Диссертация (1097617), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Для данной длины волны были подобраны оптимальные режимы лазернойрелаксации напряжений хрящевой ткани носовой перегородки.1.4. Механизмы управляемого изменения формы хрящевой тканиДо начала работ над этой диссертацией было показано, что основным механизмомпроцесса лазерно-индуцированной релаксации напряжений в хрящах является переход водыиз «связанного» состояния в «свободное» [Sobol et al., 2000c], Этот процесс можетсопровождаться: I. Локальной минерализацией биологической ткани за счет нейтрализации29анионных групп протеогликанов ионами Na+ и Ca+ без каких-либо изменений структурыколлагена и протеогликанов; II. Локальной деполимеризация протеогликановых агрегатовпри кратковременном лазерном нагреве до 70° C с последующим формированием вхрящевом матриксе новой протеогликановой структуры; III.
Кратковременными разрывамисвязей между коллагеновой и протеогликановой подсистемами, приводящими к уменьшениюнапряжений в хряще и изменениям пространственной структуры протеогликанов.Полученные экспериментальные результаты объясняются существованием в хрящевомматриксе относительно прочных областей (доменов), разделенных менее прочнымипрослойками (эта информация будет использована в Главе 3 при построении модели ростапористой системы под действием лазерного излучения). Лазерно-индуцированное плавлениеэтих прослоек придает подвижность одним доменам относительно других. Такиммеханизмом может быть обеспечена долговременная стабильность формы хрящей.
IV.Образованием микропор в хрящевом матриксе, обнаруженным при лазерном воздействии нахрящевые ткани перегородки носа, с помощью микроскопа атомных сил, оптическойкогерентной томографии и рамановской спектроскопии [Sobol et al., 2000c]. V.Полигонизацией - изменением организации структуры хондронов [Ignatieva et al., 2007a],когда их выстраивание приводит к уменьшению упругой энергии системы.1.5.
Изменение гидравлической проницаемости хрящевой ткани в результателазерного воздействияБыли проведены исследования изменения водопроницаемости пористой структурысуставного хряща [Omelchenko et al., 2008; Шехтер и др., 2009], зафиксировано увеличениекоэффициента гидравлической проницаемости в 15 раз. Образование суб-мироканалов вхряще подтверждено атомно-силовой микроскопией [Sobol et al., 2000c].
В результателазерного облучения распределение пористой системы становилось шире и асимметричнее.Размер микропор (100 нм-400 нм) соответствовал характерному размеру протеогликана(длина 300-400 нм, ширина 80 -100 нм). Поэтому образование суб-микропор можно связать сотделением протеоглиановых молекул от гиалуроновой кислоты. Эти данные хорошокоррелируют с особенностями светорассеяния [Южаков и др., 2014] хрящевых тканей: сростом температуры происходит увеличение светорассеяния, соответствующее росту числарассеивающих центров из-за кратковременного освобождения протеогликановых единиц.Уменьшение интенсивности рассеянного света при остывании объясняется установлениемновой равновесной конфигурации.301.6. Механизмы лазерной регенерации биологических тканейРегенерация является естественным ответом биологической ткани живых организмовпрактически на любое внешнее повреждающее воздействие. Существует два ее типа - (1)заместительная регенерация (замещение дефекта соединительной тканью, часто собразованием рубца) - это быстрый ответ системы на внешнее воздействие и (2) клеточнаярегенерация (основанная на пролиферации имеющихся клеток) - медленный процесс,приводящий к росту высокоорганизованной ткани [Sobol et al., 2009a; Sobol et al., 2011].Модулированное в пространстве и во времени лазерное излучение порождаетнеоднородное термическое расширение-сжатие и неоднородное пульсирующее полетермомеханических напряжений, активно влияя на функции хондроцитов и способствуя ихбиосинтетической активности и пролиферации.
