Стейка аорты человека до и после лазерного воздействия
В соответствии с целью работы необходимо было найти режим лазерного воздействия, при котором существенная доля энергии излучения лазера пошла бы на разрыв связей в молекулах липидов, атеросклеротических бляшек, при минимальном тепловом и механическом воздействии на окружающую облучаемый участок сосудистую стенку. Для этого была изучена структура неизмененной и атеросклеротически пораженной стенки аорты человека in vitro при воздействии лазерного излучения высокой интенсивности с различными параметрами лазерного пучка (длина волны, энергия, длительность импульса, степень фокусировки луча). Был исследован липидный состав нормальной и атеросклеротически измененной аорты (в стадиях фиброзной и атероматозной бляшек) от интимы к адвентиции и выявлены изменения в липидном составе аорты при облучении ультрафиолетовым лазером с различными параметрами лазерного пучка.
Для установления механизма разрушения лазерным излучением компонентов, входящих в состав атеросклеротически измененной аорты, исследовали спектры поглощения света срезами атеросклеротической бляшки, растворами органических соединений, входящих в ее состав, а также изучали изменение сигналов флюоресценции и рассеивания от срезов атеросклеротической бляшки под действием лазерного излучения с различными параметрами лазерного пучка.
На основании полученных результатов мы установили режим воздействия, при котором значительная доля энергии лазерного луча тратится на фотохимический разрыв связей в молекулах липидов атеросклеротической фиброзной бляшки, и дали рекомендации по использованию лазерного излучения в клинической хирургии сосудов. После облучения стенки аорты сфокусированным лазерным лучом со стороны эндотелия на препаратах регистрируются структурные изменения стенки аорты. Они выражаются в очаговом разрушении и испарении эндотелия, оконча- тых эластических мембран, базальной мембраны, подзндоте-
лиальной соединительной ткани интимы и гладкомышечных клеток медии. При этом образуются "кратеры”, величина и форма которых зависит от параметров и профиля (формы) лазерного излучения и состояния сосудистой стенки (рис. 2.13).
При использовании ультрафиолетового лазера с длительностью импульса 60 и 200 нс вокруг “кратеров” образуется зона термического воздействия, характеризующаяся измененными тинкториальными свойствами клеток или карбонизацией. Кроме того, вокруг “кратера” в 50% случаев наблюдается пещерообразное разрыхление соединительно-тканного каркаса интимы, обусловленное кавитационными процессами и образованием ударной волны, так называемое “механическое воздействие” лазерного излучения. На единичных препаратах в зоне “кратера”, ближе к его дну, встречаются скопления элементов распада в виде глыбок, фрагментов волокон. “Кратеры” не всегда имеют правильную конусообразную форму. Глубина “кратера” в неизмененной стенке аорты может достигать 1/3-1/2 медии в зависимости от энергии и количества импульсов. “Кратеры”, полученные на стенке аорты с фиброзной бляшкой, проходят через фиброзную покрышку и “останавливаются” в толще липидного слоя
Рис. 2.13 Структура стенки аорты при облучении в режиме 1 (комбинированный свет ультрафиолетового и видимого диапазона, энергия 60 мДж, увеличение х80; окраска гемотоксилин-эозином): 1 - “кратер” или область испаренного вещества;
2.— область термического воздействия;
3 — область механического воздействия
бляшки или на границе с медией. Для анализа структурных изменений стенки аорты после лазерного облучения использовались такие показатели, как состояние аорты (неизмененная сосудистая стенка, липидное пятно, фиброзная бляшка, атероматозная бляшка, кальцинированная бляшка); глубина "кратера” за импульс; зона термического и степень механического воздействия лазерного луча на окружающую облучаемый участок сосудистую стенку. Глубина "кратера”, образованного за один импульс, служила основой для расчета количестаа импульсов, необходимых для создания канала в атеросклеротической бляшке в случае окклюзии кровеносного сосуда. Пример воздействия отмечен на рисунке 13.
“Кратер” образован в фиброзной бляшке. По контуру "кратера” наблюдаются деструктурированные клетки с измененными тинкториальными свойствами (2) и полостеобраэное разрыхление основного вещества аорты (3). Все полученные данные сведены в таблицу 2.10.
Установлено, что наиболее благоприятным режимом облучения фиброзной бляшки лазером, как с точки зрения максимальной глубины образованного “кратера”, так и с точки зрения минимального механического и термического воздействия, являются режим 1 (комбинация ультрафиолетового и видимого света, длительность импульса 60 нс, диаметр пятна 1 мм, энергия в импульсе 60 мДж) и режим 2 (ультрафиолетовый лазер, длительность импульса 60 нс, энергия в импульсе 30 мДж, диаметр пятна 0,5 мм). Увеличение длительности импульса в наших экспериментах приводило к значительному термическому и механическому воздействию на окружающую облучаемый участок сосудистую стенку. Смещение длины волны лазерного излучения в видимый и инфракрасный диапазон увеличивало степень механической деструкции окружающей облучаемый участок сосудистой стенки по сравнению с комбинированным излучением ультрафиолетового и видимого диапазонов (режим 1). Для более детального изучения наличия фотохимического механизма в лазерном воздействии на неизмененную и атеросклеротически измененную стенку аорты нами использовался несфокусированный лазерный луч, чтобы он не мог нагревать и испарять облучаемый образец. В результате действия несфокусированного
лазерного луча на продольный срез атеросклеротической фиброзной бляшки в последней происходит разрушение волокон рыхлой соединительной ткани и клеточных элементов.
