ВВЕДЕНИЕ

Мочекаменная болезнь – одно из наиболее часто встречающихся в практике уролога заболеваний. Локализация конкремента в мочеточнике нередко требует проведения оперативного лечения, «золотым» стандартом» которого, вне зависимости от состава конкремента, в настоящее время считается уретеролитотрипсия с применением гольмиевого лазера [1, 2, 3].

Гольмиевый лазер представляет собой длинноволновый импульсный лазер, который разрушает конкременты при помощи оптомеханического/фотоакустического механизмов, и в основном при помощи фототермического эффекта [4].

Ежегодно число уретеролитотрипсий во всем мире растет. Вместе с этим наблюдается увеличение числа послеоперационных стриктур и облитераций мочеточника. Осложнения, вызванные уретероскопией, такие как повреждения мочеточника и формирование стриктуры, могут быть вызваны смещением акустической и фотонной энергии. Однако другой причиной данных повреждений может быть прямое термическое воздействие на мочеточник.

В настоящее время многочисленные исследования in vitro по всему миру подтвердили, что гольмиевый лазер действительно повышает температуру ирригационной жидкости в области литотрипсии.

Уретеролитотрипсия при помощи тулиевого лазера является хорошей альтернативой гольмиевому лазеру [5]. По данным M. Urano, ирригационная жидкость, нагревающаяся до 43°С, оказывает цитотоксическое действие на стенку мочеточника [6].

Мы создали модель мочеточника in vitro во время лазерной литотрипсии для оценки термического воздействия на стенку мочеточника путем измерения температуры ирригационной жидкости.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В условиях in vitro, в водной среде температура которой составляла 36°С, была размещена трубка диаметром 5 мм, имитирущая мочеточник. В просвет трубки, на расстоянии 3 мм от лазерного волокна, помещался температурный датчик (HI 98509 Checktemp 1).

Характеристики HI 98509 Checktemp 1: точность измерения ±0,2°C; диапазон измерения: от -50.0 до +150.0°C; датчик стальной, 160 мм, диаметр =3.6 мм. В исследовании использовались гольмиевый лазер Lumenis VersaPulse 100W и тулиевый лазера FiberLase U2, IPG Photonics.

Толщина лазерного волокна у гольмиевого и тулиевого лазеров составляла 200 мкм.

Исходная температура ирригационной жидкости составляла 22°С. В ходе исследования температура измерялась без подачи ирригационной жидкости, а также при скорости ирригации 25 мл/мин и 50 мл/мин.

В режимах распыления и фрагментации настройки тулиевого и гольмиевого лазеров были одинаковыми: 0.2Jx30Hz и 0.6Jх10 Hz соответственно.

Все измерения проводились трехкратно. Оценивались продолжительность лазерной литотрипсии, необходимая для повышения температуры ирригационной жидкости до 43°С, а также изменения температуры ирригационной жидкости при воздействии лазерной энергии с длительностью импульса 3 секунды.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Время, необходимое для достижения температуры ирригационной жидкости 43°С при различной скорости ирригации, представлено в таблицы 1 и 2.

Таблица 1. Время достижения температуры ирригационной жидкости 43°С при различной скорости ирригации в режиме распыления
Table 1. Time to reaching by irrigation fluid temperature of 43°С in different irrigation speed in the dusting mode

Таблица 2. Время достижения температуры ирригационной жидкости 43°С при различной скорости ирригации в режиме фрагментации
Table 2. Time to reaching by irrigation fluid temperature of 43°С in different irrigation speed in the fragmentation mode

Данная температура была достигнута за более длительное время при использовании тулиевого лазера вне зависимости от примененного режима и скорости подачи ирригационной жидкости.

Температура ирригационной жидкости при длительности импульса 3 секунды в различных режимах и при разной скорости ирригации представлена в таблицах 3 и 4, из которых видно, что при использовании тулиевого лазера в режиме фрагментации регистрировалась более низкая температура.

Таблица 3. Температура ирригационной жидкости, достигаемая при длительности импульса 3 секунды, при различной скорости ирригации в режиме распыления
Table 3. The temperature of the irrigation fluid achieved with a pulse duration of 3 seconds at different irrigation speeds in the dusting mode

Таблица 4. Температура ирригационной жидкости, достигаемая при длительности импульса 3 секунды, при различной скорости ирригации в режиме распыления
Table 4. The temperature of the irrigation fluid achieved with a pulse duration of 3 seconds at different irrigation speeds in the dusting mode

ОБСУЖДЕНИЕ

Совершенствование малоинвазивных методов лечения мочекаменной болезни привело к широкому использованию уретеролитотрипсии с помощью гольмиевого лазера для лечения пациентов с камнями мочеточников. Однако также отмечена тенденция к увеличению частоты послеоперационных стриктур мочеточника, поэтому профилактика их формирования остается актуальной проблемой.

