LASEROTERAPIA
Światło wzmaga procesy fizjologiczne w organizmie. Powoduje wzrost dobrego samopoczucia, wzmożenie pobudliwości psycho-fizycznej.
Ogromne zasługi w badaniach nad naturą fizyczną światła położył angielski fizyk i matematyk Izaak Newton.
Programem badań objął analizę mechanizmu powstawania barw w pryzmatach. W 1665 roku zbudował pierwszy monochromator - urządzenie służące do wyodrębniania promieni jednobarwnych ze światła białego. Otrzymał widmo światła białego, po czym rozszczepił je na kolory:
czerwony,
pomarańczowy,
żółty,
zielony,
niebieski
fioletowy.
To Newton był twórcą teorii korpuskularnej światła.
Promieniowanie monochromatyczne - promieniowanie o bardzo wąskim zakresie częstotliwości lub długości fali, które można określić podaniem jednej wartości częstotliwości lub długości fali.
W 1900 roku Maks Planck na kongresie fizyków niemieckich przedstawił hipotezę o elementarnych aktach emisji i absorpcji światła w formie kwantów. Określił kwanty jako najmniejszą porcję o jaką może ulec zmiana energii lub promieniowania. W przypadku światła kwant energii określa się fotonem. Fotony zaliczane są do cząsteczek elementarnych, mają zerową masę spoczynkową.
Usankcjonowania naukowego pojęcia kwantu światła - fotonu dokonał Albert Einstein. W ogłoszonej w 1905 roku Teorii Względności przewidział i obliczył wymuszone promieniowanie, czyli podstawę działania laserów, co znalazło uznanie ponad 50 lat późnej, kiedy skonstruowano pierwsze lasery.
Pierwsze lasery zostały skonstruowane niemal jednocześnie w 1961 roku na warszawskim WAT-cie i na Uniwersytecie Kalifornijskim.
W 1962 r. po raz pierwszy na świecie zastosowano lasery w dermatologii. W 1963 r. zespół naukowców z Katedry Podstaw Radiotechniki WAT pod kierunkiem prof. dr. inż. Zbigniewa Puzewicza uruchomił pierwszy w kraju laser na ciele stałym (rubinowy). W 1965 r. na bazie tego lasera zbudowano koagulator okulistyczny i mikrodrążarkę laserową. W 1965 r. po raz pierwszy na świecie zastosowano laser CO2 w chirurgii. Od 1972 r. zaczęto powszechniej wykorzystywać lasery w medycynie światowej. Wiązało się to z możliwością prowadzenia wiązki laserowej w światłowodach, co w efekcie pozwoliło na wprowadzanie promieni laserowych do jam ciała oraz narządów jamistych. W 1976 r. w Wojskowej Akademii Medycznej wykonano pierwsze zabiegi laryngologiczne aparaturą wykorzystującą promieniowanie lasera rubinowego.
W latach 80. w Wydziałowym Instytucie Optoelektroniki WAT pod kierunkiem prof. dr. inż. Zdzisława Jankiewicza zbudowano m.in. lancet chirurgiczny z impulsowym laserem Nd:YAG do zabiegów w przednim odcinku oka oraz zestaw do chirurgii ogólnej z laserem Nd:YAG. W 1986 r. po raz pierwszy na świecie użyto lasera do rozbicia kamieni żółciowych. |
Światło z jakim mamy do czynienia na codzień powstaje na skutek spontani-cznej emisji fotonów i charakteryzuje się :
brakiem jakiegokolwiek uporządkowania
wzbudzane atomy emitują fotony w sposób niezależny, każdy w innym punkcie i czasie.
powróciwszy do stanu podstawowego atom nie świeci, dopiero po ponownym pobudzeniu może emitować energię.
Tak więc konwencjonalna wiązka świetlna stanowi coś w rodzaju szumu świetlnego tzn. przypomina bezładne zbiorowisko pojedynczych i skończonych ciągów falowych. Powoduje to, że w polu zabiegowym uzyskujemy małe moce.
