Экстракорпоральная терапия

15.12.2014

Экстракорпоральная литотрипсия сегодня является стандартным методом лечения людей с мочекаменной болезнью. В последнее десятилетие применение экстракорпоральной терапии (ЭКТ) расширилось до лечения желчекаменной болезни, камней поджелудочной железы и слюнных камней. В дополнение к эффекту разрушения камней, ЭКТ применяли в ортопедии более 10 лет. Биологический эффект ЭКТ не ограничен только разрушением минеральных отложений. Его также применяют для снятия боли, стимуляции костной реконструкции и восстановления кровоснабжения на границе кости и сухожилия. Например, ЭКТ было введено в гуманитарную и ветеринарную ортопедию для решения многих задач, включая лечение медленно заживающих переломов и повреждений сухожилий и связок.
Необходимо знать физические свойства ударной взрывной волны для понимания правильного применения, механизма действия ЭКТ и для интерпретации результатов научных исследований, связанных с ЭКТ.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УДАРНОЙ ВЗРЫВНОЙ ВОЛНЫ И ПОЛУЧЕНИЕ УДАРНОЙ ВЗРЫВНОЙ ВОЛНЫ

Ударная взрывная волна - это механическая (например, акустическая) пульсация давления. На волновом фронте в течение наносекунд давление поднимается от атмосферного до максимального положительного давления, за которым следует экспонициальный спад к атмосферному давлению (рис. 10.18-1). За экспоницальным спадом следует отрицательное давление, и, наконец, давление возвращается к атмосферному. Продолжительность ударной волны не превышает 10 s. Пик положительного давления (Р+) может варьировать от 5 мегапаскалей (MPa) до более чем 100 MPa (в 1000 раз превышая атмосферное давление). Пик отрицательного давления (Р-) между 10% и 50% от P+. Ударные волны имеют быстрое время подъема (Tr) от менее чем 1 nc до 500 nс, а продолжительность всего импульса (Tw) между 200 nc и 500 nc. Продолжительность Tw важна по отношению к количеству высвобожденной энергии. Величина P+, P-, Tr и TW ударной волны зависит от вида генератора ударной волны и выбранной установки. Например, установка для P+ может варьировать между 20 MPa и более чем 120 MPa.
Для клинического применения необходимо сфокусировать ударную волну. Чтобы достичь этого, имеются разные механизмы, в зависимости от физического типа генератора ударной волны (рис. 10.18-2). В приборах с электрогидравлической ударной волной, ударная волна генерируется путем электрической вспышки, как у свечи зажигания автомобиля. Разряд электрической вспышки генерирует плазменные пузырьки в преобразовательной среде, которые сдавливают окружающую жидкость. Волны давления, генерированные этим сдавливанием, распространяются в сферической форме и фокусируются эллиптическим отражателем. В приборах с электромагнитной ударной волной, ударная волна генерируется магнитными полями, созданными электрическим импульсом тока в катушке. Магнитные поля отталкивают мембрану, что ведет к сдавливанию преобразовательной среды, в результате чего генерируется ударная волна, которая фокусируется акустической линзой или эллиптической поверхностью, как в электрогидравлических приборах. В приборах с пьезоэлектрической ударной волной ударная волна генерируется путем колебания кварцевого кристалла в электрическом поле. Сферическая форма преобразователя обычно фокусирует волны.

При фокусировании ударной волны, возникает трехмерное поле ударной волны со сложным пространственным и временным распределением положительного и отрицательного давления. Важным параметром этого поля ударной волны является фокусная точка, которая обычно принимает форму сигары. Существует прямая взаимосвязь между степенью фокусирования ударной волны прибором и физическими свойствами ударной волны. Например, источник ударной волны, характеризующийся плотным фокусом, продуцирует P+ на меньшей области, чем источник ударной волны, характеризующийся большей фокусной областью. Таким образом, фокусный размер определяет как энергию, так и энергию плотности потока ударной волны, получаемой источником ударной волны.

