Диссертация (1097617), страница 39
Текст из файла (страница 39)
Найдены режимы неабляционного лазерногооблучения роговицы, при которых не происходит необратимых изменений при коррекции ееформы под действием импульсно-периодического лазерного излучения с длиной 1.56 мкмволны. Измерения динамики проходящих видимого и ИК излучений позволяютдетектировать структурные изменения роговицы от обратимого помутнения до денатурации.Показано, что стабильный результат изменения роговицы может быть достигнут примощностях облучения, в несколько раз меньше порогов повреждения роговицы и эпителия ине приводящих к уменьшению ее прозрачности.Полученные результаты являются надежной основой новой лазерной технологии вофтальмологии для лечения миопии, гиперметропии, и астигматизма, а совокупностьтеоретических моделей и оптических методов регистрации структурных изменений вроговице при лазерном воздействии является основой создания контрольных систем собратной связью, обеспечивающих эффективность и безопасность лазерного лечения, в то232время как долговременность данного положительного эффекта остается предметомдальнейших исследований.Разработана новая технология лечения больных резистентной формой первичнойоткрытоугольной глаукомы.
Экспериментально определен режим облучения, при которомсущественно возрастала гидропроницаемость склеры.Установлена чёткая корреляция между результатами измерений гидропроницаемостиобразцов склеры и результатами измерений их оптических характеристик.С помощью атомно-силовой микроскопии показано, что в основе механизмаувеличения гидропроницаемости склеры лежит лазерно-индуцированное формированиеновых пор субмикронного размера без каких-либо существенных нарушений структурысклеры.Существование эффекта значительного увеличения гидропроницаемости склеры впаралимбальной области глаза доказано экспериментально, а долговременность данногоэффекта подтверждена клиническими исследованиями.
Результаты клиническихисследований показали стабильность лазерно-индуцированного гипотензивного эффекта втечение всего срока наблюдения (12 месяцев) и перспективность новой лазерной технологиилечения резистентных форм первичной открытоугольной глаукомы.Для склеры, как и для реберного хряща, показано, что ширина и положениемаксимума распределения лазерно-индуцированных пор по размерам в склере определяютсяразницей между угловой и радиальной компонентами тензора термических напряжений,возникающих при неоднородном лазерном нагреве ткани, что также подтверждаетсяувеличением толщины склеры, зафиксированной с помощью ультразвуковой микроскопии.Максимальная ширина распределения возникает в месте наибольшей разницы (σθ−σr).Полученные результаты являются основой новой лазерной технологии вофтальмологии для нормализации ВГД при лечении глаукомы, а совокупностьтеоретических моделей и оптических методов регистрации структурных изменений в тканяхглаза при лазерном воздействии являются основой создания контрольных систем с обратнойсвязью, обеспечивающих эффективность и безопасность лазерного лечения.233ЗаключениеВ диссертационной работе были исследованы физические процессы, происходящиепри (1) лазерной коррекции формы реберных хрящей, при изготовлении хрящевыхтрансплантатов; (2) лазерной регенерации хрящей суставов; (3) повышении плотностидиагностических матриц; (4) неабляционной коррекции формы роговицы и рефракции глаза;(5) модификации пористой структуры склеры для нормализации ВГД; (6) лазерном удалениепленок вторичной катаракты.Были решены следующие задачи: (1) Построены теоретические модели процессовраспространения тепла и лазерно-индуцированных полей термических напряжений с учетомпространственных и временных особенностей лазерного источника тепла применительно кусловиям лазерной коррекции формы хрящей носовой перегородки и реберного хряща,регенерации суставного хряща, модификации гидропроницаемости склеры и рефракциироговицы глаза; а также при лазерном наплавлении чувствительных элементовдиагностических матриц, которые могут быть использованы для определения типановообразованной ткани при лазерно-индуцированной регенерации.