Автореферат и диссертация по медицине (14.00.27) на тему:Обоснование применения излучения диодного лазера длиной волны 805 нм при малоинвазивных вмешательствах для резекции легких и пересечения ребер (экспериментальное исследование)

На пра^уругописи

Ревель-Муроз Наталья Петровна

ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ ДИОДНОГО ЛАЗЕРАДЛИНОЙ ВОЛНЫ 805 НМ ПРИ МАЛОИНВАЗИВНЫХ ВМЕШАТЕЛЬСТВАХ ДЛЯ РЕЗЕКЦИИ ЛЕГКИХ И ПЕРЕСЕЧЕНИЯ РЕБЕР (экспериментальное исследование)

14.00.27-хирургия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Челябинск-2004

Работа выполнена в Челябинском государственном институте лазерной хирургии Южно-Уральского научного центра Российской академии медицинских наук

Научный руководитель: доктор медицинских наук,

Гиллер Дмитрий Борисович

Официальные оппоненты: доктор медицинских наук, профессор

Привалов Валерий Алексеевич

доктор медицинских наук Васильев Сергей Александрович

Ведущая организация:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральская государственная медицинская академия Министерства Здравоохранения российской Федерации» (г.Екатеринбург).

Защита состоится » ^'¿^£'^>004 г. в/^^^часов на

заседании диссертационного совета Д 208.117.01 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "'Челябинская государственная медицинская академия Министерства Здравоохранения Российской Федерации" по адресу: 454092, г. Челябинск, ул. Воровского, 64.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Челябинская государственная медицинская академия Министерства Здравоохранения Российской Федерации".

Автореферат разослан «_»_2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор медицинских наук,

профессор В.Ф. Долгушина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Последние десятилетия в России и в

мире отмечается эпидемический рост таких двух грозных заболеваний как туберкулеза, зачастую антибиотико-резистентного, и новообразований легких. Вследствие этого возросла потребность в оперативных вмешательствах на легких.

Заболеваемость туберкулезом в России за последние 10 лет увеличилась более чем в 2 раза (с 34 до 74 случаев на 100 тысяч населения), и в настоящее время в помощи фтизиатра нуждается 2,5 млн. человек. Количество больных с фиброзно-кавернозным туберкулезом, при котором наблюдается наибольшая хирургическая активность, не уменьшается, а остается на уровне 30 тыс. (Приймак А. А., 2002).

Злокачественные новообразования легкого в настоящее время занимают первое место (20-30%) в структуре онкологической заболеваемости мужского населения России, стран Западной и Центральной Европы, Северной Америки, Западной и Юго-Восточной Азии, Южной Африки, Австралии и Новой Зеландии. В некоторых регионах планеты стандартизованные показатели заболеваемости мужчин превышают 100 на 100 тыс. населения, и являются самыми высокими из известных для какого-либо вида рака (Трахтенберг А.Х. 2000; Schottenfeld D.1996; Shaw G.L. 1996).

В России рак легкого занимает первое место в структуре заболеваемости населения злокачественными новообразованиями (15%) и смертности от них (21%).

Ежегодно в России рак легкого диагностируют более чем у 66 тыс. пациентов. Из них 60% подвергаются хирургическому или комбинированному лечению. Это порядка 34 тыс. оперативных вмешательств в год (Трахтенберг А.Х., Чиссов В.И., 2000).

По поводу туберкулеза ежегодно проводится 9-9,5 тыс. оперативных вмешательств, хотя реальная потребность в них, как минимум, в 2 раза больше (Перельман М.И., 2003).

Наиболее актуальной темой на сегодня является разработка малоин-вазивных, органосохраняющих технологий легочных операций с применением видеоторакоскопической техники. Это обусловлено тем, что часто возникает несоответствие между сравнительно небольшим объемом хирургических манипуляций в грудной полости и травматичностью дос-

{ *>с щпилтццц

I MMMfMA

I '¿raotf

тупа. При торакотомии происходит повреждение мышц, участвующих в механизме реберно-диафрагмального дыхания и двигательной функции рук, явно выражен косметический дефект (Вишневский Д.А. и соавт. 1997).

Продольная стернотомия опасна развитием остеомиелитических осложнений в 0,5 -5,9 % случаев (Kraswa M.J. Mask M. J. 1994). У пациентов из-за обусловленного болью ограниченного дыхания, застоя секрета, а также нарушения вентиляционно-перфузионных отношений повышается риск возникновения послеоперационных ателектазов и пневмоний (Casadio С. и соавт. 1993; Durtshi M. 1993).

По мнению М. J. Mack и соавт. (1993) до 70% оперативных вмешательств на органах грудной полости могут быть выполнены с использованием видеоторакоскопии и мини-торакотомных доступов.

Основной проблемой при этом является обеспечение надежного аэростаза и гемостаза. Недостаточная длина эндоскопических сшивателей для атипичной резекции легкого требует их многократного наложения, что значительно усложняет технику резекции. Использование сшивающих аппаратов удобно для резекций образований, расположенных по краю легкого. При локализации образований в глубине паренхимы, существуют технические трудности с аппаратным наложением швов. Использование высокоинтенсивного лазерного излучения при таких операциях, может существенно расширить использование малоинвазивных вмешательств. Нами найдены лишь единичные работы, упоминающие использование лазерного излучения при видеоторакоскопических резекциях легкого (LandreneauRJ., 1991; GiudicelliR. et. al., 1994; KeenanR.J., LandreneauR.J., 1995;NishimuraY, 1995). Излучение диодного лазера при малоинвазивных торакопластических операциях и видеоторакоскопических резекциях легкого не применялось, не отрабатывались оптимальные параметры излучения данного лазера для резекции легких и ребер. Не изучались морфофункциональные особенности репарационных процессов в легких и ребрах после воздействия излучения диодного лазера, что и явилось предпосылкой для выполнения нашего исследования.

Цель исследования.

Обоснование возможности использования высокоинтенсивного излучения диодного лазера длиной волны 805 нм для резекции легких и пересечения ребе^^таой^ва^вной торакальной хирургии.

Задачи исследования:

1. В условиях эксперимента подобрать оптимальные режимы для резекции легких.

