Диссертация (1097617), страница 6
Текст из файла (страница 6)
E.Sobol, O.Baum, A.Omelchenko, Y Soshnikova. Laser and Nanoparticles Applications inOrthopedics for Diagnostics and Healing of Arthritis // Proc. of the twenty fourth annualInternational Laser Physics Workshop (LPHYS'15). - 2015. - P.S3.4.[http://www.lasphys.com/workshops/abstracts/files/2015/75/b9/55/8562f0042c79bd6b59a1ea834a/abstract.pdf].68. Хомчик Ольга Владимировна, Соболь Эмиль Наумович, Баум Ольга ИгоревнаОмельченко Александр Иванович, Щербаков Евгений Михайлович. Терапевтическаяэффективность и механизм лазериндуцированного повышения гидропроницаемости24склеры в лечении резистентных форм глаукомы // Сборник научных материалов 10Съезда офтальмологов России, Москва, 17-19 июня.
- 2015. - C.102.69. Сипливый Владимир Иванович, Большунов Андрей Валентинович, Соболь ЭмильНаумович, Баум Ольга Игоревна, Омельченко Александр Иванович, БубноваИрина Алексеевна. "Лазериндуцированное термомеханическое моделированиероговицы в рефракционных целях". Сборник научных материалов 10 Съездаофтальмологов России, Москва, 17-19 июня. - 2015.
- C.127.70. Василькова Ю.А., Баум О.И., Соболь Э.Н., Южаков А.В. Исследование влияниядеформации на оптические свойства хрящевой ткани // Материалы конференции«Ломоносов-2014», Секция Физика/Медицинская физика [https://lomonosovmsu.ru/archive/Lomonosov_2014/section_25_2674.htm].71. Кесельман М.М., Сошникова Ю.М., Щербаков Е.М., Баум О.И. Влияние толщиныхрящевой пластины на процесс лазерного изменения формы // Материалыконференции «Ломоносов-2014», Секция Химия/Физическая химия - II[https://lomonosov-msu.ru/archive/Lomonosov_2014/section_30_2747.htm].25Глава 1.
Литературный обзорЯвление релаксации напряжений в хрящевой ткани при неразрушающем лазерномнагреве было открыто сотрудником ИПЛИТ РАН д.ф-м.н. Соболем Э.Н. в 1992 году[Helidonis et al., 1993]. С 1993 года группа ученых ИПЛИТ РАН выполняет циклисследований, включающий: (1) изучение биологических и (2) физико-химическихпроцессов в хрящевой ткани при неразрушающем лазерном воздействии; (3) определениеоптимальных режимов лазерного облучения хрящей, приводящих к стабилизации новойформы хрящевых тканей без повреждения межклеточного матрикса; (4) разработкуконтрольно-диагностических методов лазерно-индуцированных изменений биологическихтканей; (5) разработку оборудования для исправления патологической формы хряща носовойперегородки [Баграташвили и др., 2006]. В работе активно участвовали врачиоториноларингологи и морфологи Первого Московского Медицинского Университета им.И.М.Сеченова.Хрящ в силу своего строения обладает «памятью исходной формы» благодарявнутренним напряжениям.
Традиционные хирургические методы изменения формыхрящевой ткани приводят к нарушениям ее клеточных элементов и матрикса, а также часто кпоследующему короблению. Было показано, что с помощью контролируемого икратковременного лазерного нагрева (когда не успевает произойти денатурация), можнозначительно уменьшить механические напряжения и достичь новой стабильной формы.Такой подход может быть применен в различных областях медицины.Деформации хрящевых тканей, нередко являются причиной различных заболеваний.Так в оториноларингологии искривление перегородки носа приводит к затруднению дыхания- одной из самых распространенных патологий, имеющих негативные последствия дляцелого ряда органов и систем человеческого организма. Существующий хирургическийспособ - травматичный, с риском рецидивов и осложнений, от которого воздерживаются вдетском возрасте (пока идет рост и формирование черепа). Появление метода, позволяющегоатравматично устранять деформацию перегородки, позволяет приблизиться к решениюуказанных проблем.Малоинвазивные методы изменения формы хрящевой ткани необходимы также длялечения стенозов трахеи, гортани, изменения формы ушной раковины, крыльев носа.Заболеваниями хрящей позвоночника и суставов страдает более 70% взрослогонаселения планеты.
Традиционные хирургические и терапевтические лечебные воздействия)направлены на ликвидацию острых симптомов или замену разрушенного межпозвонкового26диска (МПД). В последнее время широкое распространение получили миниинвазивныеметоды со следующими преимуществами: минимальная травматичность, отсутствие общейанестезии и сокращение реабилитационного периода. В рамках этого направления сталиразвиваться пункционные способы воздействия, в частности с использованием лазерногонагрева тканей МПД.
Ведется поиск новых подходов к лечению остеохондрозапозвоночника.Несмотря на интенсивное развитие новых хирургических и консервативных методовлечения заболевания суставов - артритов и артрозов, эта социальная проблема далека отрешения. Известно, что образовавшиеся в результате травмы большие поверхностныедефекты суставного хряща никогда не заживают самостоятельно.