Микро и нано поры, (в экспериментах пооблучению пульпозного ядра МПД) играют важную роль в улучшении питания истимуляции регенераторного процесса после лазерного воздействия.Повреждение клеток также может привести к репаративному отклику системы, ноэтот механизм регенерации приводит к быстрому росту грубой соединительной ткани [Sobolet al., 2013].1.7.
Лазерная септохондрокоррекция: физические основы технологии и оборудованияМеханизм лазерно-индуцированной релаксации напряжений хрящевой ткани былположен в основу лазерной септохондрокоррекции - нового метода коррекции формыперегородки носа [Ovchinnikov et al, 2002; Баграташвили и др., 2006]. Кратковременностьоблучения гарантирует отсутствие повреждения слизистой оболочки, надхрящницы и хрящаноса. В отличие от традиционного хирургического вмешательства лазернаясептохондрокоррекция является амбулаторной и не имеет возрастных ограничений. Первыеоперации по коррекции формы перегородки носа были проведены проф.
Э.Хелидонисом вЛОР клинике университетского госпиталя Крита, Греция в 1992-1993 гг. Клиническаяапробация технологии лазерной септокоррекции была проведена академиком РАМН Ю.М.Овчинниковым, проф. В.М. Свистушкиным и проф. Г.Н. Никифоровой в ЛОР клиникеПервого Московского Медицинского Университета им. И.М.Сеченова.
c использованиемгольмиевго лазера. В дальнейшем было разработано лазерное оборудование на основеэрбиевого волоконного лазера с длиной волны излучения 1,56 мкм [Sobol et al., 2008b].Оборудование оснащено оптоволоконным инструментом - контактором [Багратшвили и др.,2008a] и контрольной системой отключение излучения при достижении заданной31температуры в зоне облучения. В данной диссертации была произведена оценкаэффективности этой контрольной системы, и разработаны правила калибровки,повышающие ее надежность (Глава 2). После этого с использованием этого оборудования вданной диссертационной работе были проведены изменения формы реберного хряща (Глава4).1.8.
Термомеханическое лазерное воздействие на ткани межпозвонкового дискаМетод лазерного воздействия на хрящи межпозвонковых дисков был разработанСоболем и Басковым [Sobol et al., 2001; Басков и др., 2002]. Было проведено исследованиестабильности коллагена фиброзного кольца (ФК) МПД, изменение биохимического составаФК при лазерном облучении [Ignatieva et al., 2007; Ignatieva et al., 2008].
Экспериментыпродемонстрировали термомеханический характер неоднородного лазерного нагрева,который приводит к изменениям структуры межклеточного матрикса за пределами областитермического воздействия (и тем самым приводит к осложнениям после медицинскоговмешательства). Этими результатами была обусловлена актуальность теоретическихисследований лазерно-индуцированных термонапряжений, проведенных в Главе 3 даннойдиссертации.В процессе облучения пульпозного ядра вблизи торца световода образовывалисьгазовые пузырьки, макро-размеры которых осциллировали с частотой лазерных импульсов[Sobol et al., 2008a].
При этом температура в зоне воздействия не превышала 50° C. Былосделано предположение, что газовые пузырьки образуются за счет температурнойзависимости растворимости газов, содержащихся в межтканевой жидкости. Такое возвратнопоступательное движение в пространстве также способствует активации регенерационныхпроцессов.1.9. Эксперименты in vivo по лазерной реконструкции межпозвонковых дисковЭксперименты in vivo на кроликах совместно с нейрохирургами из клиники«Ортоспайн» и ЦКБ РЖД подтвердили возможность лазерно-индуцированного роста новойхрящевой ткани фиброзно-гиалинового и гиалинового типов [Sobol et al., 2011; Sobol et al.,2013] МПД.
