Об излучении, которое позднее назовут лазерным, говорил еще Альберт Эйнштейн в 1917 году, когда он озвучил свою квантовую теорию. Но прошло более 40 лет, прежде чем американец Т.Мейман сконструировал первый медицинский лазер, работавший на длине волны 694,3 нм. И в том же, 1960 году, была осуществлена первая попытка удаления татуировки с помощью лазерного излучения — увы, неудачная.
В апреле 1907 года мы празднуем день рождения одного из создателей отечественной лазерной медицины Николая Дмитриевича Девяткова. Благодаря его разработкам, в нашей стране появились терапевтические и хирургические лазерные аппараты. Сегодня лазерами никого не удивишь. Их используют не только хирурги, но и косметологи для рядовых процедур.
MedAboutMe разбирался в принципах работы лазеров и выяснял, какие операции и процедуры на основе лазерного излучения сегодня существуют.
Как излучение влияет на тело?
Из школьного курса физики мы знаем, что свет имеет двойственную природу: это и фотоны (кванты света), и электромагнитная волна. Друг от друга разные виды излучений отличаются длиной волны.
Живые клетки могут поглощать фотоны, но по-разному, и это зависит от того, какие вещества и в каком количестве содержатся в клетках. Те вещества или клетки, которые являются мишенями для фотонов с определенной длиной волны, называются хромофорами. К хромофорам, например, относятся пигменты (меланин, гемоглобин и др.), вода, коллаген, некоторые ферменты, а также липиды, содержащиеся в адипоцитах (жировых клетках).
Что происходит, когда клетка нашего тела поглощает квант света? Возможны три варианта развития событий:
- нагревание — и это негативный для тела побочный эффект, все-таки нам нужна температурная стабильность;
- прилетевшие кванты света «выбивают» из «мишеней» новые фотоны, происходит испускание света;
- активизируются разнообразные фотохимические реакции.
Известно, как разные хромофоры реагируют на разные виды излучения. Значит, можно активизировать нужные процессы. Но есть важный нюанс: чтобы запустить одни процессы и не активировать другие, а также чтобы остаться в пределах конкретной ткани или заданных слоев клеток, излучение должно быть точечным. Ни видимый свет, ни инфракрасное, ни ультрафиолетовое излучение таковым сделать нельзя. А лазерное — можно!
То есть, лазер (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) — это аппарат, генерирующий узкий пучок света, причем характеристики этого излучения можно менять в определенных пределах.
Как это происходит? Лазерный аппарат — это оптический квантовый генератор. В качестве активной среды могут выступать плазма, газы, кристаллы — что угодно. Под действием потока энергии происходит накачка лазера — перевод атомов активной среды в возбужденное состояние. То есть, индуцируется переход электронов на ниже расположенный уровень квантовой системы.
Возбуждается только один вид атомов, все электромагнитные колебания имеют одну волну (монохромны) и синхронизируются (когерентны) — за счет этого лазерное излучение можно максимально сфокусировать. Наконец, благодаря когерентности можно до минимума снизить расходимость луча, то есть, лазерный пучок не рассеивается (коллимирован), а значит, до мишени доберется максимум энергии.
В зависимости от того, какие хромофоры являются мишенью для лазера, полученный эффект можно использовать в разных областях косметологии и медицины.
Лазер и вода: фототермолиз
Когда лазерное излучение поглощается водой, она нагревается и окружающие ткани разрушаются — происходит фототермолиз. Пик спектра поглощения лазерного излучения водой приходится на область 2500-10000 нм.
Этот процесс лежит в основе сразу нескольких медицинских и косметологических технологий:
- Лазерная шлифовка
Известно, что у немолодых людей толщина эпидермиса кожи на разных участках тела (или даже лица) будет отличаться. При помощи лазерной шлифовки «лишний» эпидермис удаляется.
- Лазерный скальпель
Выше мы упоминали такое свойство лазерного излучения, как коллимированность, которое дает возможность сфокусировать луч до 0,1-0,3 мм в диаметре. Это позволяет, во-первых, рассекать ткани, как ножом, а во-вторых, тут же закупоривать кровеносные сосуды, диаметр которых меньше 0,5 мм.