2. Подобрать наилучший режим для пересечения ребер.

3. Смоделировать и изготовить инструмент для лазерного пересечения ребер с максимальной безопасностью для окружающих тканей.

4. Изучить динамику репаративных процессов в легких и ребрах после воздействия высокоинтенсивного лазерного излучения в разные сроки.

Научная новизна работы.

Впервые в торакальной хирургии в условиях эксперимента применено излучение диодного лазера длиной волны 805 нм. Подобраны параметры воздействия, при которых достигается резекция легкого с хорошим аэростазом и гемостазом, и пересечение ребер без повреждения окружающих тканей.

Впервые создан специальный инструмент для лазерного пересечения ребер, пригодный для проведения операций из мини-доступов. Отработана техника пересечения ребер с помощью предложенного реберного ретрактора. Получен патент на полезную модель: "Хирургический инструмент для рассечения с использованием физического излучения подтягиваемого ретрактором ребра" № 33496 от 05.05.2003.

Практическая значимость работы.

Выработанные параметры лазерного излучения могут быть использованы при малоинвазивных методиках торакальных операций. Установленные в процессе экспериментального исследования особенности репаративных процессов в легких и ребрах после лазерного воздействия рас -ширяют представления о механизмах взаимодействия лазерного излучения с биологическими тканями.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Направленное излучение диодного лазера длиной волны 805 нм в квазинепрерывном режиме (1:1 мс), мощностью 10 Вт, длительностью 30-50 секунд позволяет производить краевую и глубокую полусферическую резекцию легкого с хорошим аэростазом и гемостазом.

2. Для полного аэростаза необходима дополнительная коагуляция раны легкого излучением диодного лазера 805 нм в квазинепрерывном режиме (1:3 мс) мощностью 5 Вт, экспозицией 15-30 сек.

3. Для пересечения ребер наилучшим является применение излучения диодного лазера (длина волны 805 нм.) в импульсном режиме (100:50 мс) со средней мощностью 15 Вт. Ребро пересекается бескровно за 5060 сек.

4. В ходе репаративной регенерации после резекции легкого излучением указанного лазера происходит образование тонкого соединительнотканного рубца с максимально сохранной паренхимой легкого и формированием костной мозоли в обычные сроки.

Внедрение результатов исследования.

Отдельные результаты работы используются в научно-исследовательской деятельности ЧГИЛХ, в лекционном курсе кафедры хирургии и эндоскопии УГМАДО МЗ РФ и в лечебном процессе областного противотуберкулезного диспансера.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы доложены на конференции Челябинского института лазерной хирургии (2000), на совместном заседании сотрудников Челябинского государственного института лазерной хирургии и кафедры хирургии и эндоскопии УрГМАДО (2001).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 6 научных работ в местной и центральной печати.

Получен патент на полезную модель: "Хирургический инструмент для рассечения с использованием физического излучения подтягиваемого ретрактором ребра" № 33496 от 05.05.2003.

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, обзора литературы, четырех глав собственных исследований, заключения, выводов, указагеля литературы, включающего 81 отечественных и 130 зарубежных источника. Работа представлена на 107 страницах машинописного текста, иллюстрирована 4 таблицами 44 рисунками.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Материалы и методы исследования.

Настоящая экспериментальная работа проведена на 60 беспородных собаках, массой тела 10-15 (в среднем 13,8 ± 0,55 кг).

Все животные были разбиты на 3 группы. В первую группу вошло 5 животных, которых использовали в остром опыте для отработки режимов лазерного воздействия. Основную группу составили 30 животных, которым резекция легкого и ребер осуществлялась излучением диодного лазера длиной волны 805 нм, с подобранными режимами. Группу контроля составили 25 животных, у которых аэро и-гемостаз проводился сшивающим аппаратом У0-40 2-мя рядами танталовых скрепок, расположенных в шахматном порядке, с последующим отсечением легкого скальпелем. Использованные в хроническом опыте животные, выводились из эксперимента в различные сроки (табл. 1).

Таблица 1.

Количество животных и сроки выведения их из эксперимента.

Сроки выведения Острый

(сут) опыт 1 3 7 14 30

Количество

животных 5 5 6 6 6 7

основной группы

Количество

животных 5 5 5 5 5

контрольной

группы

Итого: 60

Основная экспериментальная работа выполнена с помощью диодного лазера длиной волны 805 нм. Этот лазер имеет небольшие размеры 400-250-130 мм и весит 6 кг. Работает от сети 220 В без дополнительного охлаждения. Наличие у данного лазера программируемой системы управления, обеспечивает плавную регулировку мощности. Может работать как в импульсном, так и в квазинепрерывном режиме с максимальной мощностью 30 Вт. Длительность импульса 1-255 мс. Для манипуляций используются кварцевые световоды диаметром 0,3-0,6 мм с полиамидным покрытием, которое обеспечивает высокую термостойкость световода и уменьшает травматизацию тканей.

Все операции и болезненные манипуляции на животных проводились под внутривенным наркозом калипсолом в дозе 3-6 мг/кг веса, ре-ланиумом в дозе 1 мг/кг веса с искусственной вентиляцией легких при давлении на выдохе аппарата ИВЛ15 мм водн. ст.

Животные на операционном столе укладывались на левый бок и фиксировались к столу за конечности. Операционное поле обрабатывалось трижды: дважды 5 %-м раствором йода и 96% спиртом. В четвертом межреберье справа производился разрез кожи и подкожной клетчатки длиной 3 см отступя 4-5 см от остистых отростков

Затем кожный разрез смещался в пятое межреберье, и производилась торакотомия. Рассечение кожи с подкожной клетчаткой и торакотомия производились в разных межреберьях, для того чтобы при зашивании раны достигалась лучшая герметизация полости плевры (Шалимов С.Л., 1989).

После рассечения кожи, подкожной клетчатки и мышц, выделяли участок пятого ребра длиной 2,5-3 см. Затем на надкостнице производили Н- образный разрез длиной 2 см и при помощи распатора надкостницу по ребру смещали вверх и вниз и обходили ребро снизу. Таким образом, участок ребра оказывался выделенным субнадкостнично. Плевральная полость при этом не вскрывалась. После подготовки ребра к пересечению использовали изготовленный нами инструмент.

