Научная статья на тему 'Часть I. лазерные воздействия на роговицу: современные тенденции и направления развития. Поиск новых решений'

Часть I. лазерные воздействия на роговицу: современные тенденции и направления развития. Поиск новых решений Текст научной статьи по специальности «Медицина и здравоохранение»

CC BY
131
51
Поделиться
Ключевые слова
ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ / СПЕКТРАЛЬНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ / ИНФРАКРАСНЫЙ ДИАПАЗОН СПЕКТРА / УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЙ ДИАПАЗОН СПЕКТРА / КРОССЛИНКИНГ

Аннотация научной статьи по медицине и здравоохранению, автор научной работы — Онищенко Екатерина Сергеевна, Альхави Альфахам Аммар, Новиков Сергей Александрович, Кузнецова Наталия Юрьевна

Данной статьей авторы начинают серию публикаций, посвящённых современным представлениям о тенденциях развития лазерных технологий, применительно к рефракционной хирургии и лечению различных патологических состояний роговицы. Приводятся основные характеристики лазерного излучения и биологических тканей, от которых зависят многочисленные биологические эффекты взаимодействия лазерного излучения с тканями-мишенями. Анализируются параметры низкоинтенсивного и высокоэнергетического излучения, для достижения одного и того же морфологического исхода воздействия формирования фиброцеллюлярной мембраны, изменяющей, как механические характеристики роговицы, так и ее оптические свойства.

Похожие темы научных работ по медицине и здравоохранению , автор научной работы — Онищенко Екатерина Сергеевна, Альхави Альфахам Аммар, Новиков Сергей Александрович, Кузнецова Наталия Юрьевна,

Текст научной работы на тему «Часть I. лазерные воздействия на роговицу: современные тенденции и направления развития. Поиск новых решений»

УДК 617.713-0.85.849.19

часть 1. лазерные воздействия на роговицу: г™™ 57

современные тенденции и направления развития. . .

поиск новых решений

© Е. С. Онищенко, А. А. Альхави, С. А. Новиков, Н. Ю. Кузнецова

Кафедра офтальмологии с клиникой СПб ГМУ им. акад. И. П. Павлова, Санкт-Петербург

ф Данной статьей авторы начинают серию публикаций, посвящённых современным представлениям о тенденциях развития лазерных технологий, применительно к рефракционной хирургии и лечению различных патологических состояний роговицы. Приводятся основные характеристики лазерного излучения и биологических тканей, от которых зависят многочисленные биологические эффекты взаимодействия лазерного излучения с тканями-мишенями. Анализируются параметры низкоинтенсивного и высокоэнергетического излучения, для достижения одного и того же морфологического исхода воздействия — формирования фиброцеллюлярной мембраны, изменяющей, как механические характеристики роговицы, так и ее оптические свойства.

ф Ключевые слова: лазерное излучение; спектрально-энергетические характеристики; инфракрасный диапазон спектра; ультрафиолетовый диапазон спектра; кросслинкинг.

введение

Сегодня трудно себе представить офтальмологию без лазерных методов диагностики и лечения заболеваний и травм органа зрения. За 50 лет своего существования в медицине, лазерные технологии претерпели значительные изменения, а многие из них являются кардинальными. Неизменными остаются основные принципы применения лазерного излучения в лечебных целях, основанные на его уникальных и специфических свойствах (не всегда до конца понятных) — механизмах взаимодействия лазерного излучения с тканями-мишенями. В настоящее время, в отечественной и зарубежной литературе опубликовано большое количество работ по различным аспектам взаимодействия лазерного излучения дальней ультрафиолетовой и средней инфракрасной областей спектра с биологическими тканями [1, 24]. Анализ этой литературы показывает, что наибольшее количество исследований выполнено с целью обоснования возможности применения лазерного излучения в лечебных целях и носит описательный характер, что не всегда является достаточным для решения прикладных задач медицинской направленности. Часто не в полной мере соблюдаются принципы метрологического сопровождения экспериментов, не ставятся гигиенические и экологические задачи.

Основными характеристиками лазерного излучения, актуальными для офтальмологии, остаются: длина волны, плотность потока мощности

(энергии), продолжительность воздействия и способ доставки изучения от генератора до ткани-мишени. Немаловажными факторами являются свойства тканей, на которые предполагается производить воздействие (содержание воды, степень пигментации, интенсивность трофических процессов). Только в результате анализа всех этих характеристик в совокупности, можно говорить, о сколько-нибудь осознанном применении лазерного излучения в лечебных целях. В офтальмологии, вследствие возможности получения серьёзных осложнений и побочных эффектов, формальный подход к выбору параметров лазерного воздействия недопустим. Понимание сути воздействия, на основании фундаментальных знаний технической и физической сторон генерации лазерного излучения, пороговых и предельно допустимых уровней воздействия, системы лазерной безопасности, вопросов стандартизации и оптимизации лазерных операций — единственный разумный подход к освоению основ лазерной медицины. Все это и побудило нас к написанию данного цикла статей.

