Легче с паром: лечить боевые раны будут лазером и горячими пузырьками
Российские ученые разработали метод лечения острых и хронических ран, а также нежелательных образований в тканях и органах. Технология основана на эффекте лазерной кавитации — образования и схлопывания пузырьков пара, вызванных нагревом жидкости под действием лазерного излучения. При этом необходимый рабочий одноразовый инструмент собирают непосредственно перед процедурой. Новый способ показал эффективность в том числе при лечении сложных повреждений, например минно-взрывных ран, полученных во время СВО.
Как воздействуют на ткани лазером
Ученые из Института прикладной математики Дальневосточного отделения РАН и Южно-Уральского государственного медицинского университета предложили новый способ лечения ран и устранения нежелательных образований в биологических тканях. В настоящее время специалисты получают патент на предложенный метод.
Лазерный аппарат
Разработка основана на применении эффекта лазерной кавитации. Это процесс образования и схлопывания пузырьков пара, который вызван нагревом жидкости под действием лазерного излучения.
— Комплекс, который помогает на практике реализовать предложенный подход, включает простой набор оборудования и комплектующих. Его можно собрать непосредственно перед процедурой. Набор включает в себя медицинский лазерный аппарат и кварц-полиамидное оптическое волокно диаметром 0,4–0,6 мм. Если волокно погрузить в воду и подать по нему коротковолновое инфракрасное излучение, которое водой интенсивно поглощается, то она мгновенно закипает на торце волокна, имеющего площадь менее полмиллиметра и где плотность энергии очень высока, — рассказал «Известиям» академик РАН, директор Института прикладной математики ДВО РАН Михаил Гузев.
Кавитация на лазерном нагревательном элементе
Он добавил, что образующиеся при нагреве парогазовые пузырьки быстро схлопываются вследствие контакта с «холодным» окружением, что приводит к генерации горячих струй и образованию ударных волн. Эти процессы воздействуют на патологические образования, разрушая их.
По словам академика, при лечении ран рабочий одноразовый инструмент собирается непосредственно перед процедурой и состоит из двойной трубки, имеющей в конце небольшую общую камеру. По наружной трубке с помощью инфузионной системы (типа капельницы) подается водный раствор антисептика, во внутренней трубке располагается оптическое волокно. Столб жидкости во внутренней трубке высотой около 10 мм поддерживается путем прижатия торца наружной трубки к поверхности раны и регулирования скорости подачи раствора. Торец оптического волокна, на котором возникает лазерная кавитация, располагается в 5–6 мм от поверхности раны, которая лишь слегка нагревается.
Сравнение экспериментальных наблюдений и модельных расчетов
В настоящее время специалисты прорабатывают два направления для практического применения предложенного метода. Первое из них предполагает выполнение устранения патологических структур, таких как кисты, мальформации (клубки кровеносных сосудов), варикозное расширение вен и другие.
— Например, при лечении кисты (патологической полости в тканях, наполненной жидкостью) специалисты, по сути, погружают в нее оптоволокно. Вследствие кавитации на кончике волокна возникают очень тонкие горячие струи. Они аккуратно обрабатывают и уничтожают за счет нагрева внутреннюю выстилку полостных патологических образований, после чего они распадаются, и пациент получает облегчение, — объяснил Михаил Гузев.
Как применять метод во время боевых действий
Другое направление заключается в ирригации инфицированных острых и хронических ран, рассказал ученый. В этом случае благодаря лазерной кавитации происходит направленное орошение жидкостью поверхности ран для удаления продуктов воспаления и подавления жизнедеятельности микробов, стимуляции защитных механизмов в самой ране, ее репаративной регенерации. Этот метод опробован в условиях СВО и показал хорошие результаты.
Как объяснил ученый, прямого бактерицидного действия у предложенной технологии не обнаружено и эффект ускорения санации раны, по-видимому, более сложен. Возможно, он связан с разрушением бактериальных пленок. Вне бактериальных пленок патогенные микроорганизмы становятся более чувствительными к антибактериальным препаратам, сообщил специалист.