Инструмент состоит из реберного ретрактора в виде буквы «2» и канала для световода, представляющего собой трубку-волновод. Детали соединяются между собой подвижно при помощи «хомута». Трубка вставляется в «хомут» и крепится к ретракюру. Верхняя горизонтальная ветвь ретрактора служит ручкой, а нижняя имеет вид вогнутой пластины. Левой рукой инструмент удерживается за ручку, нижняя пластина подводится под ребро, так, чтобы ребро плотно лежало на ней. За ручку производится тракция ребра вверх. Через волновод вплотную к ребру проводится световод и удерживается правой рукой. Нижний конец трубки располагается на середине нижней пластины, тем самым отграничиваются нижележащие ткани.

Длина ретрактора 20 см, с диаметром трубки 8 мм, длина волновода 25 см, с наружным диаметром трубки 4 мм и внутренним - 1,5 мм. Ширина рабочей части, подводимой под ребро 10 мм, длина 30 мм. Длина рукоятки 10 см. Инструмент может быть изготовлен любых размеров.

Техника операции состояла в следующем: под участок ребра проводили рабочую часть ретрактора. За рукоятку подтягивали ребро кверху, через волновод подводили вплотную к ребру световод и производили лазерное воздействие. При этом левой рукой удерживали инструмент за ручку, а правой удерживали волновод со световодом, выполняя движения в горизонтальной плоскости до границы верхнего и нижнего кра-

ев ребра. Лазерное воздействие производилось до тех пор, пока не пересекалось ребро. После пересечения ребра кровотечения не наблюдалось, а по краям образовывалась зона карбонизации шириной 1-2 мм.

После этого ниже пересеченного ребра выполняли торакотомию длиной 2,5 см. При помощи пинцета в рану выводили долю легкого и брали на держалки зажимами «москит». Расстояние между зажимами составляло 3-4 см. Между зажимами производили краевую плоскостную лазерную резекцию легкого.

Кроме этого, производили полусферическую глубокую резекцию легочной ткани, имитирующую иссечение патологического очага из глубины паренхимы легкого. Диаметр иссеченного участка составлял 3040 мм, толщиной 5-10 мм.

Кровотечения из раны не отмечалось. По краю резекции отмечали образование эластичной пленки коричневого цвета. Затем дополнительно зону резекции коагулировали.

Аэростаз проверяли погружением ткани легкого под слой стерильного физиологического раствора. При этом повышали внутрилегочное давление, с помощью аппарата искусственной вентиляции легких до 25 мм водного столба.

Резецированную долю легкого погружали в плевральную полость. Операционную рану послойно ушивали наглухо до трубки, через которую шприцем эвакуировали воздух из плевральной полости. Когда легкое расправлялось, трубку извлекали и накладывали кожный шов. Рану обрабатывали йодом.

Выведение животных осуществлялось на 1-е, 3-и, 7-е, 14-е, 30-е сутки. Животному внутримышечно делали премедикацию, состоящую из смеси дроперидола, реланиума и анальгина в соответствующих дозировках. Через 10-15 минут внутримышечно вводили кетамин из расчета 5 мг/кг веса. После наступления наркоза внутрисердечно быстро вводили 10 мл 7,5% раствора хлорида калия. В конце введения раствора хлорида калия регистрировалась фибрилляция сердца, а через 1 -2 минуты -остановка сердечной деятельности и дыхания.

Группу сравнения составили 25 животных, которым производили аппаратную резекцию легкого. Пересечение ребра осуществляли пилкой Джигли. Все животные так же были разделены на 5 групп в зависимости вывода их из эксперимента в установленные сроки на 1 -е, 3-и, 7-е, 14-е и 30-е сутки.

Сразу после выведения из эксперимента всех животных подвергали аутопсии, во время которой обращали внимание на изменения со стороны резецированного легкого и места пересечения ребра: цвет, консистенцию, состояние легочной и костной ткани, расположение, внешний вид, целостность по линии резекции, выраженность спаечных процессов в плевральной полости. В пределах интактных тканей иссекали участок легкого и фрагмент пересеченного ребра. Все препараты помещали в 10% раствор нейтрального формалина для фиксации и хранения.

Вырезанные кусочки легкого проводили в спиртах возрастающей концентрации и заливали парафином. Парафиновые срезы толщиной 5-7 мкм окрашивали гематоксилином и эозином, пикрофуксином по Ван-Гизон для выявления коллагеновых волокон, резорцин - фуксином по Вейгерту для выявления эластических волокон. Осуществляли морфо-метрическое исследование препаратов.

Вырезанные кусочки ребра фиксировали в 10% растворе нейтрального формалина, декальцинировали в 5% растворе азотной кислоты в течение суток, проводили по спиртам возрастающей плотности и заливали в парафин. Парафиновые среды толщиной 7-10 мкм окрашивали гематоксилином и эозином.

Микроскопические исследования проводились на микроскопе «DMRXA» фирмы «LEICA» (Германия). Морфометрическое исследование проводили с помощью компьютерной программы анализа изображений «ДиаМорф Cito-W» (Россия). Определяли ширину зоны некроза и перифокальной зоны (L) в гистологических препаратах резецированного легкого и ребра.

Статистическая обработка цифровых данных проводилась методом вариационной статистики, с определением среднеквадратичного отклонения s, средней ошибки сравниваемых величин ml, m2, коэффициента достоверности t и доверительной вероятности р с помощью программы Excel 8,0 из пакета Microsoft Office'97. Различия считали достоверными при р< 0,05.

Результаты исследования и их обсуждение:

Оперативные вмешательства на легких, особенно у больных с сопутствующими хроническими обструктивными заболеваниями, в 2-25% случаев приводят к осложнениям, связанным с нарушением герметичности легочной ткани. Причем за последние годы частота операционных

осложнений при однотипных операциях не имеет тенденции к снижению. (Углов Ф.Г., 1966; Вагнер Е.А., 1977; Перельман М.И., 2003). Это диктует необходимость поиска новых эффективных методик герметизации легочной ткани, особенно при малоинвазивных вмешательствах, где операционное поле ограничено.

