Последние тенденции развития медицины свидетельствуют об активном совершенствовании и внедрении передовых лазерных технологий не только в клинической, но и в эстетической медицине. Сегодня область применения лазеров в эстетической медицине многогранна: они используются для удаления нежелательных волос (лазерная эпиляция), терапии сосудистых и пигментных патолофгий, шлифовки лица и фотоомоложения, коррекции рубцов, удаления новообразований кожи, татуировок, лечения акне, розацеа, псориаза, поствоспалительной гипопигментации, витилиго и др. При этом лазерные технологии используются в качестве монотерапии или включаются в комплексные программы коррекции и лечения приобретенных, а также врожденных дефектов кожи.
Как самостоятельное направление лазерная медицина сформировалась в последней четверти XX века, что было обусловлено значительным прогрессом в производстве лазерного медицинского оборудования. Американский физик Мейман Т. продемонстрировал работу первого оптического квантового генератора - лазера. Это был рубиновый лазер, работающий в импульсном режиме на длине волны 694 нм. В дальнейшем, с момента изобретения лазера, почти каждый год появлялись все новые его виды с различными точками приложения.
Изобретатели оптических квантовых генераторов, вероятно, не предполагали, что лазер окажется незаменимым для медицины, так как первые лазерные аппараты применялись для обработки различных материалов, в микроэлектронике, в устройствах записи и считывания информации, в военном деле, оптике, фотолитографии и т. д.
Сегодня лазеры используются в самых различных областях науки и техники, а также в быту: чтение и запись компакт-дисков, лазерные принтеры, считыватели штрих-кодов, резка и сварка металлов, микроэлектроника, медицина, управление транспортными средствами и космическими полетами, термоядерный синтез. Активное внедрение и применение промышленных лазеров обусловило прорыв лазеров в медицине - наступила новая эра в хирургии.
Одним из первых лазеров, который был применен в дерматокосметологии, стал рубиновый лазер. При удалении татуировки было отмечено длительное и стойкое выпадение волос в проекции воздействия лазерного луча, что обусловило дальнейшее использование этого вида лазера для эпиляции.
А в дерматохирургии первым был углекислотный лазер непрерывного действия, который использовали для удаления новообразований и шлифовки кожи с целью омоложения. Однако высокий процент осложнений, обусловленный значительным термическим повреждением с обугливанием тканей и их рубцеванием, и связанный с этим недостаточный эстетический результат ограничили его широкое внедрение. Это привело к созданию лазеров с импульсным режимом излучения и сканер-генератором, что существенно сократило термическое повреждение кожи, обеспечило точность фокусировки луча на область воздействия и позволило быстро обрабатывать большие площади. Такой импульсный режим был специально предназначен для косметологических целей; он получил название суперимпульсного (superpulse, Q-switched, ultrapulse). В данном случае глубина поверхностного коагуляционного некроза дермы в зависимости от длины волны лазера составляет от 10 до 100 мкм.
На сегодняшний день лазерная медицина, родившаяся на стыке оптической физики, фотобиологии и медицины, представляет собой синтез фундаментальных и практических знаний о природе и свойствах лазера, его взаимодействии с биологическими тканями, принципах лечебного воздействия лазерного излучения.
Физической основой работы ЛАЗЕРА является процесс вынужденного (индуцированного) излучения. Общеизвестно, что свет - это электромагнитная волна, длина которой определяет глубину проникновения различных видов излучения в биологические ткани. В физике принято считать светом три соседних диапазона: ультрафиолетовый, видимый и инфракрасный. Ультрафиолетовая составляющая света, как правило, имеет ограниченное применение в косметологии из-за чрезвычайно агрессивного воздействия на организм. Исключение составляет фототерапия ряда дерматологических заболеваний с тяжелым течением (например, псориаз и витилиго).
Основным спектром света, применяемого в клинической практике, является диапазон излучения от зеленого (500 - 560 нм) до ближнего инфракрасного (760 - 1500 нм). На сегодняшний день источниками такого света являются лазеры и широкополосные импульсные лампы (IPL).
В чем принципиальное отличие этих фотосистем?
Известно, что уникальными свойствами лазерного излучения являются:
- Монохроматичность (временная когерентность). Лазеры генерируют свет определенной длины волны или, как принято в физике, определенного цвета. Например, лазер Nd:YAG имеет длину волны - 532 нм, рубиновый лазер - 694 нм, александритовый - 755 нм, диодный лазер - 800 нм, неодимовый - 1032 нм и т. д. При этом разные виды излучения, особенно в физиотерапии, называют красным, зеленым, желтым и т. д. Длина волны или набор длин волн определяют точку воздействия источника света.
- Когерентность (пространственная) - колебания световых волн синхронизированы по фазе, то есть пики и спады волн располагаются параллельно.