На наш взгляд, изменения, происходящие при этом в липидном составе атеросклеротической бляшки, могли бы указать на присутствие фотохимического механизма при облучении, а обнаруженное количественное уменьшение липидов в срезе атеросклеротической бляшки позволило бы рассчитать, какая часть лазерной энергии идет на разрыв молекулярных связей в молекулах липидов.
Облучение тонких срезов участков неизмененной аорты и атеросклеротических фиброзных бляшек производилось несфокусированным ультрафиолетовым лазерным лучом с энергией 150 и 300 мДж. Такое облучение позволяло, с одной стороны, исключить влияние тепловых эффектов, с другой стороны, сравнить фотохимическое действие лазерного света при двух различных энергиях. Количество липидов и их фракций в неизмененной аорте и в фиброзных бляшках после лазерного воздействия выражалось в % по отношению к количеству их в тех же слоях необлу- ченного материала.
Следует отметить, что облучение срезов неизмененной аорты не приводило к каким-либо статистически значимым изменениям в липидном составе сосудистой стенки. При энергии 150 мДж и 50 импульсах количество общих липидов неизмененной стенки сосуда имеет лишь тенденцию к снижению (снижено на 7,5% рgt;0,2) по сравнению с необлученной сосудистой стенкой. При исследовании отдельных липидных компонентов (фосфолипидов, холестерина, моно-, ди -, триглицеридов и эфиров холестерина) также не выявлено статистически значимых изменений их количества после облучения лазером неизмененной сосудистой стенки.
В фиброзных бляшках при послойном облучении выявлены некоторые закономерности в зависимости от глубины слоя. Данные по изменению общего содержания липидов и их компонентов под действием излучения лазера с энергией 150 и 300 мДж приведены в таблице 2.11, количество импульсов в зтих сериях - 50. Облучение лазерным лучом приводит к достоверному снижению содержания общих липидов во всех трех слоях фиброз-
Таблица 2.11
Содержание общих липидов в фиброзных бляшках после облучения лазером, с вариацией количества энергии (в % по отношению к их содержанию в тех же слоях необлученпых фиброзных бляшек; п - количество облученных
участков аорты)
Слой |
Общие липиды |
|
|
энергия 150 мДж; п=9 |
энергия 300 мДж; п=9 |
1 |
89% |
81% |
2 |
93% |
81% |
3 |
90% |
83% |
Примечание: достоверность различий с необлученным слоем, рlt; 0,05.
ных бляшек по сравнению с необлученными фиброзными бляшками.
После облучения срезов фиброзных бляшек лазером с энергией 150 мДж в первом слое содержание общих липидов снижается на 11 %, во втором слое - на 7%, в третьем слое - на 10% по сравнению с необлученными срезами. При облучении лазером с энергией 300 мДж при количестве импульсов 50 обнаружено достоверное снижение содержания общих липидов в срезах фиброзных бляшек в первом слое на 19%, во втором слое - на 19% и в третьем слое - на 17%, по сравнению с необлученными срезами. То., уменьшение содержания общих липидов при послойном облучении лазером срезов с фиброзных бляшек в трех слоях одинаково и зависит от энергии лазерного излучения. Чем больше энергия, тем больше липидов распадается.
Было показано, что режим лазерного облучения с энергией 300 мДж и количеством импульсов 50 приводит к увеличению доли распавшихся молекул фосфолипидов и свободного холестерина по сравнению с облучением 100 импульсами с энергией 150 мДж, хотя по общей дозе облучения эти два режима облучения одинаковы. Следовательно, количество распавшихся молекул зависит не от общей дозы облучения, а от количества энергии в одном импульсе. То., в дальнейшем для достижения более выраженного действия лазера на атеросклеротическую бляшку имеет смысл увеличивать энергию в импульсе, а не общую дозу облучения. Эксперименты показали, что распад липидных молекул происходит более интенсивно при облучении более глубоких слоев по направлению от интимы к адвентиции. Причины полученных результатов требуют отдельного исследования.
Методика биохимического анализа не дает возможности установить, каким образом происходит распад липидных молекул. Это можно проследить с помощью измерения спектров поглощения света в УФ-области, а также сигналов флюоресценции и рассеяния света от тонких срезов атеросклеротической бляшки. Более того, по изменению интенсивности поглощения срезом ультрафиолетового света можно оценить долю энергии лазерного излучения, идущую на разрыв молекулярных связей.
А так же в разделе «Стейка аорты человека до и после лазерного воздействия »
- Метод лазерного воздействия
- Морфологические методы
- Морфометрические методы
- Биохимические методы
- Спектроскопические методы
- Спектры поглощения, сигналы флюоресценции стенки аорты и их трансформация под действием лазерного излучения
- ГЛАВА 3 ИЗУЧЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ЛАЗЕРОВ ДЛЯ ТРАНСМИОКАРДИАЛЬНОЙ ЛАЗЕРНОЙ РЕВАСКУЛЯРИЗАЦИИ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ
- Характеристики лазеров, используемых в эксперименте