(2) Проведено теоретическое и экспериментальное определение диапазонаоптимальных параметров и механизмов лазерного воздействия (а) для стабильногоизменения формы реберного хряща с сохранением его «каркасной функции» в отсутствииденатурации коллагена; (б) для коррекции формы и рефракции роговицы глаза безповреждения структуры и ухудшения оптических свойств глаза; (в) для удаленияпатологических пленок вторичной катаракты глаза с минимумом побочных эффектов.(3) Исследован механизм лазерной регенерации хрящевых тканей суставов.Проведено моделирование условий управляемой лазерной модификации пористой структурыбиополимеров с целью (а) изменения локальной гидравлической проницаемости пористойструктуры склеры глаза и (б) с целью реализации механизма опосредованного воздействияна процессы пролиферации и модификации хрящевых клеток для регенерации суставногохряща.(4) Проведено теоретическое и экспериментальное исследование механизмов,определение диапазона оптимальных параметров поверхностного лазерного наплавлениятрехкомпонентной среды с сохранением функциональности легкоплавкой составляющей длямоделирования условий создания диагностических матриц.(5) исследованы процессы лазерной модификации структуры биологических тканейоптическими методами для эффективного и безопасного применения лазерной коррекции234формы хрящей носовой перегородки и роговицы глаза, а также для лазерной нормализациивнутриглазного давления.На основе полученных данных могут быть сформулированы следующие Результаты иВыводы:1.
Эффективным механизмом лазерной регенерации хрящей суставов являетсяуправляемая лазерная модификация структуры внеклеточного матрикса, обеспечивающейопосредованное воздействие на процессы пролиферации и модификации хрящевых клеток,выражающееся в (а) формировании в непосредственной близости от хрящевых клеток порсубмикронного размера, способствующих доставке к клеткам питательных веществ; (б)образовании и осцилляциях газовых пузырьков размерами 50-200 нм, осуществляющихтермомеханическое воздействие на клетки с заданной частотой и амплитудой; (в)контролируемом увеличении градиентов температуры в глубине ткани, приводящих кускорению массопереноса в околоклеточном пространстве и обеспечивающем доставку кклеткам сигнальных молекул.2.
Лазерно-индуцированная релаксация напряжений в тканях лежит в основе новыхтехнологий изготовления хрящевых трансплантатов для отоларингологии и коррекциирефракции глаза. Существенную роль в стабилизации лазерно-индуцированноймодификации структуры хрящей и тканей глаза играют газовые микро-пузырьки размерами50-200 нм, образующиеся при лазерном нагреве на 10-20° C вследствие температурнойзависимости растворимости газов. Стабильность таких пузырьков обеспечивается силамиотталкивания положительных ионов кальция, расположенных на поверхности пузырьков.3.
Обнаружен и исследован неаддитивный эффект термомеханического поведенияхрящевой ткани, заключающийся во влиянии последовательности двухстороннего облученияхряща на конечную его форму. Этот эффект проявляется в условиях, когда суммарнаяглубина проникновения лазерного излучения (0,5-1 мм) и глубина распространения теплапри лазерном нагреве (1-2 мм) сравнима с половиной толщины (2-4 мм) пластины реберногохряща, используемой в технологии изготовления хрящевых имплантатов для лечения стенозагортани.4. Изменение микропористой структуры является эффективным методом увеличенияоттока внутриглазной жидкости через склеру, и основой новой технологии нормализациивнутриглазного давления при открытоугольной глаукоме. Долговременная стабильностьположительного эффекта обеспечивается путем формирования в склере глаза стабильныхпор размерами 50-500 нм.2355.
Ширина и максимум распределения лазерно-индуцированных пор по размерам вхрящевой ткани, и тканях глаза определяются разностью между угловой и радиальнойкомпонентами тензора термических напряжений, возникающих при неоднородном лазерномнагреве ткани.6. Установленная корреляция между параметрами оптического пропускания игидропроницаемостью склеры глаза является основой контрольно-измерительных систем,обеспечивающих эффективность и безопасность лазерной технологии нормализации ВГД.7.