историческая справка

Лазерная офтальмология, несмотря на свой «юный» возраст, имеет в своей истории крупные достижения отечественной лазерной и, что особенно приятно, медицинской школы. Одно перечисление учреждений и организаций, принимавших участие в разработке и медико-биологическом

Рис. 1. Н. Г. Басов, Ч. Таунс и А. М. Прохоров (слева направо)

(фото из монографии Кармачека Ф. «Введение в физику лазеров». М.: Мир, 1980. 540 с.)

обосновании целесообразности применения лазерного излучения для решения тех или иных клинических задач, заняло бы чрезмерное количество строк в этой обзорной статье, однако те из них, которые несправедливо замалчивались, но, несомненно, достойны упоминания, следует перечислить. Это — ГОИ им. Вавилова, ГИПХ, НИИЭФА им. Ефремова, ЦФТИ, НИИ военной медицины МО РФ, ВМедА им. Кирова, СПбГМУ им. акад. И. П. Павлова, которые принимали участие в комплексных научно-исследовательских работах, инициированных правительством РФ и некоторыми министерствами и ведомствами.

От создания первого рукотворного излучателя, который мог реально использоваться для лечения заболеваний органа зрения до сегодняшнего дня, произошло огромное количество открытий и оригинальных технических решений. Первые идеи

о возможности усиления света квантовой системой, находящейся в возбуждённом состоянии были высказаны и обоснованы еще в 1940 году советским физиком В. А. Фабрикантом, а в 1951 году он, совместно с Ф. А. Бутаевой и М. М. Ву-дынским, провел серию опытов по усилению излучений, подтвердивших их теоретические расчёты [6].

В 1954 году отечественные ученые Н. Г. Басов и А. М. Прохоров (рис. 1) в целях усиления и генерации электро-магнитного излучения сверхвысокочастотного диапазона предложили использовать вынужденное излучение «активных» молекул

аммиака [13]. Ими были заложены основы теории и создан действующий образец молекулярного генератора, а также разработаны принципы использования в лазерах трехуровневых квантовых систем и, впервые, высказана идея об использовании отрытых резонаторов, составляющих по настоящее время основу конструкции любого лазера. Внедрение лазеров в медицину началось в середине 1960-х годов сразу после создания создания Теодором Мейманом (рис. 2) первого лазера. В 1960 году в исследовательской лаборатории компании Hughes Aircraft был использован рубиновый стержень с импульсной накачкой, генерирующий красное излучение с длиной волны 694 нанометра [13]. В декабре этого же года, группой ученых, был создан гелий-неоновый лазер, излучающий в непрерывном режиме [5, 9]. Изначально лазер работал в инфракрасном диапазоне, затем был модифицирован для излучения видимого красного света [7, 9]. В 1961 г. появился лазер на неодимовом стекле, а в течение следующих пяти лет были разработаны лазерные диоды, лазеры на красителях, лазеры на двуокиси углерода, химические лазеры.

Естественно, что с появлением первых лазеров, началось изучение их биологического действия: сначала в эксперименте, а затем — с лечебной целью в клинике. Прозрачные для видимого света среды глаза (роговица, хрусталик, стекловидное тело) позволяли неинвазивно доставить излучение видимого диапазона к тканям глазного дна. По-

Рис. 2. Т. Мейман — создатель рубинового лазера (1960)

(фото из монографии Кармачека Ф. «Введение в физику лазеров». М.: Мир, 1980. 540 с.)

видимому, именно поэтому методика лазеркоагу-ляции глазного дна была разработана первой еще в 1963 году [9].

Первые диодные лазеры в России были разработаны в 1962—1965 годах на основе галий-арсенидных структур. В дальнейшем, добавление различных компонентов (индий, фосфор и др.), привело к появлению целой группы диодных лазеров с широким спектром длин волн и параметрами излучения, как в непрерывном, так и в импульсном режимах [1]. В зависимости от механизма воздействия лазерного излучения сформировалось несколько направлений применения лазеров в офтальмологии: лазеркоагуляция, фотодеструкция, фотоиспарение и фотоинцизия, фотоабляция, лазерстимуляция.

