения лазерного излучения без значительного расширения зоны коллатерального повреждения ткани можно путем увеличения энергии и частоты импульса, а также одновременном сокращении длительности его воздействия.

    Заключение

    В нашем эксперименте мы оценили воздействие лазерного излучения среднего инфракрасного диапазона в воздушных условиях на сетчатку, хориоидею, склеру энуклеированных свиных глаз. Согласно результатам исследования, с помощью данного лазера возможно проводить рассечение тканей глаза, которые могут быть полезны в витреоретинальной хирургии при ретинотомии, выкраивании комплекса «хориоидея – пигментный эпителий» в антиглаукомных операциях при непроникающей глубокой склерэктомии. Однако необходимы дальнейшие исследования по оптимизации таких параметров лазера, как количество импульсов, длительность и энергия импульса. Необходимо разработать волновод и рабочий наконечник лазера, который подойдет для перестраиваемой длины волны «Лазерного скальпеля среднего ИК-диапазона 2–8 мкм для прецизионной хирургии». Дальнейшие исследования будут способствовать развитию лазерной абляции тканей глаза, что может стать альтернативой механическим инструментам для хирургического рассечения и удаления патологических тканей с поверхности сетчатки.