Aby uzyskać dawki progowe czynne biologicznie, naświetlano dotychczas duże powierzchnie skóry, w długich odcinkach czasowych ( 15-20 min.). Powodowało to powstawanie dużych odczynów i zgodnie z prawem Dastre-Morata obciążało szczególnie układ krążenia.
Fale świetlne ze źródeł tradycyjnych sztucznych otrzymujemy poprzez:
podgrzewanie ciał stałych do temperatury czerwonego lub białego żaru
pobudzanie gazów i par do świecenia lub żarzenia ( np. lampy błyskowe przy małych ciśnieniach; łuki wysokociśnieniowe przy wysokich ciśnieniach)
Tak uzyskane światło charakteryzuje się długościami fal w pewnych prze-działach od 4000 do 15000 nm. i emisja we wszystkich kierunkach, czyli nie-spójnością.
Postęp w odkrywaniu praw rządzących zjawiskami emisji fotonów doprowadził do uzyskania emisji stymulowanej. Punktem wyjścia była teoria emisji promieniowania przez atomy i model atomu wodoru opracowane przez Niels'a Bohra ( fizyk duński - nagroda Nobla)
Bohra teoria atomu - teoria, według której elektrony mogą krążyć wokół jądra atomu jedynie po niektórych ( tzw dozwolonych) orbitach, mając na każdej z nich ustaloną energię; przeskokowi elektronu z dalszej ( od jądra ) orbity na bliższą towarzyszy emisja, z bliższej na dalszą - absorpcja kwantu energii promieniowania elektromagnetycznego.
Emisja stymulowana polega na wzbudzeniu atomu tzn. przemieszczeniu elektronów na wyższy niż podstawowy poziom energetyczny. Można tego dokonać poprzez dostarczenie układowi z zewnątrz energii ( pompowanie optyczne ) do wartości odpowiadającej różnicy poziomów energetycznych.
Otrzymujemy wówczas emisje promieniowania o takiej samej energii. Wysyłane fotony stymulują otrzymywanie dalszych, bliźniaczych fotonów o tej samej częstotliwości , fazie oraz kierunku ( wektorze ruchu ).
Mała energia na wejściu do układu wymusza emisję fali, która na wyjściu z układu ma wielokrotnie większą moc. Nosi to nazwę wzmocnienia. Tak więc laser to wzmocnienie światła za pomocą wymuszonej emisji.
Cechy charakterystyczne promieniowania laserowego to:
monochromatyczność - każdy laser wysyła jedną, konkretną długość fali
koherencja - równoległość rozchodzenia się fotonów, będących w tej samej fazie i mających ten sam kierunek
Te elementy zapewniają spójność światła laserowego.
Podział laserów determinują różnorakie kryteria:
I - OŚRODEK
Istotna role odgrywa ośrodek, w którym rozwija się akcja laserowa.
Ze względu na materiał aktywny wyróżnia się lasery:
gazowe,
Do najczęściej stosowanych w medycynie laserów gazowych należą: lasery na dwutlenku węgla CO2, helowo-neonowe He-Ne, lasery argono-we i kryptonowe; oparte na parach kadmu.
W takich ośrodkach pompowanie optyczne to energia wyładowań elektrycznych w gazie.
cieczowe,
Pompowamie chemiczme - energia z reakcji chemicznych.
na ciele stałym
Z laserów na ciele stałym najbardziej znane są lasery na krysztale granatu z donieszką Al, rubinu z domieszką Al
Pompowanie optyczne to lampy błyskowe, czyli światło o bardzo dużym natężeniu.
półprzewodnikowe - określane terminem midle -laser
Wykorzystywanych jest bardzo wiele ich typów emitujących promieniowanie od czerwieni do podczerwieni.
Ośrodkiem czynnym jest złącze półprzewodnikowe diody galu i arsenu. Pompowanie optyczne zachodzi przez przepływ prądu przez pólprzewodnik.