В последнее время появились новые мощные источники лазерного излучения. Это, прежде всего, эксимерные лазеры, работающие в диапазоне ультрафиолетовой (УФ) области спектра, а также химические и твёрдотельные лазеры (гольмиевые, эрбиевые, тулиевые), работающие в средней инфракрасной (ИК) области спектра [3, 9, 19, 22, 26].

Если говорить, в историческом аспекте, о первом воздействии лазеров на роговицу, то уже в

1981 году американский физик Srinivasan обнаружил, что ультрафиолетовый эксимерный лазер способен резать живую ткань, при этом, не повреждая окружающие ткани высокими температурами. Автор назвал процедуру холодного испарения тканей «аблятивной фотодекомпозицией» и с 1983 года начал сотрудничество с офтальмологами для усовершенствования процедуры и применения ее для воздействия на роговицу глаза [23]. К 1991 году технология сформировалась и были успешно прооперированы первые пациенты в США и Германии. Необходимо отметить, что важным научным прорывом последних лет является разработка лазеров со сверхкоротким импульсом (10-15), который позволяет производить прецизионные разрезы роговицы, в меньшей степени зависящие от человеческого фактора, чем выкраивание лоскута микротомом [2].

В целом, за время своего существования лазерная техника совершенствовалась в нескольких основных направлениях:

• поиск возможности генерации лазерного излучения новыми активными средами;

• совершенствование генерации излучения

по продолжительности импульса или характера генерации (моноимпульс, излучение с

модулированной добротностью, импульсно-

периодический и квазинепрерывный режимы);

• изучение возможности управления биоэффектами, инициированным взаимодействием с тканью-мишенью путем изменения ее характеристик (фотодинамическая терапия);

• вопросы доставки излучения к тканям-

мишеням.

Все это ведет к разработке и производству новых источников лазерного излучения (рис. 3), к совершенствованию самого медицинского оборудования (улучшение эргономических свойств, дизайна, системы построения алгоритмов взаимодействия хирурга с излучающей аппаратурой и автоматизации многих этапов операции).

| Термотерапия

|Абляция

Фоторазрыв

Фотодинамическая терапия

Вапоризация

I Лазеркоагуляция

1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005

Рис. 3. Внедрение в клиническую практику различных биоэффектов лазерного излучения

физико-технические характеристики лазеров

Лазерное излучение — вынужденное, индуцированное излучение, генерируемое в результате перехода электронов с нестабильного верхнего энергетического уровня, на стабильный низший уровень. Аббревиатура LASER означает сокращение от «Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation».

Для лазерного излучения характерно:

• монохроматичность, то есть генерация в узкой полосе спектра;

• коллимированность — малая расходимость пучка, когда все лучи в одном пучке практически параллельны, что позволяет создать в малом пятне большие плотности энергии или мощности;

• пространственная и временная когерентность (совпадение фаз волны в пространстве и во времени), свойство которое используют преимущественно в диагностических методиках [4]. Получение всего спектра биологических эффектов взаимодействия «лазерное излучение — биоткань» возможно за счет трех основных параметров излучения: длины волны, длительности воздействия и энергетических характеристик.

Оптический спектр электромагнитного излучения, в котором генерируют лазеры, простирается от 10 нм до десятков мкм. Длина волны определяет глубину проникновения излучения в ткани, которая может быть измерена в метрических единицах — микрометрах, миллиметрах, сантиметрах.

В настоящее время доступны лазерные установки с очень широким диапазоном длительности воздействия — от часов и минут до фемтосекунд (10-15 с). Особенности временных характеристик излучения отражаются в спецификации установок — это режимы длительных воздействий: непрерывной генерации (мин, с), свободной генерации (мс — 10-3 с, мкс — 10-6 с), различной длительности импульсов, а также коротких и ультракоротких экспозиций: модулированной добротности (нс — 10-9 с), синхронизации мод (пс — 10-12 с) и другие. С временными характеристиками импульсного лазерного воздействия связана частота следования импульсов, которая измеряется в герцах (Гц). Применение повторяющихся импульсов позволяет добиться количественного выигрыша, например, ускорить процесс разрушения тканей и повысить его эффективность (импульснопериодический режим). С помощью повышения частоты можно получить изменение качества воздействия и импульсный лазер «заставить» работать как непрерывный. В этом случае импульсы

следуют друг за другом с высокой частотой (квази-непрерывный режим) [4].

Энергетические характеристики:

• Мощность излучения измеряется в ваттах (Вт) или в милливаттах (мВт), в системе СИ обозначается Р.

