Experimental study of the effects of laser sialolithotripsy

Full Text

ОБОСНОВАНИЕ

Технология эндоскопического удаления камней убедительно доказала свои преимущества перед иными методами лечения, но показания к её применению остаются узкими. Исследователи указывают, что она высокоэффективна, только когда камень располагается в выводном протоке и его размеры составляют до 3 мм. По мере увеличения размеров камней или расположения в более глубоких отделах эффективность технологии прогрессивно падает [1, 2]. Главным образом это связано с возрастающим несоответствием диаметра протока и размеров камня [1, 3]. Таким образом, большинство хирургов едины во мнении, что дальнейшее развитие эндоскопического удаления камней требует развития технологии их дробления [4].

На основании ранее проведённых экспериментов оптимальным признан литотриптер на основе гольмиевого YAG-лазера, который занял основное место в практике с уролитами и сиалолитами [5–12]. Однако в последние годы в урологической практике высокую эффективность демонстрирует тулиевый лазер [13, 14]. Производители, а также хирурги-урологи указывают на его преимущества, в частности уменьшение эффекта ретропульсии камня при лазерном ударе и более медленное повышение температуры ирригационной жидкости, чем при использовании гольмиевого лазера. Эти факторы подтолкнули нас к исследованию его применения в дроблении сиалолитов [15–18]. Необходимость изучения объясняется тем, что слюнные камни отличаются по плотности, минеральному составу и морфологии от мочевых камней, физические эффекты при их дроблении будут различны [19, 20].

Мы сочли необходимым провести экспериментальное исследование физических эффектов, возникающих в процессе лазерного удара на сиалолит, включающее изучение процесса ретропульсии, изменения температуры, а также времени, необходимого для дробления конкремента до мелких фрагментов.

Цель исследования — оценить безопасность и время дробления сиалолитов тулиевым лазером FiberLase U2 in vitro.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Для проведения эксперимента были отобраны 12 сиалолитов округлой формы размером 5–6 мм, ранее удалённые из слюнных желёз. Дробление производили тулиевым лазером FiberLase U2, который позволяет работать в трёх режимах: Popcorning, Dusting, Fragmentation. В данном исследовании осуществлялась фрагментация при минимальных и максимальных значениях лазерного импульса двух сиалолитов в каждом режиме лазера (табл. 1).

 

Таблица 1. Минимальные и максимальные значения энергии и частоты импульса тулиевого лазера FiberLase U2

Table 1. Minimum and maximum values of the energy and pulse frequency of the thule laser FiberLase U2

Название режима	Минимальные значения энергии и частоты импульса	Максимальные значения энергии и частоты импульса
Popcorning	0,025 Дж; 240 Гц	0,2 Дж; 175 Гц
Dusting	0,1 Дж; 60 Гц	0,8 Дж; 43,8 Гц
Fragmentation	1 Дж; 6 Гц	4,5 Дж; 7,8 Гц

 

 

Экспериментальная модель представляла собой полихлорвиниловую трубку диаметром 8 мм, имитирующую проток слюнной железы. Дистальный конец трубки закрывали колпачком, на 1 см выше от последнего прошивали сито с помощью лигатурной проволоки, диаметр ячеек составлял 1 мм для прохождения фрагментов камня. Позади сита устанавливали датчик термопары для измерения температуры промывной жидкости во время фрагментации. В модель помещали сиалолит и наполняли её 0,9% раствором хлорида натрия. Через проксимальный конец трубки подводили волокно лазера диаметром 400 мкм и устанавливали на поверхности сиалолита. Была также организована система подачи 0,9% раствора хлорида натрия к проксимальному отделу для постоянного промывания, имитирующая ирригацию во время сиалоэндоскопии в клинических условиях (рис. 1).

 

Рис. 1. Экспериментальная модель: а — общий вид; b — сито.

Fig. 1. Experimental model: a — general view; b — sieve.