Экспериментальными работами многих авторов установлено, что высокоинтенсивное лазерное излучение обладает хорошими гемостати-ческими, аэростатическими и режущими свойствами применительно к паренхиме легкого (Сидаренко Л.Н., 1987; Mizutani Т., Takanari H., 1992; Keenan R.J., Ferson P.F., 1995).

К томуже, благодаря бесконтактности, зона лазерной резекции стерильна. Лазер так же оказывает бактериостатическое действие, что препятствует инфицированию тканей (ЧегинВ.М., 1983;КурбановИА, 1990; Maker Y.K., Kaplan R.L., 1990).

Отсутствие в ране шовного материала, металлических скрепок, синтетических пленок и само воздействие высокоинтенсивного лазерного излучения способствует укорочению фазы реактивных воспалительных изменений после операции, ускорению и раннему становлению пролифе-ративных процессов (Скобелкин O.K., 1983; Корепанов В.И., 1996), что согласуется с полученными нами данными.

Для резекции легкого и ребер нами применялся диодный лазер с длиной волны 805 нм.

На выбор лазера повлияло то, что диодные лазеры ближнего инфракрасного диапазона обладают преимуществами СО2 и Nd: YAG-лазеров. Они сочетают возможность иссечения ткани и хорошие коагулирующие свойства. Немаловажным для эндоскопической торакальной хирургии является и возможность применения тонкого гибкого моноволоконного кварцевого световода, который позволяет осуществлять хирургические манипуляции при ограниченном операционном поле.

Излучение диодного лазера может применяться как в бесконтактном, так и в контактном режимах воздействия на биоткань (Ткач О.Г., и соавт., 1997; Joffe S.N. et al., 1988; Nishwaki Y. et al., 1992).

Выбранные нами параметры излучения диодного лазера для резекции легкого мощностью 10 Вт в квазинепрерывном режиме (импульс 1мс: пауза 1 мс) с последующей обработкой зоны резекции лучом лазера мощностью 5 Вт в квазинепрерывном режиме (1:3) обеспечивают высокую скорость резекции и хорошую герметичность легочной ткани. При

этом достигается минимальная травматичность, так как время термической релаксации тканей (скорость теплоотвода) находится в пределах 0,51 мс (Старцев СВ., 2000).

Попытка использования меньшей мощности излучения при резекции легкого, не позволяла пересекать легочную паренхиму, а лишь приводила к коагуляции и сморщиванию ткани. Большие мощности излучения не влияли на скорость резекции, но вызывали выраженную карбонизацию ткани и дымообразование, что при проведении торакоскопических операций нежелательно.

Осложнений у животных прооперированных с помощью диодного лазера нами зарегистрировано не было. При вскрытии спаечный процесс в плевральной полости отсутствовал. После аппаратной резекции в 78% случаях в плевральной полости был выражен спаечный процесс.

Нами отмечено, что при лазерной резекции легкого и ребер отсутствует кровопотеря, тогда как при механическом пересечении ребра, кровотечение из спонгиозного слоя приходилось останавливать электрокоагуляцией.

Макроскопически на поверхности лазерного разреза сразу же после резекции определялась эластичная темно-коричневая коагуляционная пленка шириной 0,5-1,0 мм. При аппаратной резекции зона повреждения макроскопически составляла 4-5 мм.

Наиболее наглядно преимущества лазерной резекции наблюдались при гистологическом исследовании. В первые сутки ширина зоны некроза составляла 442,76+22,09 мкм. Между зоной коагуляционного некроза и неповрежденной паренхимой располагалась область ателектазов, субтелектазов и внутриальвеолярных кровоизлияний.

Обращало внимание, что эта область имела вид полосы с четкими границами и была отграничена от интактной паренхимы легкого узким демаркационным валом из нейтрофильных лейкоцитов с примесью небольшого количества макрофагов. При аппаратной резекции в 1 сутки на расстоянии 2300-2500 мкм выявлялись признаки сдавления ткани. Воздушность паренхимы была полностью утрачена. Определялись распространенные кровоизлияния инфильтрирующего характера. Ширина зоны некроза в 2,9 раза превосходила таковую при лазерной резекции, и составляла 1755,22+ 119,43 мкм. Эта тенденция сохранялась и в последующие сроки наблюдения (рис. 1).

Особенностью резекции с помощью излучения диодного лазера было

1 сутки 3 сутки 7 сутки

Рисунок 1. Сравнительная ширина зоны некроза (мкм) после лазерной и аппаратной резекции в зависимости от сроков наблюдения (р<0,05).

наличие резкого перехода к неповрежденным тканям (ширина перифо-кальной зоны составляла 318,99± 11,04 мкм).

Переходная зона от поврежденных тканей к здоровым при аппаратной резекции в 6,7 раз превосходила таковую при лазерной резекции и составляла 2144,83± 135,64 мкм (р<0,05). Это соотношение сохранялась и в последующие сроки наблюдения (рис.2).

Воспалительная реакция в резецированном участке легочной ткани при лазерной резекции была минимальная. К концу первых суток наблюдался узкий демаркационной лейкоцитарный вал, резко отграничивающий зону коагуляционного некроза от интактной паренхимы легкого. В паренхиме легкого, прилежащей к зоне лазерной резекции, на расстоянии 3500 - 2000 мкм от нее, в сроки от первых по седьмые сутки регистрировались мелкие очаги серозно - десквамативной пневмонии и дисте-лектазов, причем к седьмым суткам после операции экссудат приобретал характер фибринозного.

При аппаратной резекции, в отличие от лазерной резекции, в прилежащих тканях отмечались обильная лейкоцитарная инфильтрация, пневмонические очаги выявлялись на расстоянии 4000 -5000 мкм от зоны резекции.

1 сутки 3 сутки 7 сутки

Рисунок 2. Сравнительная ширина перифокальной зоны при лазерной и аппаратной резекции легкого (мкм) в зависимости от сроков наблюдения (р<0,05).

К концу 14-х суток после лазерной резекции части легкого формировался тонкий (366,15±35,86 мкм) соединительнотканный рубец. В то время как при аппаратной резекции поверхность была представлена широким пластом молодой соединительной ткани, богатой клеточными элементами, новообразованными соединительнотканными волокнами и сосудами. Толщина рубцовой составляла 887,55±62,06 мкм (в 2.4 раза превосходила толщину после лазерной резекции).