- Коллимированность - все лазерные лучи параллельны и не рассеиваются с расстоянием. Это дает малый угол расхождения лучей лазера и, соответственно малые потери энергии в пространстве.
Наиболее значимым для практического применения свойством лазера является генерация монохроматичного света, тогда как в IPL-системах излучение полихроматично.
Следует также подчеркнуть, что имение с помощью лазера можно получить сверхмощное излучение, которое применяется в импульсном режиме и режиме модуляции добротности (Q-switched) с наносекундной длительностью импульсов.
При воздействии лазерного луча на биоткань происходят три основных процесса: отражение, поглощение и пропускание с рассеиванием. При этом лазерный луч может рассматриваться как группа фотонов, которые взаимодействуют с веществом только посредством передачи энергии. Следовательно, для того чтобы лазерное излучение оказало какое-либо действие, необходима абсорбция фотонов тканью.
Поглощенные фотоны могут оказать термическое, механическое или химическое воздействие на хромофор и окружающую его ткань. При этом наиболее значимыми являются тепловое повреждение и коагуляция, которые происходят при фотоэпиляции, коагуляции сосудов и омоложении кожи. Механические повреждения тканей под воздействием лазерного луча известны как фотоакустический эффект, который возникает при высокой энергии сверхкоротких наносекундных импульсов и применяется для удаления татуировок и коррекции пигментных нарушений. Примерами химических реакций, возникающих в тканях под воздействием света, служат процесс фотосинтеза в растениях, а также повреждение дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) ультрафиолетовым излучением, приводящее к апоптозу и злокачественному перерождению клеток.
По мере изучения свойств лазерного луча выяснилось, что возможность сконцентрировать световую энергию в малом объеме позволяет избирательно воздействовать на биоткань и легко дозировать степень этого воздействия - от коагуляции до испарения и разреза.
Следует подчеркнуть важность подбора длины волны излучения, поскольку многочисленные биологические структуры поглощают излучения с различными длинами волн с разной интенсивностью. Об избирательном поглощении света впервые заговорили Андерсон Р. и Парриш Д., которые в 1983 г. предложили теорию селективного фототермолиза - способности биотканей поглощать световое излучение определенной длины волны. Эта теория произвела революцию в лазерной терапии, так как объясняла локальное повреждение структур относительно окружающих тканей.
Поглощающее вещество или структуру называют хромофором или мишенью. Хромофором могут быть эндогенная структура или экзогенное вещество, которые поглощают излучения с определенными длинами волн в соответствии со своим коэффициентом поглощения. Примерами эндогенных хромофоров служат гемоглобин (оксигемоглобин, дезоксигемоглобин и метгемоглобин), меланин, вода, белки, пептиды, ароматические аминокислоты, нуклеиновые кислоты, урокановая кислота, билирубин. На практике мишенью может быть меланосома в пределах меланоцита или сам меланоцит среди скопления кератиноцитов и т. д. Экзогенными хромофорами являются фотосенсибилизаторы, а также частицы красителей татуировок.
Селективность (избирательность) метода определяется оптическими свойствами тканей - спектром поглощения структур-мишеней. Сегодня известны спектры поглощения практически всех тканей человека (кожи, мышц, костей, слизистых оболочек, соединительной ткани и т. д.
Основными хромофорами кожи являются три вещества:
- меланин,
- гемоглобин,
- вода
- что определяет специфичность воздействия лазерного излучения при различных косметических дефектах. Так, при наличии пигментных пятен основным хромофором служит меланин, а при телеангиэктазиях и гемангиомах воздействие оказывается на гемоглобин и оксигемоглобин.
Доказано, что чем выше поглощающая способность и концентрация хромофоров, тем интенсивнее результат воздействия. Кроме того, выявлена закономерность: структуры-мишени поглощают свет не строго в определенной точке спектра, а на всем его протяжении с различной интенсивностью. Меланин поглощает во всем оптическом диапазоне с максимумом в ультрафиолетовой части спектра, гемоглобин активно поглощает свет в диапазоне 500 - 600 нм, вода, содержащаяся в коже, - преимущественно в ближнем инфракрасном диапазоне. Следовательно, излучение практически любой длины волны, попавшее на кожу, будет поглощено с той или иной степенью интенсивности. Результат такого селективного взаимодействия хромофоров с лазерным излучением - образование тепла, которое накапливается и при достаточной мощности лазерного луча вызывает нагрев и коагуляцию мишени (одного из компонентов биологической ткани). Как правило, если лазер работает по принципу селективного фототермолиза, то воздействие является избирательным, и происходит разрушение только прицельно выбранной структуры.