Лечение волной радиального давления

Также имеются генераторы волны баллистического или радиального давления; но они не производят настоящей экстракорпоральной волны, как определено индустрией. В них используется механическое сотрясение, чтобы генерировать волну сжатия с более медленным временем подъема и отрицательным компонентом, который такого же порядка, что и положительный. Кинетическая энергия снаряда, запущенного путем сжатия воздуха, передается упругим ударом на датчик. He существует никакого фокусирующего механизма, а волна сжатия уменьшается в обратной квадратной пропорции к расстоянию от источника. Поэтому максимальная высвобожденная энергия приходится на кожу, а не на глубжележащие ткани и не обсуждается в данной главе.

Энергия плотности потока внутри поля ударной волны

Энергия ударной волны является важным параметром для медицинского применения. Как отмечалось выше, энергия ударной волны может распределяться над большими или маленькими областями. Приборы, генерирующие ударную волну, концентрируют акустическую энергию на маленькую фокусную область, чтобы увеличить физиологический эффект на месте поражения и свести к минимуму потенциальные побочные эффекты на окружающие ткани. Термин энергия плотности потока (ЭПП) используется, чтобы описать энергию ударной волны, проходящей через область, ориентированную перпендикулярно к направлению распространения. ЭПП определяется как количество энергии ударной волны, приходящейся на 1 квадратный миллиметр фокусной области акустического поля. Энергия плотности потока представляется либо положительной энергией плотности потока (ЭП+), либо как общая энергия плотности потока (ЭП) и измеряется в миллиджоулях на квадратный миллиметр (мДж/мм2), и эту величину можно использовать, чтобы сравнивать лечебные протоколы.

ВОЗДЕЙСТВИЕ УДАРНОЙ ВОЛНЫ НА ТКАНИ

Ударная волна оказывает как прямое, так и непрямое воздействие. Прямое воздействие ударной волны опосредовано на пограничной зоне между двумя тканями с различным акустическим сопротивлением. Акустическое сопротивление определяется, как произведение ее плотности и скорости звука в среде (ns/m3). Акустическое сопротивление различных веществ и тканей представлено в табл. 10.18-1.

Ударная волна меняет направление на пограничной зоне тканей с разным акустическим сопротивлением, включая отражение и преломление волны. Это приводит к освобождению кинетической энергии в месте соединения, которое может вызвать изменения в тканях. Например, почечные камни могут быть раздроблены определенным количеством энергии ударной волны, тогда как в кости то же количество энергии ударной волны не приводит к фрагментации. Высвобождение кинетической энергии на границе раздела разных акустических сопротивлений наиболее важно в планировании ЭКТ. Ударная волна никогда не должна фокусироваться на полостях, наполненных газом, таких как легкие или кишечник. Акустическое сопротивление воздуха значительно ниже, чем акустическое сопротивление мягких тканей, таких как мышцы. Таким образом, практически вся акустическая энергия отражается на пограничной зоне. При такой поверхности раздела фаза давления меняется на противоположную, поворачивая P+ в разреженное давление, и наоборот. Как следствие максимум давления на пограничной зоне может превратиться в разреженное давление в два раза больше первоначального P+ и может привести к значительному повреждению тканей в пограничной зоне.
Непрямое воздействие ударной волны опосредовано через кавитацию, которая определяется, как появление пузырьков в жидкости. В начале фазы отрицательного давления ударной волны молекулы воды разделяются и образуют вакуумные пузырьки. Испарения из окружающей жидкости собираются внутри пузырьков, заставляя их расширяться во время фазы отрицательного давления более чем в десять раз к первоначальному объему пузырька. В конце фазы отрицательного давления возвращение к атмосферному давлению заставляет пузырьки лопаться со скоростью 1-9 метров в секунду, что сопоставимо с взрывом (рис. 10.18-3). В дополнение к импульсам давления, которые появились в результате взрыва, могут появиться водные брызги с высоким разрушающим эффектом.

Существует большой интерес, как эти прямые и непрямые эффекты ударной волны воздействуют на ткани. Хотя доступно много информации, касающейся разрушения ударной волной уролитов, механизм клеточной стимуляции ударной волной только начинает исследоваться.