Особенностью репарации паренхимы легкого после резекции с помощью лазерного излучения являлось раннее появление в грануляционной ткани большого количества новообразованных тонкостенных сосудов. К седьмым суткам практически все новообразованные сосуды имели сформированные стенки и эндотелиальную выстилку, были заполнены кровью.

Процессы редукции новообразованных сосудов происходили параллельно с процессами резорбции коллагена и фиброклазии, и через месяц после лазерной резекции части легкого окончательно формировался тонкий соединительнотканный рубец с умеренным количеством компактно упакованных коллагеновых волокон, новообразованных со-

судов и зрелых форм фибробластов. При этом толщина рубцовой ткани уменьшалась почти в три раза по сравнению с предыдущим сроком исследования и составляла 117,07±6,36 мкм.

После аппаратной резекции, к этому сроку ширина соединительнотканного рубца составляла 564,12±6,36 мкм (различие в 4,7 раза по сравнению с лазерной резекцией). Коллагеновые визуально были более грубыми, чем после лазерной резекции (рис.3).

7 сутки 14 сутки 30 сутки

Рисунок 3. Сравнительная толщина рубцовой ткани (мкм) после лазерной и аппаратной резекции легкого в зависимости от сроков наблюдения (р<0,05).

По данным Е.С. Головневой (1999), дегрануляция тучных клеток и высокая активность фибробластов в зоне воздействия лазерного излучения создают необходимые условия для стимуляции и реализации неоан-гиогенеза.

Таким образом, после резекции легкого излучением диодного лазера, мы наблюдали типичное для всех лазерных ран заживление, заключающееся в постепенном замещении коагуляционного некроза зрелой соединительной тканью к 30-м суткам. Как отмечено рядом исследователей (Ели-сеенко В.И., 1987; Неворотин А.И., Кулль М.М., 1989; Корепанов В.И., 1996), раннее становление и выраженность репаративных процессов после

воздействия высокоинтенсивного лазерного излучения связаны с коагуля-ционным характером некроза тканей, быстрым испарением межтканевой и внутриклеточной жидкости, небольшим объемом тканевых повреждений, что сокращает экссудативную фазу воспаления и способствует ускорению пролиферативной фазы репаративного процесса.

Результаты нашего исследования показали, что надежный аэро- и гемостаз при лазерной резекции легкого с дополнительной коагуляцией зоны резекции наблюдается в 100% случаев, что является несомненным преимуществом предлагаемой нами методики.

При этом было отмечено, что часто в зону лазерной резекции попадали бронхи среднего калибра, имеющие наружный диаметр 746,83±57,51 мкм. Благодаря термическому эффекту высокоинтенсивного лазерного излучения часть стенки бронха, располагавшаяся в зоне лазерной резекции была гомогенизирована, уплотнена, с утратой эпителиальной выстилки и складчатости стенки. Противоположная часть стенки бронха сохраняла гистологическое строение, хотя здесь определялся умеренный отек и разрыхление стенки, а бронхиальный эпителий был вытянут и частично десквамирован.

При аппаратной резекции в период с 1-х по 3-и сутки происходил некроз не только альвеол, но и бронхов мелкого и среднего калибра, как попавших в зону аппаратного сдавления легочной паренхимы, так и рас -полагавшихся на удалении от нее (2144,83± 135,64 мкм в 1-е сутки и 2822,28± 197,64 мкм к концу 3-х суток).

Наличие максимально высоких температур только на резецируемой поверхност и легочной ткани за счет расположения торца световода перпендикулярно поверхности резекции и высокой скорости сканирования позволяет существенно уменьшить прогрев глубжележащих тканей, что мы и наблюдали при измерении ширины зоны коагуляционного некроза, которая имела максимальные значения на 3-й сутки после операции и составляла 666,78±24,98 мкм.

Таким образом, выраженное уплотнение и обезвоживание тканей во время лазерной резекции позволяло создавать на резецированной поверхности прочную герметичную коагуляционную пленку, выдерживающую давление 25 мм. вод. ст. и при этом избегать существенных затрат времени на выполнение аэростаза.

Для пересечения ребра мощность лазерного излучения составила 15 Вт в импульсном режиме (100:50 мс). При этом пересечение ребра

происходило быстро, в среднем за 60 сек, и кровотечения из спонгиоз-ного слоя не наблюдались.

Для защиты нижележащих тканей и уменьшения трудоемкости операции нами был сконструирован и впервые применен специальный инструмент для пересечения ребер лазерным лучом, состоящий из двух рабочих частей: канала для световода и реберного ретрактора.

По световоду подавали лазерное излучение, правой рукой перемещали волновод вверх-вниз в сканирующем режиме до верхней и нижней границы ребра, пока ребро полностью не пересекалось. При этом ни в одном случае мы не наблюдали повреждения плевры и окружающих мышц.

При пересечении ребра пилкой Джигли имелись технические трудности, связанные с заеданием пилки, при подведении ее под ребро, что вынуждало расширять торакотомный доступ до 5 см. Для остановки кровотечения из спонгиозного слоя приходилось использовать электрокоагуляцию.

Морфологически через 1 сутки после лазерной резекции ширина зоны некроза составляла 692,32+55,99 мкм, что в 2,4 раза меньше чем при пересечении ребра пилкой Джигли (зона некроза составляла 1673,86±200,76мкм).

Отличительной особенностью было то, что зона некроза при механическом пересечении имела различную ширину на протяжении одного препарата, тогда как при лазерной резекции ширина была одинакова.

К 3-м суткам после лазерной резекции ширина некротизированной ткани ребра составляла 588,63+21,98 мкм. Она была четко отграничена от неповрежденной костной ткани формирующимся пластом незрелой соединительной ткани, основная часть клеток которой была представлена юными формами фибробластов с примесью макрофагов и клеток лим-фоидного ряда.

После механической резекции на этом сроке ширина некротизированной ткани составляла 1703,55+ 187,33 мкм. Граница между ней и неизмененной костной тканью была выражена нечетко, здесь определялся отек межуточной ткани и инфильтрация нейтрофильными лейкоцитами с примесью клеток лимфоидного ряда.