• Интенсивность излучения или плотность мощности — отношение потока излучения к площади поверхности, перпендикулярной к направлению распространения излучения. Единица измерения в СИ — Вт/м2, обозначается Л. В лазерной медицине часто используют отношение Вт/см2

• Энергия излучения выражается в джоулях (Дж) или миллиджоулях (мДж) и обозначается Е.

• Энергетическая экспозиция (доза излучения, Дж) — энергетическая облучённость за определённый промежуток времени.

Следует помнить, что на конечный результат лазерного воздействия влияют не абсолютные величины энергии и мощности, а их плотность, т. е. распределение по площади пятна. В офтальмохирургии применяют пятна диаметром от 50 до 1000 и более мкм в зависимости от конкретной задачи [4, 5, 6].

лазерные воздействия на роговицу

Одним из основных элементов оптической системы глаза, обеспечивающим его рефракцию, является роговица. В офтальмологической практике нашли применение четыре метода рефракционной хирургии роговицы: кератомилез, кератофакия, эпикератофакия, радиальная кератотомия. Несмотря на определённые достижения, при всех этих методах рефракционной хирургии роговицы остаются нерешёнными две важнейшие проблемы. Первая обусловлена недостаточной точностью проводимых разрезов и достижения заданного оптического результата. Вторая проблема, касающаяся в основном первых трех методов, — это проблема регенерации роговицы в зоне хирургического вмешательства. Если в хирургии используется ножевой инструмент, то нет полной гарантии на восстановление и стабильное сохранение прозрачности оптической зоны роговицы [6, 7]. Исследования последних лет, с использованием лазерного излучения в хирургии роговой оболочки, дали обнадёживающие результаты и показали возможность решения данных проблем. В первую очередь, речь идет о лазерах ультрафиолетового диапазона (УФ).

Источниками лазерного излучения УФ-диапазона являются эксимерные лазеры. Ак-

Таблица 1

Зависимость длины волны излучения от состава активной среды эксимерных лазеров

Состав активной среды Длина волны излучения, нм

ArF 193

KrCl 223

KrF 248

XeCl 308

XeF 350

тивной средой для них является смесь инертного газа и галогена. В зависимости от химического состава этой среды изменяется длина волны излучения (табл. 1). Термин «Эксимер» — аббревиатура английского словосочетания exited dimers (возбуждённые димеры), что означает нестабильное, существующее только в возбуждённом электронном состоянии димеров этих газов. При переходе эксимерных молекул в основное состояние испускаются высокоэнергетичные фотоны ультрафиолетового излучения. Длительность импульса излучения составляет десятки наносекунд. Лазеры работают как в режиме одиночных импульсов, так и в частотном режиме, причём частота следования импульсов достигает десятков Гц [8]. УФ излучение является мощным биологическим фактором, оказывающим весьма разнообразные медико-биологические эффекты. Так известно, что достаточно мощное действие УФ-излучения на орган зрения человека вызывает острую, быстро развивающуюся реакцию — электроофтальмию [15—17]. Длительное воздействие низкоинтенсивного УФ-излучения, может не вызывать никаких острых реакций, но приводить к фотостарению кожи, дегенеративно-дистрофическим изменениям оболочек глаза (офтальмогелиозам), развитию новообразований, эндокринопатиям, изменениям в системе крови и другим неблагоприятным последствиям [6, 13, 15,17].

Весьма важными свойствами лазерного излучения с низкой интенсивностью генерации является эффект преобразования морфологической структуры некоторых патологически изменённых тканей, в частности дистрофически изменой роговицы. Применение ультрафиолетового излучения дальнего диапазона (193 нм) в режиме фототерапевтической кератэктомии и ближнего ультрафиолетового излучения (370 нм) низкой интенсивности в сочетании с использованием фотосенсибилизатора (рибофлавина) открыли новые возможности более эффективной терапии таких проблемных патологических изменений рогови-

цы, как кератоконус, кератоэктазии после рефракционных операций и, согласно одиночным сообщениям, буллезной кератопатии, сопровождающейся тяжёлым роговичным синдромом и нередко, блафароспастической слепотой. Патогенетическая основа таких операций заключается в формировании фиброцеллюлярной мембраны, обладающей вполне допустимыми оптическими характеристиками, но при этом имеющей новые физико-химические, коллоидные и механические свойства. Одной из не полностью решённых проблем является оценка экспозиционной и поглощённой дозы излучения, поскольку воздействие осуществляется длительно, и точная фокусировка луча при такой длительности воздействия практически невозможна. Вероятно, научные исследования этого вида фотодинамической терапии переднего отрезка глаза будут сосредоточены вокруг варьирования продолжительности воздействия, энергетических характеристик и поисков адекватных или более эффективных фотосенсибизаторов. Наличие в стандартной процедуре терапии лечебной контактной линзы открывает новые горизонты для научных исследований: из какого материала стоит применить линзу, ее режим ношения и замены, какие лекарственные средства следует использовать для пролонгирования действия и создания терапевтически эффективных концентраций препарата в подвергшихся лазерному воздействию тканях.