II - MODULACJA PRACY
Innym kryterium podziału jest modulacja pracy, pozwalający wyróżnić lasery:
ciągłego działania - moc szczytowa 1,5 - 32 mW
# są to najczęściej lasery gazowe
impulsowe - moc szczytowa 2 - 50 W
# są to najczęściej lasery stałe lub pólprzewodnikowe
III - MOC PROMIENIOWANIA
Z punktu widzenia wartości mocy promieniowania lasery dzielimy na:
małej mocy (4-5 mW),
średniej mocy (6-500 mW)
dużej mocy (ponad 500 mW).
IV - ENERGIA - zastosowanie w leczeniu
wysokoenergetyczne - czyli chirurgiczne - są wykorzystywane w zestawach przeznaczonych do destrukcji lub usuwania tkanki (cięcie, odparowanie, koagulacja). Moc wyjściowa od 10 do 100 mW. Moc zabiegowa może dochodzić do kilku MW.
niskoenergetyczne - biostymulacyjne - zachowawcze - moc wyjściowa 0,1 - 50 W.
Nie wykorzystuje się tu termicznego oddziaływania (podgrzewania), temperatura w tkankach podwyższa się nie więcej niż o 0,5 *C, a moc średnia waha się od 0,5 do 5 mW nazywane są laserami zimnymi;
Są one używane w terapii bólu, medycynie sportowej, dermatologii, reumatologii i stomatologii, a także w diagnostyce i terapii nowotworów metodą fotodynamiczną.
W piśmiennictwie fachowym lasery biostymulujące określane są terminem soft - laser, czyli laser miękki.
V - DŁUGOŚC EMITOWANEJ FALI
lasery IR
lasery emitujące światło widzialne
lasery UV - nie występują w leczeniu zachowawczym
VI - SPOSOBY APLIKACJI
światłowodowe - operacyjne
sondy laserowe skupiające lub rozpraszające
scaner - to układ luster powodujący, że promieniowanie laserowe rozchodzi się w dwóch płaszczyznach co gwarantuje, że na każdy cm2 powierzchni zabiegowej przypada taka sama wartość mocy.
Gęstość mocy w polu zabiegowym uzależniona jest od wielu czynników:
stopnia zaawansowania procesu chorobowego i czasu trwania choroby
ogólnego stanu pacjenta - na który składają się wiek, szczególnie wiek rozwojowy
występowania chorób towarzyszących - mogą one być przeciwwskazaniem do terapii laserowej
topografia miejsca zabiegowego - grubość skóry, podkład tłuszczowy i mięśniowy, unerwienie
stopień uwodnienia i obecność barwników ( hemoglobiny, bilirubiny, melaniny - szarej, białej, brunatnej i bezbarwnej )
element indywidualnej odczynowości ustroju - stan ostry choroby, wiek podeszły, brak podkładki tłuszczowej.
W zależności od mocy promieniowania laserowego i jego czasu działania na tkankę wyróżnia się następujące mechanizmy oddzia-ływania:
fotochemiczne,
termiczne,
fotoablacyjne
elektromechaniczne.
Reakcje fotochemiczne powodują wzrost wymiany energii między komórkami, hiperpolaryzację błony komórkowej, przyspieszenie mitozy (pośredni podział jądra, przyczyniający się do procesu wzrostu i odnowy komórek).
Ten mechanizm oddziaływania promieniowania laserowego wykorzystuje się do biostymulacji i w metodzie fotodynamicznej.
Metoda terapii fotodynamicznej (PDT) polega na selektywnym utlenianiu materiału biologicznego tkanki nowotworowej, czyli na wybiórczym niszczeniu tkanek nowotworowych, chroniąc jednocześnie tkanki zdrowe. Metoda ta jest stosowana w leczeniu nowotworów skóry, dróg moczowo - płciowych, płuc, przełyku, języka, gardła, jelit, pęcherza moczowego.
Jest wykorzystywana również w diagnostyce nowotworów. Specjaliści oceniają, że jest bardziej selektywna od tradycyjnych metod (chirurgia, naświetlanie promieniowaniem jonizującym, chemioterapia) i ogólnie dobrze tolerowana przez pacjentów.