На 7-е сутки после операции зона некроза уменьшалась по сравнению с предыдущим сроком исследования и составляла 322,31+8,93 мкм. После пересечения ребра пилкой Джигли зона некроза составляла

892,03±81,28 мкм. В некоторых случаях в зоне лазерной резекции начиналась пролиферация островков хрящевой ткани, состоящей из крупных округлых хондробластов. В других случаях резекции ребра формировалась плотная фиброзная ткань с большим количеством пролиферирую-щих фибробластов и новообразованных коллагеновых волокон. Лейкоцитарной инфильтрации на этом сроке наблюдения уже не выявлялась. Аналогичные изменения происходили и после механического пересечения ребра.

К14 суткам и в опытной группе и в группе сравнения некротизиро-ванная ткань выявлялась лишь на отдельных участках. Ширина рубцовой ткани продолжала уменьшаться и составляла после лазерной резекции 263,44± 18,63 мкм, а после механической резекции 592,05±71,43 мкм (рис.4). Линия резекции была отграничена от неповрежденной кости островками пролиферирующих хондробластов, окруженных пластами молодой соединительной ткани, богатой компактно упакованными толстыми малоизвитыми коллагеновыми волокнами. В некоторых полях зрения наблюдалось формирование незрелых костных балок.

1 сутки 3 сутки 7 сутки 14 сутки

Рисунок 4. Сравнительная ширина зоны некроза при лазерной резекции и пересечении ребра пилкой Джигли (мкм) в зависимости от сроков наблюдения (р<0,05).

К концу 30-х суток между резецированными поверхностями ребра определялась типичная костная мозоль с формирующимися костными балками, между которыми были видны вновь образованные островки миелоидной ткани. Толщина костной мозоли при лазерной резекции была в среднем, в 2,8 раза меньше, чем при механическом пересечении ребра.

Усовершенствованная методика резекции ребра лучом лазера в контактном режиме отличается от других известных способов, в том числе инструментальных, тем, что специальный инструмент позволяет максимально приблизить зону лазерной деструкции к линейному шву, не повреждая подлежащие ткани. Пересечение производится атравматично, бескровно и не требует усилий хирурга. Для введения инструмента требуется межреберный разрез 2-3 см.

Обобщение итогов проделанной нами работы и анализ данных литературных источников, позволяет сделать заключение о том, что применение излучения диодного лазера длиной волны 805 нм для резекции легких и пересечения ребер имеет преимущество при проведении торакос-копических операций и операций из мини - торакотомных доступов.

Излучение диодного лазера ближнего инфракрасного диапазона длиной волны 805 нм было впервые применено нами для резекции легких и ребер. Технические характеристики, такие как малые размеры, отсутствие проблем с охлаждением и источниками питания, наличие электронной панели управления облегчают эксплуатацию данного прибора. Возможна быстрая настройка требуемых параметров.

Во всех случаях применения высокоинтенсивного лазерного излучения достигался хороший гемостатический и аэростатический эффект.

Явным преимуществом методики является отсутствие в тканях шовного материала, танталовых скрепок и синтетических пленок, которые вызывают выраженную воспалительную реакцию и задержку репаратив-ных процессов. После лазерной резекции части легкого в короткие сроки происходит становление репаративных процессов с минимальной воспалительной реакцией и формированием тонкого (117,07+ 6.36 мкм) рубца. При этом максимально сохраняется функционирующая паренхима легкого.

Разработанный нами вариант резекции ребер с использованием специально сконструированного инструмента удобен при работе из мини -доступа. Отсутствует возможность повреждения нижележащих тканей и

сосудисто- нервных пучков. Это особенно важно при пересечении труднодоступного 1 ребра и расширяет возможности для проведения органо-сохраняюших операций. Предложенный способ резекции легких и ребер может использоваться при видеоторакоскопических малоинвазивных вмешательствах на легких и при торакопластических операциях из мини - доступов.

Выводы:

1. Использование для резекции легких излучения диодного лазера длиной волны 805 нм, мощностью 10 Вт в квазинепрерывном режиме (1:1 мс) кварцевым моноволоконным световодом с диаметром светоне-сущего волокна 0,4 мм, с дополнительной коагуляцией раневой поверхности при мощности 5 Вт в квазинепрерывном режиме (1:3 мс), позволяет добиться хорошего гемостаза и аэростаза.

2. Излучением диодного лазера длиной волны 805 нм в импульсном режиме (100:50 мс), мощностью 15 Вт, кварцевым моноволоконным световодом с диаметром светонесущего волокна 0,4 мм возможно бескровно за 50-60 секунд пересекать ребро.

3. Созданный инструмент для пересечения ребер, пригоден при работе из мини-доступа. Он позволяет подводить световод к ребру, осуществлять тракцию, пересечение ребра и экранировать нижележащие ткани от лазерного воздействия.

4. Особенностью альтеративных и репаративных процессов в зоне лазерной резекции легких является развитие коагуляционного некроза со слабо выраженным экссудативным компонентом и воспалительной реакцией. Наблюдается активная пролиферация клеток фибробластического ряда. При этом к концу 30-х суток после операции формируется соединительнотканный рубец толщиной менее 1 мм. Остается максимально сохранной функционирующая легочная паренхима. В эти же сроки формируется костная мозоль.

5. Результаты проведенного экспериментального исследования позволяют рекомендовать предложенный режим лазерного воздействия для органосохраняющих операций на легких и пересечения ребер с помощью предложенного инструмента для торакопластических операций.

Практические рекомендации:

1. Для пересечения ткани легкого при его резекции рекомендуется использовать излучение диодного лазера длиной волны 805 нм, мощностью 10 Вт в квазинепрерывном режиме (1:1).

2. Для пересечения ребра рекомендуется использовать излучение диодного лазера длиной волны 805 нм, мощностью 15 Вт в импульсном режиме.

3. Пересечение ребра удобнее производить с помощью специального инструмента (патент№ 33496 от 05.05.2003).