Известна попытка улучшать состояние роговицы при эндотелиально-эпителиальной дистрофии при помощи точеных импульсных воздействий лазерного излучения, не проникающего глубже эндотелия (иттербий-эрбиевый лазер с длиной волны 1,54 мкм) и механического разрушения булл. В результате такого воздействия, наступает стойкая дегидратация роговицы, некоторое улучшение ее прозрачности, значительное облегчение степени выраженности роговичного синдрома. Широкого распространения этот метод лечения не получил ввиду отсутствия серийно производимых излучателей необходимых спектрально-энергетических параметров.

Особое место в лазерной хирургии роговицы занимают твёрдотельные лазеры.

Твёрдотельные лазеры (ТЛ) — лазеры, излучающие в средней инфракрасной (ИК) области спектра, в которых в качестве активной среды используется вещество, находящееся в твёрдом состоянии. Излучение данных лазеров характеризуется максимальным поглощением в воде и содержащих воду тканях, что обеспечивает высокую

степень концентрации энергии на участке облучения и минимальное поражение близлежащих слоев биологической ткани. Глубина проникновения излучения в воду составляет всего 1 мкм [28].

При воздействии ИК-В-излучения на глаз происходит повреждение и испарение очень тонких слоев роговицы, конъюнктивы и склеры в зоне лазерного воздействия без заметного теплового поражения ткани вокруг зоны облучения. Такая особенность повреждающего действия излучения этих лазеров сравнима с действием излучения экси-мерных лазеров и происходит по типу фотоабляции (фотодекомпозиции).

Среди твёрдотельных лазеров наиболее перспективным в настоящее время является эрбиевый (Ег^АС). Длина волны генерируемого им излучения — 2,94 мкм. Длительность импульсов составляет примерно от 100 нс (в режиме модулированной добротности) до 100 мкс (в режиме свободной генерации). Частота следования импульсов — десятки герц, а выходная мощность — единицы ватт. Глубина проникновения в биоткань излучения эр-биевого лазера составляет не более 50 мкм и он оказывает исключительно поверхностное воздействие. Такие параметры практически не позволяют коагулировать биоткань. Примерно теми же энергетическими параметрами обладает излучение гольмиевого (Но^АС), работающего в импульсном режиме в среднем инфракрасном диапазоне (длина волны излучения — 2,09 мкм) и тулиево-го (Тт) лазеров (длина волны излучения — 1,93 мкм), хотя длительность импульса у них несколько выше (около 800 мкс). Основой Но-лазера является кристалл алюмоиттриевого граната, активированный ионами гольмия, его излучение хорошо поглощается биотканью. Глубина его проникновения в биоткань составляет около 0,4 мм. Благодаря поверхностному воздействию эрбиевого и гольмиевого лазеров становится возможным избирательно коагулировать участки фиброзной капсулы глаза без риска повреждения глубжележащих тканей и структур [2]. Экспериментальное и клиническое изучение этого воздействия показало высокую эффективность лазеркоагуляции роговицы при поверхностных и стромальных гнойных, грибковых и вирусных (герпетических) язвенных кератитах, опухолях, эпителиально-эндотелиальных дистрофиях, васкуляризированных бельмах роговицы при подготовке к кератопластике и других заболеваниях роговицы. Применение в этих случаях твёрдотельных лазеров позволяет добиться достаточной радикальности, хороших оптических и косметических результатов [14].