Еще болеетрудноизлечимыми является остеоартроз - дегенеративное поражение суставного хряща.Механизм возникновения проблемы связан с низким уровнем метаболизма и низкойпролиферативной активностью хондроцитов в зрелой хрящевой ткани. Среди эффективныхметодов, обеспечивающих замедление процесса дегенерации или восстановлениеутраченных хрящевых структур в результате патологических процессов, наиболееперспективными являются генная терапия, введение в поврежденную ткань факторов роста,трансплантация аутологичных хондроцитов или мезенхимальных стволовых клеток,комбинация последних с биоактивными скаффолдами.Глаукома, и аномалии рефракции и вторичная катаракта - самые распространенныезаболевания глаз, для лечения которых лазеры применяются более 40 лет [Trokel et al., 1983].Самыми распространенными технологиями являются кераторефракционные операции, такиекак фоторефрактивная керактектомия (ФРК), при которой производится локальноеразрушение поверхности роговицы [Camellin 1998] и LASIK (laser in situ keratomileusis) самая распространенная операция в лазерной медицине [Pallikaris et al., 1990].Дальнозоркость лечится с помощью термической кератопластики (ЛТК), при этом изменениерефракции достигается путем лазерно-индуцируемой коагуляции роговицы на периферии,приводя к изменению радиуса кривизны [Thompson et al., 1992].
Однако результатыперечисленных выше операций недостаточно стабильны и не всегда предсказуемы, арегенерационные процессы в поврежденных тканях глаза нередко приводят к регрессуполученного эффекта.271.1. Термомеханическое действие лазерного излучения на хрящевую тканьХрящ состоит из воды (70-80%), сети коллагеновых волокон и протеогликанов.Электростатическое отталкивание между отрицательно заряженными группами вполимерных цепях протеогликанов определяет внутренние напряжения в хрящах[Баграташвили и др., 2006].Результаты исследования механических свойств хрящевой ткани [Sobol et al., 2000c;Омельченко и др., 1999] показали, что при лазерном нагреве хряща до 70° С происходиткратковременное уменьшение величины модуля упругости, что позволяет изменить формуобразца, а после охлаждения механические свойства и прочностных характеристиквозвращаются к исходным значениям.
Исследования лазерной термопластики ушного хрящаобнаружили лазерно-стимулированный процессо регенерации ткани при умеренныхлазерных нагревах [Sobol et al., 2007].Изменения внутренней структуры и механических свойств ткани сопровождаютсяизменениями ее оптических свойств [Sviridov et al., 1998], было показано, что релаксациянапряжений начиналась при достижении 70° C, а временная зависимость интенсивностипрошедшего излучения имеет минимум.1.2. Фазовые переходы и химические процессы при лазерном облучениихрящевой тканиФазовые трансформации и химические процессы в хрящевой ткани под действиемлазерного излучения могут происходить многостадийно: (1) изменение состояния иструктуры внутритканевой воды; (2) изменения в коллагеновой и протеогликановойподсистемах; (3) локальная минерализация; (3) локальное плавление; (4) образованиемикропор в хрящевом матриксе [Sobol et al., 2000c].При облучении хрящевой ткани и ее компонентов (коллагена и протеогликанов)лазерным излучением с длиной волны 1.56 мкм в доабляционном режиме (до 40 Вт/cм2)свободные радикалы не образуются, что подтверждено результатами ЭПР-спектроскопии[Баграташвили и др., 2001], и означает, что разрыва ковалентных связей белковых структурматрикса не происходит.
Протеогликаны - это термостабилизаторы хрящевой ткани, итретичная (трехспиральная) структура коллагена II типа в хряще носовой перегородкиостается стабильной до 100º С [Ignatieva et al., 2004]. Калориметрические, гистологические иферментативные исследования выявили частичную денатурацию коллагена [Sobol et al.,2003; Ignatieva et al., 2005; Yansen et al., 2005; Шехтер и др., 2009]. Значительная денатурация28коллагена (около 15.5%) происходит только при достаточно длительном нагреве. Долядеградированного коллагена в интактных и облученных образцах совпадают, чтоподтверждается гистологическими данными [Sobol et al., 2000a]. На микроскопическомуровне обнаруживается обезвоживание и фибриллизация матрикса после лазерноговоздействия (на суставной хрящ), наблюдается разрыхление коллагеновой структурывследствие увеличения диаметра коллагеновых волокон при лазерном облучении.
Показано,что неабляционный лазерный нагрев выше 70º С длительностью более 10 сек разрушаетрегулярную структуру коллагеновах волокон. Микроскопия атомных сил показалаотсутствие изменения структуры коллагена при лазерном облучении в режимах измененияформы хряща носовой перегородки [Sobol et al., 2000a]. Гистохимический анализобнаруживает частичное разрушение протеогликанов и их агрегатов, замечено такжеснижение молекулярной массы гликозамингликанов.
Исследование морфологии игистологии хрящевой ткани in vivo в режиме оптимального формообразования, показало, чтоблагодаря кратковременности нагрева, хрящевой матрикс не разрушается, и хондроциты,сохраняют жизнеспособность.1.3. Параметры лазерного воздействияИсследования лазерно-индуцированного изменения структуры хрящевой тканивыполнялись после изменения формы с использованием излучения СО2, Но и Er-glassлазеров с длинами волн 10.6мкм, 2.09 мкм и 1.56 мкм, при этом коэффициенты поглощенияизлучения хрящевой тканью для этих длин волн отличаются на два порядка величины[Баграташвили и др., 2006]. Было показано, что для изменения формы без поврежденияхрящевого матрикса необходимо, чтобы глубина проникновения излучения в ткань былапорядка толщины обрабатываемого материала, что может быть обеспечено использованиемэрбиевого волоконного лазера (глубина поглощения около 1 мм) [Sobol et al., 2000c; 2006;Baum et al., 2011].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