4. Отработанные режимы пересечения легких и ребер рационально использовать при видеоторакоскопических, видео-ассистент-торакоско-пических операциях и операциях из мини- доступов.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Экспериментальное обоснование применения диодного лазера в торакальной хирургии / Д.Б. Гиллер, Г.В. Гиллер, Н.П. Ревель-Муроз и др. //Лазерные технологии в медицине.- Челябинск., 2001.-С. 86-87.

2. Результаты использования диодного лазера при торакальных операциях в эксперименте /Д.Б. Гиллер, Г.В. Гиллер, Н.П. Ревель-Муроз и др. // Первая научно-практическая конференция с международным участием: Высокие хирургические, лазерные и информационные технологии в медицине Санкт-Петербурга и Северо-Западного региона Р.Ф.:перспек-тивы развития.-С.-Пб., 2003.-С.90-92.

3. Гиллер Д.Б. Обоснование использования диодного лазера при резекции легких в эксперименте /Д.Б. Гиллер, Г.В. Гиллер, Н.П. Ревель-Муроз // 5 научно-практическая конференция: Современные технологии в медицине. -Нягань.,2003.-С.24-25.

4. Обоснование использования диодного лазера при резекции ребер в эксперименте /Д.Б. Гиллер, Г.В. Гиллер, Н.П. Ревель-Муроз и др. // Иероглиф.-2004.-Том 7 №25.-С.940-941.

5. Гиллер Д.Б., Ревель-Муроз Н.П. Обоснование применения диодного лазера для резекции ребер и легких // Известия Челябинского научного центра УрО РАН, 2004^йр:// www.sci.urc.ac.ru/neus/. Принято в печать.

6. Патент на полезную модель № 33496 Хирургический инструмент для рассечения с использованием физического излучения подтягиваемо-

го ретрактором ребра/Д.Б. Гиллер, Г.В. Гиллер, Б М. Гиллер Н.П. Ре-вель-Муроз.-№2003113415; Заяв. 05.05.2003; Опубл. 27.10.2003, Официальный бюллетень Российского агентства по патентам и товарным знакам «Изобретения. Полезные модели». Москва 2003 г. Бюл. № 30 ч.З.-С. 531.

На правах рукописи

Ревель-Муроз Наталья Петровна

ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ ДИОДНОГО ЛАЗЕРА ДЛИНОЙ ВОЛНЫ 805 НМ ПРИ МАЛОИНВАЗИВНЫХ ВМЕШАТЕЛЬСТВАХ ДЛЯ РЕЗЕКЦИИ ЛЕГКИХ И ПЕРЕСЕЧЕНИЯ РЕБЕР (экспериментальное исследование)

14.00.27-хирургия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Челябинск-2004

Отпечатано в издательстве «Челябинская государственная медицинская

академия». Лицензия № 01906. Подписано к печати 22.11.04 г. Объем 1 п.л. Формат 64x84. Гарнитура «Times New Roman cyp». Бумага для офисной техники, 80 мг/м2. Тираж 100 экз.

»2 63 2 7

Актуальность проблемы. Последние десятилетия в России и в мире отмечается эпидемический рост числа заболеваний легких. Вследствие этого возросла потребность в оперативных вмешательствах на легких, особенно по поводу туберкулеза и рака.

Заболеваемость туберкулезом в России за последние 10 лет увеличилась более чем в 2 раза (с 34 до 74 случаев на 100 тысяч населения), и в настоящее время в помощи фтизиатра нуждается 2,5 млн. человек. Количество больных с фиброзно-кавернозным туберкулезом, при котором наблюдается наибольшая хирургическая активность, не уменьшается, а остается на уровне 30 тыс. (Приймак А.А., 2002).

Злокачественные новообразования легкого в настоящее время занимают первое место (20-30%) в структуре онкологической заболеваемости мужского населения России, стран Западной и Центральной Европы, Северной Америки, Западной и Юго-Восточной Азии, Южной Африки, Австралии и Новой Зеландии. (Трахтенберг А.Х., 2000; Schottenfeld D.1996; Shaw G.L., 1996).

В России рак легкого занимает первое место в структуре заболеваемости населения злокачественными новообразованиями (15%) и смертности от них (21%).

Ежегодно в России рак легкого диагностируют более чем у 66 тыс. пациентов. Из них 60% подвергаются хирургическому или комбинированному лечению - порядка 34 тыс. оперативных вмешательств в год (Трахтенберг А.Х., Чиссов В.И., 2000).

По поводу туберкулеза ежегодно проводится 9-9,5 тыс. оперативных вмешательств. Однако общая потребность в торакальных операциях как минимум в 2 раза больше (Перельман М.И., 2003).

Наиболее актуальной темой на сегодня является разработка малоинвазивных, органосохраняющих технологий легочных операций с применением видеоторакоскопической техники. Это обусловлено тем, что часто возникает несоответствие между сравнительно небольшим объемом хирургических манипуляций в грудной полости и травматичностью доступа. При торакотомии происходит повреждение мышц, участвующих в механизме реберно-диафрагмального дыхания и двигательной функции рук, явно выражен косметический дефект (Вишневский А.А. и соавт. 1997). Продольная стернотомия опасна развитием остеомиелитических осложнений в 0,5 -5,9 % случаев (Kraswa M.J., Mask M.J.1994). У пациентов из-за обусловленного болью ограниченного дыхания, застоя секрета, а также нарушения вентиляционно-перфузионных отношений повышается риск возникновения послеоперационных ателектазов и пневмоний (Casadio С. и соавт. 1993; Durtshi М. 1993).

По мнению M.J. Mack и соавт. (1993) до 70% оперативных вмешательств на органах грудной полости могут выполняться с использованием видеоторакоскопии и мини-торакотомных доступов. Основной проблемой при этом является обеспечение надежного аэро- и гемостаза. Недостаточная длина эндоскопических сшивателей для атипичной резекции легкого требует их многократного наложения, что значительно усложняет технику резекции. Использование сшивающих аппаратов удобно для резекций образований, расположенных по краю легкого. При локализации образований в глубине паренхимы, существуют технические трудности с аппаратным наложением швов. Использование высокоинтенсивного лазерного излучения при таких операциях, может существенно расширить использование малоинвазивных вмешательств. Нами найдены лишь единичные работы, упоминающие использование лазерного излучения при видеоторакоскопических резекциях легкого (Landreneau R.J., 1991;

Giudicelli R. et. al., 1994; Keenan R.J., Landreneau R.J., 1995; NishimuraY., 1995). Публикаций о малоинвазивных торакопластических операциях с применением лазерного излучения в литературе нами не найдено. Излучение диодного лазера при малоинвазивных торакопластических операциях и видеоторакоскопических резекциях легкого не применялось, не отрабатывались оптимальные параметры излучения данного лазера для резекции легких и ребер. Не изучались морфофункциональные особенности репарационных процессов в легких и ребрах после воздействия излучения диодного лазера, что и явилось предпосылкой для выполнения нашего исследования.