Отдельно необходимо отметить методику кросслинкинга коллагена роговицы, которая представляет собой метод фотополимеразации стромальных волокон, возникающий в результате комбинированного влияния фотосенсибилизирующего вещества в виде рибофлавина (витамина В2) и ультрафиолетового излучения. Он известен также как C3-R, UVA method, UV-x-linking, crosslinking method и CCL method. В русскоязычной литературе применяется термин: поперечная сшивка коллагена роговицы (ПСКР). Данная методика была предложена Т. Зейлером (Швейцария) в 1999 году с целью лечения ряда глазных заболеваний, в частности приостановки прогрессирования кератоконуса. Интересен факт, что идея пришла автору во время лечения у стоматолога, когда ему поставили светоотвердевающую пломбу. Первые исследования в этой области начались в 1990 году [18]. Их целью была попытка оценить возможность склеивания роговичного коллагена в биологическом окислительном процессе под воздействием тепла, энзимов или излучения определённой длины волны, что приводило бы к повышению резистентности стромального коллагена. Позднее, появилась работа Каспаровой Е. А., в которой впервые разработан и успешно применён патогенетически обоснованный метод эксимерлазерной хирургии начального кератоконуса, включающий комбинацию фоторефракционной кератэктомии (ФРК) и фототерапевтической кератэктомии (ФТК) [8]. Однако данная методика сопровождалась большей инвазивностью. В результате проведённого ряда работ, была разработана процедура роговичного кросслинкинга, которая стала наиболее эффективной и безопасной техникой. Процесс лечения заключается во временном приостановлении прогрессирования кератоконуса в рефракционной стадии за счет повышения биомеханической стабильности роговицы и склеивания коллагеновых фибрилл. Кроме того, данный метод может быть эффективным при лечении буллезной кератопатии, сопровождающейся болевым синдромом, и при кератомаляции различного генеза. Ультрафиолет и рибофлавин обладают антибактериальным и противоотечным действием. В связи с этим, метод роговичного кросслинкинга рекомендуется в лечении язвы роговицы. Более широкие показания к выполнению роговичного кросслинкинга были сформулированы Т. Зейлером в ходе курсов по кросслинкингу на международном конгрессе в Берлине, в сентябре 2008 года. Это — кератоконус; пеллюцидная

Деструкция роговичного эпителия

Рис. 4. Схема кросслинкинга

маргинальная дистрофия; ятрогенная керато-эктазия — кератоконус, возникший после проведения ЛАСИК; кератомаляция, как правило сопряжённая с аутоиммунными процессами; буллёзная кератопатия. Но показания к крос-слинкингу меняются год от года — появляются все новые и новые состояния, при которых метод оказывается эффективным. Это связано с возможностью применения разных режимов воздействия фотосенсибилизаторов, комбинации с фармакотерапией.

Вся операция (рис. 4) роговичного кросслинкинга проводится под местной анестезией. Первый этап — механическая скарификация верхнего с лоя эпителия роговицы — для л учшего проникновения рибофлавина (витамина В2), который инстиллируют на роговицу. Пропитывание роговицы раствором витамина В2 защищает глуб-жележащие структуры от воздействия ультрафиолета. На втором этапе, на роговицу пациента в течение 30 минут воздействуют лучом УФ-света, что сопровождается фотохимической модификацией коллагеновых волокон роговицы. Для этого ультрафиолетовое изл учение с длиной волны 365 нм фокусируют на вершине роговицы, источник устанавливают на расстоянии 10 — 12 мм. Мощность излучения на поверхности роговицы достигает 5,4 Дж/см2 (3 мВт/см2).

В результате, за счет того, что под воздействием низкоинтенсивного лазерного из л учения

Ткань роговицы до кросслинкинга

Результат перекрестного сшивания

Рис. 5. Ткань роговицы до и после кросслинкинга

в сочетании с фотосенсибилизацией структура роговицы улучшается, сохраняется ее сферичность, процедура рогови чного кросс линкинга может предотвратить или отложить на долгое время необходимость хирургической трансплантации роговицы. На рисунке 5 показано, как в волокна х стромы роговицы образуются новые перемычки, укреп ляющие структ уру ткани. Фотополимеризация усиливает прочностные свойства роговичного коллагена — а именно ригидность, и, таким образом, его устойчивость к развитию кератоэктазии.

Таким образом, имеющиеся в литературе сообщения о действии излучения лазеров в диапазоне длин волн 1,4—3,0 мкм не многочисленны и противоречивы. Биологическое действие этих диапазонов лазерного излучения изучено недостаточно. Предельно допустимые уровни для этого диапазона волн определены методом экстраполяции по результатам исследований других диапазонов спектра. Кроме того, математические модели, созданные для определения пороговых уровней УФ-излучения, могут иметь существенные ограничения и требуют экспериментальной проверки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Офтальмология — это специальность, которая наиболее широко и успешно использует все достижения лазерных технологий. На сегодняшний день

интенсивно развивается физика лазеров и внедрение в клиническую практику различных биоэффектов лазерного излучения.

Лазерная хирургия роговой оболочки глаза является одним из перспективных направлений офтальмологии и дальнейшее ее развитие позволит разработать эффективные и малотравматичные методы лечения данной патологии.

Продолжение следует

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Актуальные проблемы лазерной медицины: сборник научных трудов / под ред. Н. Н. Петрищева. — СПб.: СПбГМУ, 2006. — С. 374.