Рабочая часть лазерного кавитатора в сборе и комплектующие
Вместе с тем он отметил, что предложенная технология не заменяет хирургических методов обработки раны, таких как вскрытие, дренирование и удаление потерявших жизнеспособность тканей. Задачи предложенного подхода — в переводе раны из фазы воспаления в фазу регенерации и подготовка к закрытию — наложению швов или кожной пластики.
— Преимущество лазерной кавитации — в точности и возможности удалять загрязнения без вреда для биологических тканей. Метод позволяет проникнуть в мелкие полости и неровности. Предложенный способ можно применять для обезвреживания труднодоступных участков тканей, — объяснил соразработчик метода профессор кафедры общей и детской хирургии Южно-Уральского государственного медицинского университета Иван Абушкин.
По его словам, одна из областей, где лазерная кавитация показала свою результативность, — это стоматология. При помощи нее, например, дантисты могут прочищать корневые каналы зубов. Другая сфера — это лечение минно-взрывных ран, при которых происходят обширные и глубокие разрушения органов и тканей. В целом эксперименты показали преимущества лазерной кавитации по сравнению с ультразвуковой. Поэтому спектр ее применений в будущем разнообразен.
В числе прочего технологию можно применять для удаления угревой сыпи на лице у подростков или язвенных образований. Кроме медицины лазерная кавитация может быть востребована при чистке труднодоступных областей в технических системах и механизмах, в том числе миниатюрных.
Развитие метода лазерной кавитации
В дальнейшем ученые планируют усовершенствовать оборудование для лазерной кавитации, оснастив его контрольными датчиками. Принцип их действия основан на том, что при образовании и схлопывании пузырьков возникает шум. Этот эффект можно применить, к примеру, чтобы своевременно ограничить повышение температуры в рабочей области прибора выше допустимого уровня, отметил Михаил Гузев.
Также планируется разработать вычислительный комплекс, который поможет в определении оптимальных параметров воздействия методом лазерной кавитации применительно к каждому конкретному пациенту.
— В клинической работе мы не сталкивались с лазериндуцированной кавитацией, но очень ждем портативные приборы с интуитивно понятным управлением. Также хотелось бы, чтобы лазерная кавитация была безболезненной, не нагревала ткани и жидкости (не вскипала и не вызывала ожоги), — сообщил «Известиям» заслуженный врач РФ, заведующий центром ран и раневых инфекций НМИЦ хирургии им. А.В. Вишневского Валерий Митиш.
Он отметил, что известный эффект ультразвуковой кавитации помогает очищению раневой поверхности от тканевого детрита, влажных некрозов, способствует разрушению микробных биопленок и предотвращает их формирование, улучшает микроциркуляцию раневого ложа и окружающих тканей. По мнению медика, предложенная технология будет иметь похожее действие. Причем при лазерной кавитации будет также возможна противоточная, противовоспалительная и анальгезирующая (обезболивающая) активность.
В дальнейшем, подчеркнул Валерий Митиш, для развития технологии нужны сравнительные исследования применения лазерного излучения различной длины волн и разных растворов (не только физраствор натрия хлорида, но и растворы антисептиков, антибиотиков).
— На рынке представлено много изделий для термокоагуляции (тепловой обработки биотканей). Однако российская разработка не уступает зарубежным образцам. Эффективность новой технологии для разрушения биопленок и удаления нежизнеспособных тканей очевидна и востребована. Тем не менее в представленном виде аппарат создает точечное воздействие, что удлиняет процедуру санации ран, — прокомментировал врач-хирург, главный научный сотрудник НКЦ № 3 РНЦХ имени академика Б.В. Петровского Иван Винокуров.
В целом, по его мнению, технология понятна медицинскому сообществу. Чтобы внедрить ее, нужна производственная база и конкурентная цена.
— Метод ультразвуковой кавитации широко применяют. Но сейчас в медцентрах большинство приборов — преимущественно из Китая. Представленная разработка будет способствовать опережающему импортозамещению — когда отечественные приборы на порядок лучше импортных, — отметила директор АНО «Центр развития научных и образовательных инициатив», соавтор проекта «Наша Лаба» Ольга Тарасова.
Причем, дополнила она, оборудование будет востребовано не только в медицине, но и в общем в науке. Пока разработка не получила регистрационное удостоверение на медицинское изделие, его возможно применять для решения биотехнологических задач.