Цель работы. Обоснование возможности использования высокоинтенсивного излучения диодного лазера длиной волны 805 нм для резекции легких и пересечения ребер в малоинвазивной торакальной хирургии.

Задачи исследования.

1. В условиях эксперимента подобрать оптимальные режимы для резекции легких излучением диодного лазера.

2. Подобрать наилучший режим для пересечения ребер излучением диодного лазера.

3. Смоделировать и изготовить инструмент для лазерного пересечения ребер с максимальной безопасностью для окружающих тканей.

4. Изучить динамику репаративных процессов в легких и ребрах после воздействия высокоинтенсивного лазерного излучения в разные сроки.

Научная новизна. Впервые в торакальной хирургии в условиях эксперимента применено излучение диодного лазера длиной волны 805 нм. Подобраны параметры воздействия данного лазера, при которых достигается резекция легкого с хорошим аэро-и гемостазом, и пересечение ребер без повреждения окружающих тканей.

Впервые создан специальный инструмент для лазерного пересечения ребер, пригодный для проведения операций из мини-торакотомных доступов. Отработана техника пересечения ребер с помощью предложенного реберного ретрактора. Получен патент на полезную модель: "Хирургический инструмент для рассечения с использованием физического излучения подтягиваемого ретрактором ребра" № 33496 от 05.05. 2003.

Практическая значимостьи внедрение результатов исследования.

Выработанные параметры лазерного излучения могут быть использованы при малоинвазивных методиках торакальных операций.

Результаты работы используются для видеоторакоскопических резекций легкого и операций из мини-торакотомных доступов в отделении лазерной торакальной хирургии ГУ ЦНИИТ РАМН и в учебном процессе кафедры хирургии и эндоскопии в курсе хирургия груди ГОУ ВПО УГМАДО (г. Челябинск). По материалам диссертации опубликовано 5 научных работ в местной и центральной печати.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Направленное излучение диодного лазера длиной волны 805 нм в квазинепрерывном режиме (импульс 1 мс: пауза 1 мс), мощностью 10 Вт, длительностью 30-50 секунд с дополнительной коагуляцией линии резекции в квазинепрерывном режиме (импульс

1 мс: пауза 3 мс) мощностью 5 Вт экспозицией 15-30 сек. позволяет производить краевую и глубокую полусферическую резекцию легкого с хорошим аэро- и гемостазом.

2. Для пересечения ребер наилучшим является применение излучения диодного лазера (длина волны 805 нм) в импульсном режиме (импульс 100 мс : пауза 50 мс) со средней мощностью 15 Вт. Ребро пересекается бескровно за 50-60 сек.

3. В ходе репаративной регенерации после резекции легкого излучением указанного лазера происходит образование соединительнотканного рубца с максимально сохранной паренхимой легкого.

Апробация работы. Основные положения диссертации изложены в 5 публикациях, доложены на конференции' Челябинского института лазерной хирургии (2000), на совместном заседании сотрудников Челябинского государственного института лазерной хирургии и кафедры хирургии и эндоскопии УрГМАДО (2001).

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, четырех глав собственных исследований, заключения, выводов, указателя литературы, включающего 81 отечественных и 130 зарубежных источника. Работа представлена на 107 страницах машинописного текста, иллюстрирована 4 таблицами 44 рисунками.

ВЫВОДЫ

1. Использование для резекции легких излучения диодного лазера длиной волны 805 нм, мощностью 10 Вт в квазинепрерывном режиме (1:1мс) кварцевым моноволоконным световодом с диаметром светонесущего волокна 0,4 мм, с дополнительной коагуляцией раневой поверхности при мощности 5 Вт в квазинепрерывном режиме (1:3 мс), позволяет добиться хорошего гемо-и аэростаза.

2. Излучением диодного лазера длиной волны 805 нм в импульсном режиме (100:50 мс), мощностью 15 Вт, кварцевым моноволоконным световодом с диаметром светонесущего волокна 0,4 мм возможно бескровно за 50-60 секунд пересекать ребро.

3. Созданный инструмент для пересечения ребер, пригоден при работе из мини-доступа. Он позволяет подводить световод к ребру, осуществлять тракцию, пересечение ребра и экранировать нижележащие ткани от лазерного воздействия.

4. Особенностью альтеративных и репаративных процессов в зоне лазерной резекции легких и ребер является развитие коагуляционного некроза со слабо выраженным экссудативным компонентом и воспалительной реакцией. Наблюдается активная пролиферация клеток фибробластического ряда. При этом к концу 30-х суток после операции формируется соединительнотканный рубец толщиной 117,07±6,36 мкм. Остается максимально сохранной функционирующая легочная паренхима. В эти же сроки формируется костная мозоль.

5. Результаты проведенного экспериментального исследования позволяют рекомендовать предложенный режим лазерного воздействия для органосохраняющих операций на легких и пересечения ребер с помощью предложенного инструмента для торакопластических операций.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Для пересечения ткани легкого при его резекции рекомендуется излучение диодного лазера длиной волны 805 нм, мощностью 10 Вт в квазинепрерывном режиме.(1:1)

2. Для пересечения ребра рекомендуется излучение диодного лазера длиной волны 805 нм, мощностью 15 Вт в импульсном режиме.

3. Пересечение ребра удобнее производить с помощью специального инструмента (патент № 33496 от 05.05. 2003).

4. Отработанные режимы пересечения легких и ребер рационально использовать при видеоторакоскопических, видео-ассистент-торакоскопических операциях и операциях из мини-доступов.