Выявлены параметры лазерного излучения, позволяющие модифицироватьструктуру биологических тканей за счет формирования микропористой структуры иобразования микро-пузырьков газа, в процессах изготовления хрящевых трансплантатов, прилазерно-индуцированной регенерации, при коррекции рефракции глаза, удалении пленоквторичной катаракты и нормализации внутриглазного давления. Контроль полей температури термических напряжений, приводящих к необходимой модификации структуры, во всехперечисленных случаях осуществляется путем выбора лазерных параметров и изменениемлазерного источника тепла за счет выдавливания воды и введения поглощающих наночастиц.Это позволяет сохранять жизнеспособность клеточных структур и определяетэффективность и безопасность лазерной модификации хрящей и тканей глаза.236БлагодарностиЯ благодарю всех моих учителей и учеников, в результате взаимодействия скоторыми появилась эта диссертация, а также моих родителей Баум Галину Петровну и БаумИгоря Валентиновича, которые в меня верили и помогали на этом пути.Выражаю свою глубокую признательность моему научному консультанту СоболюЭмилю Наумовичу и всем членам лаборатории «Биофотоники» Института ПроблемЛазерных и Информационных Технологий РАН (новое название: Институт ФотонныхТехнологий Федерального государственного учреждения «Федеральный научноисследовательский центр «Кристаллография и фотоника» Российской академии наук»), скоторыми удалось затронуть и разрешить многие интересные проблемы биофотоники, вособенности Сошниковой Юлии Михайловне и Омельченко Александру Ивановичу.Благодарю за многолетнее творческое сотрудничество коллег Института ФотонныхТехнологий Федерального государственного учреждения «Федеральный научноисследовательский центр «Кристаллография и фотоника» Российской академии наук» запроявленный интерес, плодотворное обсуждение результатов и неоценимую помощь, и,прежде всего, Семиногова Владимира Николаевича, Панченко Владислава Яковлевича,Ульянова Валерия Андреевича и Свиридова Александра Петровича.Благодарю также всех коллег из ведущих медицинских научных учреждений России:Шехтера Анатолия Борисовича, Свистушкина Валерия Михайловича, Баскова АндреяВладимировича, Голубева Владимира Валерьевича, Большунова Андрея Валентиновича,Федорова Александра Александровича, Сипливого Владимира Ивановича, Хомчик ОльгуВладимировну и Гамидова Алибека Абдулмуталимовича.Я признательна также коллегам из других стран: Желтову Георгию Ивановичу,Романову Олегу Геннадьевичу, Романову Геннадию Степановичу, Razansky Daniel,Wachsmann-Hogiu Sebastian, Shnirelman Alexander, Nesterov-Muller Alexander, Thelen Richard,Maerkle Frieder.Значительная часть работ была выполнена при финансовой поддержке РоссийскогоФонда Фундаментальных Исследований.237Список литературы:[Angenedt, 2005].
Angenedt P. Progress in protein and antibody microarray technology // DrugDiscovery Today. - 2005. - V.10. - P.503-511.[Aron et al., 1980]. Aron Rosa D., Aron Rosa J.J., Grieseman J.C., Thyzel R. Use of theneodymium YAG laser to open the posterior capsule after lens implant surgery: Apreliminary report // Amer. Intraocular Imp. Soc. J. - 1980. - V.6. - P.352 - 354.[Baum et al., 2011].
Baum O.I., Soshnikova Y.M., Sobol E.N., Korneychuk A.Ya., ObrezkovaM.V., Svistushkin V.M., Timofeeva O.K., Lunin V.V. Laser Reshaping of Costal Cartilageor Transplantation // Lasers in Surgery and Medicine. - 2011. - V.43. - P. 511-515.[Baum et al., 2013a]. Baum O., Soshnikova Yu., Omelchenko A., Sobol E. Nanoparticles fordiagnostics and laser medical treatment of cartilage in orthopedics // Proc. SPIE. - 2013a. V.8595. - P.85951K1-5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