2. Ахметзянов И. М., Новиков С. А., Бойко Э В., Пирожков В. И., Зеленцов И. В. Гигиенические аспекты лазерной безопасности в медицине / Под ред. В. И. Свидового. — СПб.: Изд-во СПб ГМА им. И. И. Мечникова, 2005. — 83 с.

3. Березин Ю. Д., Бойко Э. В., Волков В. В. и др. Особенности коагуляционного действия излучения ИК (1-3 мкм) лазеров на роговицу глаза // Офтальмологический журнал — 1996, № 4. — С. 238-244.

4. Бойко Э. В. Лазеры в офтальмохирургии: Теоретические и практические основы // Учебное пособие — Санкт-Петербург, 2003.

5. Виноградов А. Б., Чемурзиева Н. В. Морфологические изменения тканей после воздействия низкоинтенсивного лазерного излучения (НИЛИ) в эксперименте (электронномикроскопическое исследование) // Лазерная и магнитная терапия в экспериментальных и клинических исследованиях: Тез. докл. — Обнинск, 1993. — С. 30-31.

6. Гамалея Н. Ф. Механизмы биологического действия излучения лазеров // Лазеры в клинической медицине. — М.: Медицина, 1981. — С. 35-85.

7. Гацу Н. Ф. Инфракрасные лазеры (1-3 мкм) в хирургии наружных отделов глаза (клинико-экспериментальное исследование): Автореф. дис. ... д-ра мед. наук. — СПб., 1995.

8. Каспарова Е. А. Ранняя диагностика, лазерное и хирургическое лечение кератоконуса: Автореф. дис. ... д-ра мед. наук. — М.: 2003. — 38 с.

9. Лазеры в офтальмологии / Под ред. Сапрыкина П. И. — Саратов: Изд. Саратовского университета, 1982. — 206 с.

10. Лантух В. В., Пятин М. М., Искаков И. А. и др. Применение УФ эксимерных лазеров в микрохирургии глаза. Препринт 151-86. — Новосибирск: Ин-т теплофизики СО АН СССР. — 1986. — 20 с.

11. Лебедева Л. И., Ахмаметьева Е. М., Ражев А. М. и др. Цитогенетические эффекты УФ лазерных излучений с длинами волн 248, 223 и 193 нм на клетки млекопитающих // Радиобиология. — 1990. — Т. 30, N 6. — С. 821-826.

12. Лебедева Л. И., Ахмаметьева Е. М., Салганик Р И. и др. Хромосомные мутации и регенерация тканей в роговице глаза по-

сле УФ лазерного воздействия. Препринт 164-87. — Новосибирск: Ин-т теплофизики СО АН СССР. — 1987. — 26 с.

13. Неворотин А. И. Введение в лазерную хирургию: Учеб. пособие. — СПб: Спецлит, 2000. — 200 с.

14. Новиков С. А, Пирожков В. И., Ахметзянов И. М., Карпин И. М. Проблемы совершенствования лазерной безопасности в Вооруженных Силах // Актуальные проблемы и перспективы развития военной медицины. — СПб., 2004. — С. 58-70.

15. Преображенский П. В., Шостак В. И., Балашевич Л. И. Световые повреждения глаз. — Л.: Медицина, 1986. — 200 с.

16. Применение эксимерных лазеров в различных областях медицины: Отчет о НИР / НПО ГИПХ; Руководители Чулак Г. М., Кожухова И. С. — Л., 1991. — 76 с.

17. Рэди Дж. Действие мощного лазерного излучения. — М.: Мир, 1974. — 468 с.

18. Семенов А. Д., Магарамов Д. А. Применение лазера в рефракционной хирургии роговой оболочки. // Лазерные методы лечения заболеваний глаз: Сб. науч. трудов. / Под ред. С. Н. Федорова. — М.: МНТК «МГ», 1990. — С. 6-12.

19. Семенов А. Д., Харизов А. А., Бейлин Е. Н. и др. Действие излучения эксимерного лазера на роговицу глаза // Офтальмохирургия. — 1990. — N 1. — С. 18-23.

20. Семенов А. Д., Харизов А. А., Бейлин Е. Н. и др. Предварительные результаты использования эксимерного лазера в хирургии роговой оболочки в эксперименте // Лазерные методы лечения заболеваний глаз: Сб. науч. трудов / Под ред. С. Н. Федорова. — М.: МНТК «МГ», 1990. — С. 13-15.