В качестве одного из факторов, приводящих к формированию послеоперационных стриктур мочеточника, считается термическое повреждение его стенки при использовании лазерной энергии во время уретеролитотрипсии.

С момента внедрения в клиническую практику в 1990-е годы Ho:YAG стал наиболее распространенным типом лазера, который используется для лечения пациентов с мочекаменной болезнью [7, 8].

Лазеры быстро генерируют и аккумулируют энергию в воде, стимулируя быстрое образование и расширение сферического плазменного кавитационного пузыря на конце лазерного волокна. Этот пузырь расширяется симметрично, затем интенсивно разрушается, высвобождая сильную фотоакустическую ударную волну [9, 10].

Лазеры существенно отличаются по длине волны и ширине импульса. Ho:YAG с длиной волны 2120 нм близок к пику поглощения воды (1940 нм) и обычно используется с длительностью импульса 500 мкс, более длительной, чем у предыдущих лазеров. Паровой пузырь от импульса Ho:YAG не приводит к значительным кавитационным ударным колебаниям, и литотрипсия происходит задолго до того, как паровой пузырь разрушается. Это свидетельствует о том, что акустический удар не является первичным механизмом дробления камня. Разрушение конкремента обеспечивается прямым поглощеним им фотонной энергии, что вызывает его плавление и фрагментацию [11, 12].

Тулиевый лазер представляет собой очень тонкое и длинное волокно, состоящее из диксида кремния, которое покрыто ионами тулия. Генерируемый им лазерный луч имеет длину волны 1940 нм и может работать в непрерывном или импульсном режиме с большим диапазоном различных настроек энергии, частоты и формы импульсов.

Тулиевый лазер идеально подходит для литотрипсии благодаря более высокому коэффициенту поглощения излучаемой им длины волны и способности работать при произвольных временных импульсных профилях.

Время тепловой диффузии играет важную роль в отношении безопасности литотрипсии. Если длительность лазерного импульса больше, чем время тепловой диффузии, тепловая энергия выходит за область поглощения, вызывая тем самым повреждения окружающих тканей, такие как коагуляция и карбонизации [13].

Эксперименты с повышением температуры в мочеточнике in vitro и на животных доказали возникновение клеточной деструкции при температурах в диапазоне от 41 до 47°С. Этот цитотоксический эффект экспоненциально усиливается при температурах выше 43°C («breakpoint») [14-16].

При использовании тулиевого лазера отмечается более высокая скорость фрагментации камня [16].

В исследованиях in vitro также доказана роль ограничения (до 39°С) повышения температуры ирригационной жидкости для снижения вероятности повреждения мочеточника [16].

Результаты нашего исследования доказали, что при использовании тулиевого лазера требуется больше времени для достижения температуры ирригационной жидкости 43°С. Более низкая температура, достигаемая при длительности импульса 3 секунды была зарегистрирована при использовании тулиевого лазера (рис. 1 и 2). Полученные данные позволяют нам предположить, что использование тулиевого лазера сопровождается меньшим термическим эффектом на стенку мочеточника.

Рис. 1. Время, необходимое для достижения температуры ирригационной жидкости в 43°С при использовании режимов распыления и фрагментации
Fig. 1. The time required for the temperature of the irrigation fluid to reach 43°C using dusting and fragmentation modes

Рис. 2. Температура ирригационной жидкости при воздействии лазерной энергии длительностью в 3 секунды при использовании режимов распыления и фрагментации
Fig. 2. The temperature of the irrigation fluid when exposed to laser energy lasting 3 seconds using dusting and fragmentation modes

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном исследовании мы выявили, что при использовании тулиевого лазера (Fiberlase U2) в режимах фрагментации и распыления наблюдается более медленное повышение температуры ирригационной жидкости, чем при использовании гольмиевого лазера (Lumenis VersaPulse 100W). При трехсекундном импульсе более низкая температура ирригационной жидкости была зарегистрирована во время использования тулиевого лазера.