- Фракционный фототермолиз
Чтобы минимизировать повреждения и сделать обработку кожи более точечной, излучение при этом подается не сплошным потоком, а микролучами. При этом испаряются микроучастки, между которыми остается здоровая ткань, а значит, процессы обновления эпителия кожи протекают намного быстрее. При помощи этой технологии удаляют рубцы, гиперпигментацию, стрии и проявления фотостарения кожи.
Лазер и пигменты: гемоглобин, меланин и др.
В крови тоже есть свой хромофор — пигмент гемоглобин. Пик его спектра поглощения — от 320 до 1000 нм. Лазерное излучение, мишенью которого является гемоглобин, используют для лазерной коагуляции сосудов, например.
Пигмент меланин находится в клетках эпидермиса, а также в волосяных фолликулах. Спектр его поглощения находится в диапазоне до 760 нм. Его используют для проведения следующих косметологических процедур:
- Лазерная эпиляция
Изначально делались попытки воздействовать на мелалин волосяных фолликулов, но для эпиляции надо избавиться от стволовых клеток, которые задействованы в росте волоса, а они находятся отдельно от меланина. И тут вступает в силу концепция селективного фототермолиза, которую выдвинули ученые Р.Р.Андерсон и Дж.Пэрриш в 1983 году. Согласно этой теории, на мишень можно воздействовать вторичным теплом, даже если она находится на некотором расстоянии от хромофора. Достаточно увеличить продолжительность излучения. Так что для эпиляции необходимо атаковать лазерами меланин, вырабатывающийся в фазе роста волоса под названием «анаген». При этом нагрев получается достаточно сильный, чтобы убить луковицу волоса. Поэтому от содержания меланина зависит эффективность процедуры эпиляции.
- Осветление пигментных пятен
Более короткие волны позволяют удалять поверхностную пигментацию — веснушки, отдельные разновидности пигментных пятен, а более длинные эффективны для борьбы с обширными и глубокими образования. Обычно при этом используется местная анестезия.
Помимо наших «личных», эндогенных пигментов, в теле человека могут обнаружиться и внешний, экзогенные пигменты. К ним относятся порфирины — результат действия пиогенных бактерий, вызывающих образование угрей, а также разнообразные красители, которые используются при нанесении татуировок и перманентного макияжа. А значит, лазеры можно использовать для следующих процедур:
- Лечение акне
Не только порфирин является мишенью для лазерного излучения при акне. В сальных железах есть вода, в эритемах (участках покраснения), образующихся вокруг угрей — гемоглобин, а в участках гиперпигментации — меланин. Изменение длины волны позволяет лазерным лучам проникать на достаточно большую глубину.
- Удаление татуировок
При поглощении лазерного излучения красящие частицы реагируют довольно бурно — они «взрываются», распадаясь на мелкие компоненты, которые легко вымываются из тканей. В этом отношении тату, сделанные профессионалами, удаляются легче, потому что слои краски располагаются на одном уровне.
- Лечение кожных заболеваний при помощи фотодинамической терапии
Примером фотодинамической терапией может служить лечение кожных заболеваний при помощи специальных веществ — фотосенсибилизаторов. Это мишени-красители, которые могут накапливаться в определенных клетках. Под воздействием лазерного луча фотосенсибилизаторы окисляются, что приводит к разрушению клетки, например, опухолевой. Другой вариант фотодинамической терапиии: синтез эндогенных хромофоров (в данном случае это порфирины) из веществ-предшественников, которые наносятся на кожу. А дальше, как было описано выше, можно лечить псориаз, розацеа, бородавки, акне, атопический дерматит и др.
Лазер и жиры: липолиз
Жир человека — тоже отличный хромофор, который поглощает излучение длиной 924, 1208, 1715 и 2308 нм. При этом происходит нагревание жировых клеток и разжижение собственно жира. Сначала разрушается мембранный двойной липидный слой, а потом развивается денатурация мембранных белков (то же самое происходит с белками при варке яиц). При этом высвобождаются ферменты липазы, разрушающие жиры. Поэтому лазеры используют в косметологии для одной из самых популярных операций — лазерного липолиза. В отличие от липосакции, эта процедура не так травматична и обходится практически без побочных эффектов.
Лазерная терапия — это современное направление в медицине и косметологии, позволяющее точечно воздействовать на вещества-мишени. Огромное разнообразие лазеров дает возможность не только подобрать наиболее эффективный способ воздействия на мишень, но и сводит к минимуму побочные эффекты.