Ostatnio wykorzystuje się ją śródoperacyjnie jako technikę wspomagającą zabiegi chirurgiczne.
Stosuje się również tę metodę w leczeniu zmian nienowotworowych, w dermatologii, w inaktywacji wirusów we krwi, w usuwaniu blaszek miażdżycowych.
Biostymulacja laserowa
Do biostymulacji laserowej najczęściej wykorzystywane są lasery, które dają promieniowanie z zakresu podczerwieni bliskiej od 905 do 770 nm. Źródłem podczerwieni są lasery półprzewodnikowe
Stosuje się również lasery , dające promieniowanie z czerwonego widma widzialnego o długości fali 630 - 620 nm. Źródłem tego promieniowania są lasery helowo-neonowe.
Stosowane mogą być również lasery dające promieniowanie z zakresu UV o długości fali 380 - 310 nm.. Są to również lasery gazowe, których akcja odbywa się w mieszaninie CO2. Absorpcja promieniowania UV zależy od długości fali.
Lasery biostymulujące są używane w leczeniu:
uszkodzeń skóry,
przy zabiegach chirurgii plastycznej - w przypadku ran pooperacyjnych, owrzodzeń, przy przeszczepach skóry
reumatoidalnego zapalenia stawów,
zesztywniającego zapalenia stawów kręgosłupa,
zespołu bolesnego łokcia,
kręczu szyi,
tzw. zespołu bólów krzyża.
w akupunkturze.
Działanie promieniowania laserowego na tkankę ludzką (biologiczną)
Zależy od:
parametrów promieniowania laserowego,
czasu ekspozycji
właściwości tkanki biologicznej - dokładniej
# od pigmentacji skóry,
# wieku,
# płci osoby poddawanej naświetlaniu
Promienie lasera działające na tkankę ulegają odbiciu od niej, rozpraszaniu i pochłanianiu (absorpcji).
W sumie ok. 5% promieniowania odbija się od powierzchni tkanki, reszta dociera do niej i podlega tam procesom wielokrotnego odbicia i rozpraszania.
Pochłonięta przez tkankę energia świetlna zostaje przekształcona w ciepło podnoszące temperaturę tkanki.
Głębokość wnikania jest uzależniona od długości fali promieniowania laserowego.
Penetracja wiązki laserowej:
860 nm - 50-70 mm
904-902 nm - 50 mm
632 nm (helowo-neonowy) - 10-15 mm
320 nm (gazowe) - 3-5 mm
DZIAŁANIE BIOLOGICZNE LASERÓW:
wzrost syntezy kolagenu - w badaniach in vitro
zwiększenie syntezy białek - potrzebna odpowiednia temperatura
zwiększenie syntezy DNA
wpływ na zmiany potencjałów komórkowych
wpływ immunoregulacyjny w chorobach o zaburzonych reakcjach przemiany materii - w RZS-ie
wpływ na wzmożoną aktywność żrącą monocytów
wpływ na zwiększoną fagocytozę
zwiększenie stężenia histaminy i serotoniny - wpływ na grę naczyniową
wzrost adrenaliny i noradrenaliny we krwi i ranach
zmiany w poziomie hormonów
wpływ na przewodzenie na synapsach co ma związek z działaniem przeciwbólowym światła laserowego
zwiększenie aktywności enzymów i produkcji ATP
poprawa zaopatrzenia tkanek w tlen
zwiększenie waskulryzacji - powstawania nowych naczynek krwionośnych na zasadzie pączkowania
wzmożenie regeneracji tkanki łącznej jak również nabłonkowej - zarówno w hodowli in vitro jak i w żywym ustroju
rozwój komórek Langerhansa w trzustce - w hodowli in vitro
wpływ na stan czynnościowy naczyń tętniczych i włosowatych obwodowego układu krążenia - a tym samym ustępowanie lub zniesienie bólu
produkcja endorfin tłumiących odczuwanie bólu
6