 

Начальная температура 0,9% раствора хлорида натрия составляла 20 °С, при этом измерение проводили каждые 10 мин фрагментации. Далее был отмечен постепенный подъём температуры для каждого сиалолита (фрагментирование двух сиалолитов в каждом режиме), а также регистрировалась температура раствора на половине времени при дроблении (промежуточная).

РЕЗУЛЬТАТЫ

Дробление сиалолитов до фрагментов размером ≤1 мм возможно во всех трёх режимах тулиевого лазера FiberLase U2.

В первой части эксперимента процесс дробления исследовался при максимальных значениях лазерного импульса. Дробление в режиме Fragmentation заняло 7 мин, максимальная температура раствора составила 47 °С. Работа в режиме Dusting протекала 16 мин с максимальным подъёмом температуры до 48 °С. Фрагментировать сиалолит в режиме Popcorning удалось за 18 мин, при этом максимальное значение температуры составило 46 °С. Стоит отметить, что дробление во всех режимах при максимальных значениях лазерной энергии сопровождается выраженной кавитацией, а также искрой практически при каждом ударе. Видимость нарушается из-за обилия пузырьков воздуха и мелких частиц, откалывающихся от сиалолита. Поверхность конкремента отличается обширными очагами обугливания чёрного цвета (рис. 2).

 

Рис. 2. Возникновение искры при дроблении в режиме Fragmentation при максимальных значениях энергии и частоты лазерного импульса.

Fig. 2. The appearance of a spark when crushing in the Fragmentation mode in the maximum values of the energy and frequency of the laser pulse.

 

На втором этапе исследования фрагментация осуществлялась при минимальных значениях лазерного импульса. Режим Fragmentation позволил раздробить сиалолит до фрагментов нужного размера за 24 мин, при этом максимальная температура составила 40 °С. Литотрипсия в режиме Dusting протекала 35 мин, температура от первоначального значения увеличилась до 36 °С. Режим Popcorning позволил фрагментировать конкремент за 57 мин, при этом максимальный подъём температуры зафиксирован на 34 °С. Во время работы во всех трёх режимах мы также наблюдали образование мелких пузырьков воздуха и откалывающихся частиц, но их количество и размер не нарушали видимость во время дробления. Частые эпизоды искры сопровождали только литотрипсию в режиме Fragmentation. Результаты измерения температуры и времени дробления сведены в табл. 2.

 

Таблица 2. Результаты измерения температуры и времени фрагментации камней тулиевым лазером FiberLase U2

Table 2. The results of measuring the temperature and time of fragmentation of stones with a thule laser FiberLase U2

Название режима	№ камня	Энергия импульса, Дж Частота импульса, Гц	Время дробления камня, мин	Начальная температура раствора, °С	Промежуточное измерение температуры раствора, °С	Максимальная температура раствора, °С
Popcorning	1	0,025 Дж 240 Гц	57	20	28	34
	2		55	20	26	33
	1	0,2 Дж 175 Гц	18	20	38	46
	2		16	20	35	44
Dusting	1	0,1 Дж 60 Гц	35	20	35	36
	2		33	20	34	35
	1	0,8 Дж 43,8 Гц	16	20	32	48
	2		15	20	30	45
Fragmentation	1	1 Дж 6 Гц	24	20	27	40
	2		22	20	25	39
	1	4,5 Дж 7,8 Гц	7	20	33	47
	2		6	20	32	45

 

ОБСУЖДЕНИЕ

Согласно результатам ряда исследований, успехом литотрипсии считается дробление камня до фрагментов размером 1,5–2 мм, способных к самостоятельной эвакуации или эндоскопическому удалению с помощью щипцов и корзиночных экстракторов [5, 8, 21].

В данном эксперименте нам важно было исследовать время, необходимое для полного дробления конкремента до частиц такого размера (≤1 мм), и подъём температуры ирригационной жидкости.