ЛИТЕРАТУРА

1. Vassar GJ, Chan KF, Teichman JM, Glickman RD, Weintraub ST, Pfefer TJ, et al. Holmium: YAG lithotripsy: photothermal mechanism. J Endourol 1999;13(3):181-90 https://doi.org/10.1089/end.1999.13.181.
2. Teichman JM, Vassar GJ, Bishoff JT, Bellman GC. Holmium:YAG lithotripsy yields smaller fragments than lithoclast, pulsed dye laser or electrohydraulic lithotripsy. J Urol 1998;159(1):17–23 https://doi.org/10.1016/s0022-5347(01)63998-3.
3. Teichman JM, Rogenes VJ, McIver BD, Harris JM. Holmium:yttrium-aluminum-garnet cystolithotripsy of large bladder calculi. Urology 1997;50(1):44–8. https://doi.org/10.1016/ S0090-4295(97)00201-X.
4. Razvi HA, Denstedt JD, Chun SS, Sales JL. Intracorporeal lithotripsy with the holmium:YAG laser. J Urol 1996;156(3):912–4.
5. Мартов А. Г., Ергаков Д. В., Гусейнов М. А., Андронов А. С., Дутов С. В., Винниченко В. А., Коваленко А. А. Первоначальный опыт клинического применения тулиевой контактной литотрипсии в трансуретральном лечении мочекаменной болезни. Урология 2018;(1):112-120. [Martov A.G., Ergakov D.V., Guseinov M.A., Andronov A.S., Dutov S.V., Vinnichenko V.A., Kovalenko A. A. Initial experience in clinical application of thulium laser contact lithotripsy for transurethral treatment of urolithiasis. Urologiia = Urology 2018;(1):112-20. (In Russian)]. https://dx.doi.org/10.18565/ urology.2018.1.112-120.
6. Urano M, Kuroda M, Nisimura Y. For the clinical application of thermalchemotherapy given at mild temperatures. Int Hyperthermia 1999;15(2):79–107. https://doi.org/10.1080/026567399285765.
7. Khalil M. Management of impacted proximal ureteral stone: Extracorporeal shock wave lithotripsy versus ureteroscopy with holmium: YAG laser lithotripsy. Urol Ann 2013;5(2):88–92 https://doi.org/10.4103/0974-7796.110004.
8. Molina WR, Marchini GS, Pompeo A, Sehrt D, Kim FJ, Monga M. Determinants of holmium:yttrium-aluminum-garnet laser time and energy during ureteroscopic laser lithotripsy. Urology 2014;83(4):738–44. https://doi.org/10.1016/j.urology.2013.11.017.
9. Aboumarzouk OM, Somani BK, Monga M. Flexible ureteroscopy and holmium:YAG laser lithotripsy for stone disease in patients with bleeding diathesis: a systematic review of the literature. Int Braz J Urol 2012;38(3):298–306. https://doi.org/10.1590/ s1677-55382012000300002.
10. Atis G, Gurbuz C, Arikan O, Canat L, Kilic M, Caskurlu T. Uteroscopic management with laser lithotripsy of renal pelvic stones. J Endourol 2012;26(8):983–7. https://doi.org/10.1089/end.2011.0664.
11. Chan KF, Pfefer TJ, Teichman JM, Welch AJ. A perspective on laser lithotripsy: the fragmentation processes. J Endourol 2001;15(3):257–273. https://doi.org/10.1089/089277901750161737.
12. Sea J, Jonat LM, Chew BH, Qiu J, Wang B, Hoopman J, et al. Optimal power settings for Holmium:YAG lithotripsy. J Urol 2012;187(3):914–9. https://doi.org/10.1016/ j.juro.2011.10.147.
13. Zhong P, Tong HL, Cocks FH, Pearle MS, Preminger GM. Transient cavitation and acoustic emission produced by different laser lithotripters. J Endourol 1998;12(4):371–8. https://doi.org/10.1089/end.1998.12.371.
14. Teichman JM, Vassar GJ, Glickman RD. Holmium:yttrium-aluminum-garnet lithotripsy efficiency varies with stone composition. Urology 1998;52(3):392–397. https://doi.org/10.1016/s0090-4295(98)00239-8.
15. Optical-thermal response of laser-irradiated tissue. 2nd ed. [Welch AJ, van Gemert MJC eds.]. New York: Srpinger 1995.13 p.
16. Hardy LA, Wilson CR, Irby PB, Fried NM. Thulium fiber laser lithotripsy in an in vitro ureter model. J Biomed Opt 2014;19(12):128001. https://doi.org/10.1117/1.JBO.19.12.128001.