Следует отметить, что благодаря термическим свойствам тканей тепло распространяется в окружающие ткани и происходит их нагрев, даже при минимальном содержании в них светопоглощающих хромофоров. Известно, что процессы поглощения и переноса тепла зависят от физических свойств, глубины залегания и размеров мишени. При этом основным фактором, определяющим термические свойства тканей, является время термической релаксации (ВТР) - период времени, за который нагретый объект успевает передать 50% тепла в окружающую ткань, то есть остыть наполовину. В связи с этим необходимо подбирать не только длину волны излучения, но и плотность энергии, длительность лазерных импульсов, частоту их повторения, длительность интервала между импульсами и диаметр лазерного луча.
Различают следующие режимы работы лазера:
- непрерывный (постоянное излучение),
- импульсный (подача лазерного луча импульсами),
- квазинепрерывный, или режим модуляции добротности (корот-кие сверхмощные импульсы).
При применении IPL-систем реализация принципа селективного фототермолиза затруднена из-за генерации широкого спектра длин волн от 500 до 1200 нм. В большинстве таких фотосистем для повышения селективности применяют светофильтры, отсекающие часть волн. Например, для коагуляции телеангиэктазий применяют фильтр с границей отсечения 515 нм. Однако общий диапазон длин волн все равно остается большим и составляет 515 - 1200 нм, что не позволяет системе работать селективно. При подобном световом воздействии излучение поглощает не только гемоглобин, находящийся в пределах кровеносных сосудов, но также меланин и содержащаяся в коже вода, что существенно повышает тепловое влияние на окружающие ткани. Это снижает эффективность воздействия, и для ее увеличения прибегают к повышению параметров излучения. Клинический опыт показывает, что такие приемы лишь незначительно улучшают результат терапии, а риск побочных эффектов и осложнений резко возрастает. Они обусловлены термическим повреждением кожи и включают длительно существующую эритему, отек, а в дальнейшем и поствоспалительную гиперпигментацию. В тяжелых случаях возможно образование пузырей и формирование рубца.
Конечно, подобные нежелательные эффекты могут развиться и при применении лазерных технологий, однако правильно определенные показания и противопоказания, а также грамотно выбранные параметры и режим воздействия позволяют избежать отрицательных последствий.
В связи с вышесказанным основной сферой применения IPL-систем является неаблятивное омоложение кожи, или фотоомоложение.
Итак, в основе медицинского применения лазеров лежат следующие механизмы взаимодействия света с биологическими тканями:
- невозмущающее действие, которое используется для создания различных диагностических приборов;
- фотодеструктивное действие, которое используется преимущественно в лазерной хирургии;
- фотохимическое действие, лежащее в основе применения лазерного излучения как терапевтического инструмента.
Соответственно, развитие лазерной медицины идет по трем направлениям:
- лазерная диагностика,
- лазерная хирургия
- лазерная терапия.
Области применения лазерных технологий в зависимости от вида лазера, глубины проникновения лазерного излучения и поглощающих хромофоров
Вид лазера |
Длина волны, нм |
Глубина проникновения, мкм (мм)* |
Основной поглощающий хромофор |
Область применения в эстетической медицине |
Nd:YAG с удвоением частоты |
532 |
1330 (1,33) |
Меланин, гемоглобин (оксигемоглобин) |
Телеангиэктазий, гемангиомы |
Импульсный на красителе |
585 |
2000 (2,00) |
Меланин, гемоглобин (оксигемоглобин) |
Телеангиэктазий, гемангиомы |
He-Ne (гелий-неоновый) |
633 |
4000 (4,00) |
Меланин, гемоглобин (оксигемоглобин) |
Терапевтическая дерматокосметология |
Рубиновый |
694 |
3990 (3,99) |
Меланин, гемоглобин (оксигемоглобин) |
Эпиляция, татуировки, пигментные пятна |
Александритовый |
755 |
4320 (4,32) |
Меланин, гемоглобин (оксигемоглобин) |
Эпиляция, татуировки, пигментные пятна |
800 980 |
4000 (4,00) 1300 (1,3) |
Меланин, гемоглобин (оксигемоглобин) |
ЭПИЛЯЦИЯ, татуировки, пигментные пятна |
|
Неодимовый (Nd:YAG) |
1064 |
5315 (5,31) |
Меланин, гемоглобин (оксигемоглобин), коллаген |
Эпиляция, татуировки, пигментные пятна, телеангиэктазий, гемангиомы, неаблятивное омоложение |
Эрбиевый (Er:YAG) |
2940 |
3 (0,003) |
Вода |
Омоложение кожи, рубцы (шлифовка) |
Углекислотный (СО2) |
10600 |
65 (0,065) |
Вода |
Омоложение кожи, рубцы (шлифовка) |
* Глубина проникновения излучения h в микрометрах (миллиметрах), на которой поглощается 90% мощности падающего на биоткань лазерного света.