За основу мы взяли модель, предложенную L.A. Hardy, C.R. Wilson и др., которые проводили изучение уролитотрипсии данным типом лазера in vitro. Отрицательной её характеристикой является невозможность исследовать эффект ретропульсии камня, который происходит при каждом лазерном ударе [22]. Мы наблюдали скачки камня, но измерить расстояние не представлялось возможным из-за её конструкции и вертикального расположения.

Согласно результатам исследования L.A. Hardy, C.R. Wilson и соавт., время, требуемое для дробления мочевого камня до фрагментов ≤1,5 мм тулиевым лазером, оказалось практически в 2 раза меньше, чем при дроблении гольмиевым YAG-лазером. Однако пиковая температура ирригационной жидкости достигала более высоких значений, даже несмотря на уменьшение значения частоты лазерного импульса. Результаты нашего эксперимента на сиалолитах показали, что при увеличении энергии импульса тулиевого лазера дробление происходит быстрее, при этом сам процесс осложняется выраженной кавитацией, частыми искрами и, как следствие, увеличением времени дробления и высоким подъёмом температуры раствора. Стоит отметить, что рост значения температуры не был постоянным, при непрерывной ирригации происходил спад до следующей подачи лазерного импульса.

Тулиевый лазер FiberLase U2 эффективен для дробления сиалолитов во всех представленных режимах. При этом работа при максимальных значениях энергии и частоты импульса отличалась большей скоростью, высоким подъёмом температуры промывного раствора, постоянной кавитацией и искрами в ответ на лазерный удар. Следует отметить, что высокая температура при ирригации представляет опасность для протока и может привести к ожогу и перфорации, а наличие выраженных сопутствующих эффектов предполагает трудности у хирурга во время оперативного лечения.

Фрагментация при минимальных значениях энергии и частоты лазерного импульса также сопровождалась всеми вышеперечисленными эффектами, однако меньшей степени выраженности. Основная проблема заключается в низкой скорости дробления, что значительно удлинит время оперативного вмешательства.

Сиалолиты, отобранные для исследования, были одинаковой длины, но, вероятно, отличались рентгеновской плотностью. Для чистоты эксперимента необходимо иметь образцы, совпадающие по всем параметрам. Мы также считаем интересным провести сравнительное исследование дробления тулиевым и гольмиевым YAG-лазером на слюнных камнях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Раздробить сиалолиты до фрагментов нужного размера удалось во всех режимах тулиевого лазера FiberLase U2. Работа при максимальных параметрах отличалась высокой скоростью (от 6 до 18 мин), но при этом высоким подъёмом температуры (45–48 °С) и выраженными сопутствующими эффектами, что говорит о небезопасности и неэффективности процесса.

Дробление при минимальных значениях происходило медленнее (от 22 до 57 мин), однако температура не достигала таких цифр, как на первом этапе исследования (максимальный подъём составил 40 °С в режиме Fragmentation). Согласно эксперименту, оптимальными режимами выступили Dusting и Popcorning. Необходимо дальнейшее проведение исследования в клинических условиях.

ДОПОЛНИТЕЛЬНО

Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Вклад авторов. Все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией.

ADDITIONAL INFORMATION

Funding source. This study was not supported by any external sources of funding.

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.

Authors’ contribution. All authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work.

About the authors

Darya V. Zhuchkova

Peoples’ Friendship University of Russia; “Endostom” clinic

Author for correspondence.
Email: DaLitvinova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9200-4257
SPIN-code: 4679-9403

Assistant

Russian Federation, 6 Miklukho-Maklaya street, 117198 Moscow; Moscow

Svyatoslav P. Sysolyatin

Peoples’ Friendship University of Russia;“Endostom” clinic; Medical and Biological University of Innovation and Continuing Education of the Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: sp-sysolyatin@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-5794-9087
SPIN-code: 2050-5215

MD, Dr. Sci. (Med.), Professor

Russian Federation, 6 Miklukho-Maklaya street, 117198 Moscow; Moscow; Moscow

References

Supplementary files