Физическая модель пункционной лазерной операции при лечении грыжи межпозвонкового диска

Пункционные лазерные операции уже почти четверть века назад вошли в арсенал наиболее эффективных методик выбора при лечении пациентов с грыжами межпозвонкового диска (МПД). Однако до сих пор не существует единой теории, объясняющей механизм действия пункционной лазерной декомпрессии.

Цель исследования.

Изучить физические процессы, возникающие при использовании пункционной поликанальной лазерной декомпрессии диска (ППЛДД) и механизм развития клинического эффекта процедуры. Работы выполнены при поддержке гранта РФФИ 09-02-00714.

Материалы и методы.

Проведено экспериментальное исследование физических процессов, возникающих при ППЛДД in vitro. Использовано 16 препаратов трупных позвонков с дисками. Применяли лазерный скальпель, генерирующий излучение с длиной волны А. 970 нм, мощность пучка - 3 Вт, общее время воздействия 5 минут, набор инструментов, применяемый при проведении ППЛДД, физиологический раствор. Воздействие на МПД проводилось в стандартном режиме ППЛДД. Регистрация сигналов проводилась с использованием комплекса приборов: гидрофон 8100 фирмы Брюль и Къер (Дания) с полосой 0,1 Гц - 200 кГц и чувствительностью 26,9 мкВ/Па, гидрофонный усилитель 2650 фирмы Брюль и Къер, широкополосный усилитель У7-6, осциллограф Voltcraft 662, аналого-цифровой преобразователь (АЦП - L-card 873). Акустические сигналы, генерируемые в низкочастотной области спектра исследовали дополнительно. Исследуемый объект жестко крепился к пьезоэлектрическому датчику диаметром 65 мм, толщиной 2 мм и чувствительностью 34 мкВ/Па. Сигнал с датчика поступал на усилитель постоянного тока У5-10 с коэффициентом усиления 1-10000 и рабочей полосой частот 0-60 кГц. Использовалась 12-разрядная плата ввода L-Card 783 с быстродействием 3 МГц.

Результаты и их обсуждение.

Показано, что образование каналов в МПД излучением полупроводникового лазера мощностью 3 Вт с длиной волны 970 нм по методике ППЛДД приводит к генерации двух типов акустических сигналов - низкочастотных колебаний с частотой ~ 1 - 10 Гц и колебаний ударного типа с частотой порядка 100 Гц.

Причиной появления акустических эффектов при лазерном воздействии в МПД является взрывное кипение физиологического раствора, который вводят в канал воздействия, и горение в нем коллагенсодержащей хрящевой ткани МПД, которая наполняется парогазовыми пузырьками. Это происходит в результате контакта разогретого до высоких температур (700-1000 °С) торца лазерного оптоволокна с водой и водосодержащей тканью МПД, так как длина волны 970 нм имеет локальный пик поглощения в водной среде. Экзотермическая реакция горения коллагена, которая начинается уже при 185 °С (локальный максимум тепловыделения около 340 °С, абсолютный - около 500 °С), является дополнительным источником энергии. Дополнительная энергия при температуре 700-1000 °С выделяется приблизительно за 10^-5-10^-4 с, что приводит к резкому расширению спектра генерируемого акустического сигнала ударного типа с частотой порядка 100 Гц и амплитудой 10²-3x10². Высокое стационарное давление возникает в результате появления в зоне действия лазера многочисленных парогазовых пузырьков и является источником мощных низкочастотных колебаний с частотой ~ 4 Гц и амплитудой 5-10³-10⁴ Па и более, за счет периодического сброса давления при выходе парогазовой смеси из зоны лазерного канала. Грыжа межпозвоночного диска имеет акустическую модель резонатора Гельмгольца, при этом горлом резонатора и местом воздействия, где происходит самое интенсивное движение газопаровой смеси, является разрыв фиброзного кольца диска и ткань грыжевого выпячивания. Расчеты показали, что собственные частоты такого резонатора Гельмгольца располагаются именно в области ~ 100 Гц. Сочетание мощных низкочастотных и высокочастотных колебаний ударного типа приводит к интенсивному перемещению и перемешиванию сложного газопароколлагенового композита в пространстве дефекта фиброзного кольца. Это приводит к быстрому и значительному падению HU - плотности грыжи и уменьшению корешковой компрессии.

Выводы.

Основным физическим фактором при ППЛДД является не формирование «резервной полости» межпозвоночного диска и перемещение туда грыжи, а акустические и гидродинамические процессы, приводящие к значительному падению плотности грыжи и декомпрессии корешка. В дальнейшем происходит резорбция измененной ткани грыжи или замещение ее рыхлой фиброзно-соединительной тканью низкой плотности.


С. В. Зевахин, Е. Р. Баранцевич, А. Л. Печкуров, Ю. Н. Федотов, В. М. Чудновский, В. И. Юсупов
ФГУ «СЗОМЦ» Росздрава РФ, г. Санкт Петербург; НОЦ «Медицинская физика» ИФИТ ДВГУ, г. Владивосток