Но в части дисков, подвергавшихся лазерному воздействию, наблюдалосьобразование костно-подобной ткани, содержащей остеоциты и минеральную составляющуюматрикса [Соболь и др., 2013]. Эти результаты показали необходимость исследований32механизмов регенерационного процесса суставного хряща, которые были проведены врамках данной диссертации с целью исключить рост костно-подобной ткани.Оптимальные режимы неабляционного лазерного воздействия были исследованы врамках данной диссертационной работы при воздействии на ПЯ кроликов,импрегнированные рентгеноконтрастным веществом («омнипаком»), используемым длядискографии межпозвонковых дисков перед лазерной реконструкцией межпозвонковыхдисков (ЛРД).1.10.
Моделирование заболеваний суставного хрящаУсловия стимуляции регенеративных процессов в поврежденной хрящевой тканибыли найдены в экспериментах in vivo по изменению структуры суставного хряща кроликапод действием излучения Er-волоконного лазера (λ=1,56 мкм) и Ho-лазера (λ=2,09 мкм)[Шехтер и др., 2001]. Лазерное восстановление хрящей травматических дефектов суставовкроликов рассматривалось в работах [Sobol et al., 2009; Sobol et al., 2013].
Эти исследованиябыли продолжены и расширены в данной диссертационной работе для восстановлениедегенеративных повреждений суставного хряща, которые предварительно моделировалисьна суставах минисвиней с последующим применения лечебного лазерного воздействия(глава 5).1.11. Биофункциональные наночастицы для лазерной инженерии хрящейМагнитные наночастицы (НЧ) оксидов железа (гематит α-Fe2O3, маггемит γ-Fe2O3 имагнетит Fe3O4) часто используются в медицинской диагностике [Хлебцов 2008].
Ихбиофункциональность определяется их формой, размером, структурой и составом [Хлебцов2008; Хлебцов и др., 2010]. В терапевтических целях они применяются для адреснойдоставки лекарственных средств [De Jong et al., 2008; Jordan et al., 1997], в онкологии длягипертермии опухолей (как поглотители электромагнитного излучения) [Jordan et al., 1993].НЧ оксидов железа, поглощающие в ближней ИК-области спектра, могут быть использованыдля диагностики повреждений хрящевой ткани. Их тенденция к локализации в местахповреждения [Омельченко, 2011] была использована в данной диссертации для локализациилазерного лечебного воздействия [Баум и др., 2010a; Baum et al., 2013a].Наночастицы оксида железа Fe3O4, используемые в данной работе, подробноисследованы в диссертации Сошниковой Ю.М.
[Омельченко и др., 2011]. Для их синтезаприменялся как химический синтез, так и прямой метод абляции металлического железа в33воде с последующей стабилизацией их коллоидных растворов [Сошникова, 2015].Стабилизация НЧ проводилась путем их лазерного облучения в растворе крахмала. Такжемагнитные НЧ магнетита приготавливались путем химического синтеза в растворах солейдвух- и трехвалентного железа [Baum et al., 2013a; Soshnikova et al., 2013; Сошникова, 2015;].В работах [Баум и др., 2010a; Baum et al., 2013a; Омельченко и др., 2010] показано,что синтезированные НЧ магнетита практически не проникают в здоровый хрящ, но оченьхорошо проникают и концентрируются в областях повреждения матрикса хряща.Экспериментальное и теоретическое исследование массопереноса магнитных НЧ оксидажелеза проведено в работе [Соболь и др., 2012].
Лазерное облучение в импульснопериодическом режиме приводило к ускорению диффузии жидкости [Omelchenko et al.,2004] благодаря увеличению количества и размера пор в матриксе [Sobol et al., 2000a], чтоспособствует увеличению гидропроницаемости [Омельченко и др., 2008], управлениенаправлением и скоростью проникновения магнитных наночастиц в объем хрящевой тканиможет осуществляться с помощью внешнего магнитного поля [Никифорова и др., 2009;Никифорова и др., 2008]. В настоящей диссертации импрегнация в хрящевую ткань НЧмагнетита использовалась для управления лазерным источником тепла и полемтермомеханических напряжений (глава 3)1.12. Лазерные технологии в офтальмологии1.12.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