21. Федоров С. М., Семенов А. Д., Харизов А. А. и др. Экси-мерный лазер в рефракционной хирургии // Избранные вопросы офтальмохирургии: Тезисы Поволож-ской конф. офтальмологов / Под ред. В. М. Малова и В. М. Петухова. — Самара: Самарский медицинский институт, 1992. — С. 95-97.

22. Шоттер Л. Л., Тамкиви Р П., Клементи Т. И. О применении экси-мерных лазеров в рефракционной роговичной хирургии // Вестник офтальмологии. — 1987. — Т. 103, N 5. — С. 4548.

23. Garrison B. J., Srinivasan R. Microscopie model for the ablative photodecomposition of polymers by far-ultraviolet radiation (193 nm) // Appl. Phys. Lett. — 1984. — Vol. 44, N 9. — P. 849-851.

24. Parris J. A. et al. UV-A Biological Effects of ultraviolet Radiation with Emphasis an Human Responses to longwave Ultraviolet / Plenum Pablish Corp. — 1978.

25. Serdarevic O. N., Hanna K., Gribimont A. C. et al. Trepanation har laser Excimer // Ophthalmology. — 1989. — Vol. 3, N 1. — P. 8-10.

26. Trokel S. L., Srinisavan R., Braren B. Excimer laser surgery of the cornea // Amer. J. Ophtalmol. — 1983. — Vol. 96, N 6. — P. 710-715.

27. Wolbarsht M. L. Laser surgery: CO2 or HF // IEEE J. of Quantum Electronics. — 1984. — Vol. 20, N12. — P. 1427-1432.

PART 1. LASER ACTION ON THE CORNEA: CURRENT TRENDS AND DEVELOPMENT DIRECTIONS. SEARCH OF NEW SOLUTIONS

Onischenko E. S., Alhavi A. A,

Novikov S. A., Kuznetsova N. Yu.

G Summary. With the present article, the authors begin a publication series dealing with modern concepts on laser technologies development applied to refractive surgery and to treatment of various corneal diseases. The authors specify the main characteristics of laser radiation and those of biological tissues, which determine numerous biological effects of the interaction of laser radiation with target tissues. Parameters of low-intensity and those of high-intensity irradiation — to achieve the same morphological effect: the formation of a fibro-cellular membrane altering both mechanical and optical corneal properties.

G Key words: laser radiation; spectral and energy characteristics; infrared spectrum range; ultraviolet spectrum range; cross-linking.

Сведения об авторах:

Онищенко Екатерина Сергеевна — клинический ординатор. Кафедра офтальмологии. СПбГМУ им. акад. И. П. Павлова. 197089, Санкт-Петербург, ул. Л. Толстого, д. 6—8, корпус 16. E-mail: katerinaon@mail.ru.

Альхави Альфахам Аммар — аспирант. Кафедра офтальмологии. Кафедра офтальмологии СПбГМУ им. акад. И. П. Павлова. 197089, Санкт-Петербург, ул. Л. Толстого, д. 6—8, корпус 16. E-mail: opht-Alfaham@mail.ru.

Новиков Сергей Александрович — д. м. н., профессор. Кафедра офтальмологии. СПбГМУ им. акад.

И. П. Павлова. 197089, Санкт-Петербург, ул. Л. Толстого, д. 6—8, корпус 16. E-mail: novikov.phd@gmail.com.

Onischenko Ekaterina Sergeevna — MD, resident. Department of Ophthalmology of the I. P. Pavlov State Medical University. 197089, Saint-Petersburg, Lev Tolstoy st., 6—8, building l6. E-mail: katerinaon@mail.ru.

Alhavi Alfaham Ammar — MD, aspirant. Department of Ophthalmology of the I. P. Pavlov State Medical University.

197089, Saint-Petersburg, Lev Tolstoy st., 6—8, building 16. E-mail: opht-alfaham@mail.ru.

Novikov Sergey Aleksandrovich — doctor of medical science, associate professor. Department of Ophthalmology of the I. P. Pavlov State Medical University. 197089, Saint-Petersburg, Lev Tolstoy st., 6—8, building 16. E-mail: novikov.phd@gmail.com.

Кузнецова Наталия Юрьевна — к. м. н., доцент. Кафедра офталь- Kuznetsova Natalya Yurievna — MD, PhD, assistant professor, мологии. СПбГМУ им. акад. Department of Ophthalmology of the I. P. Pavlov State Medical

И. П. Павлова. 197089, Санкт-Петербург, ул. Л. Толстого, д. 6—8, University. 197089, Saint-Petersburg, Lev Tolstoy st., 6—8, build-корпус 16. E-mail: NUglaz@mail.ru. ing 16. E-mail: nuglaz@mail.rn.