Биологический эффект экстракорпоральной терапии

In vitro, определенные изменения характеристик ударной волны могут влиять на ее воздействие на ткани. Изменения Tr и ЭП влияют на воздействие на клетки, от индукции напряжения волокон и межклеточных пространств до полного разъединения эндотелиальных клеток и повреждения базальной мембраны. В исследованиях, посвященных поиску дозы воздействия ударной волны, последовательно указывается минимальный уровень энергии, который должен быть достигнут, чтобы стимулировать клетки и уровень, при превышении которого возникает повреждение клеток. Было обнаружено, что стимуляция ударной волной продукции TGF-1β стромальными клеточными структурами костного мозга связана с дозой: при низких энергетических дозах эффект отсутствует, затем по мере ее повышения достигается максимальный эффект, который снижается до опасного уровня при слишком высоких дозах. Когда человеческие губчатые костные клетки в культуре, подвергаются воздействию ударной волной, помимо эффекта клеточной стимуляции средней продолжительности, который зависит от количества высвобожденных импульсов, существует краткосрочный эффект клеточной гибели. Было доказано, что ударная волна также является эффективным механизмом для трансфекции олигонуклеатидов в клетку и чтобы вводить химиотерапевтические средства в клетки новообразований.
Одно из первых исследований, касающееся влияния ударной волны на заживление перелома, было проведено на крысах. Создавались переломы в середине диафиза плечевой кости, которые подвергались воздействию ЭКТ на 2, 5, 9, 14 и 19-й дни после перелома. Было обнаружено, что леченые кости были тяжелее контрольных, имели на 30% больше прочность на излом, чем контрольные, и быстрее заживали. В другом исследовании о заживлении перелома у собак, билатеральная большеберцовая остеотомия была стабилизирована пластиной с 6-ю отверстиями, чтобы создать 3-мм щель на стороне остеотомии. Конечности, подвергнутые воздействию ударной волной, имели значительно большее образование костной мозоли за 12 недель, чем не леченые конечности. Гистологически леченые конечности имели больше кортикального слоя кости, чем контрольные. В еще одном исследовании, было создано гипертрофическое несращение у 10 биглей путем дистальной лучевой остеотомии. В течение 12 недель пять собак подвергались воздействию ударной волной, а пять были оставлены в качестве контроля. Через 12 недель после лечения четыре из пяти леченых собак имели костное сращение, а среди контрольных животных оно наблюдалось только у одной.
В двух исследованиях мягких тканей определялся эффект в зависимости от дозы ударной волны. Низкая доза ЭКТ усиливала реэпителизацию ран кожи у свиней, как в нормальной ткани, так и в ткани, в которой заживление было задержано путем облучения. Высокие дозы ЭКТ задерживали реэпителизацию. Было показано, что ЭКТ стимулирует реваскуляризацию места соединения ахиллова сухожилия и кости у собак. Когда дозозависимый эффект изучался на кроликах, то воздействие на ахиллово сухожилие ЭКТ, превышающее 0,28 мДж/мм2, вызывало некроз.
Во всех случаях биологический эффект ударной волны зависел от количества импульсов ударной волны и начальной плотности энергии. Оценка исследований, включающих ЭКТ, должна учитывать эти моменты.

Обезболивающий эффект

Сообщалось, что вслед за ЭКТ отмечался обезболивающий эффект. У людей был отмечен обезболивающий эффект, но никаких исследований, касающихся определения механизма или продолжительности этого эффекта не проводилось. Существует несколько гипотез, касающихся механизма, включая разрушение нервов, нервных рецепторов и вклад центрального контроля сенсорного входа (теория «воротного контроля»). Ни одна из этих гипотез не подтверждена исследованиями. Считается, что ЭКТ поднимает порог чувствительности нервных мембран. Существует возможность, что после лечения лошадь может подвергнуться риску значительного повреждения, если работает без полного сенсорного входа.

ПРИМЕНЕНИЕ ЛЕЧЕНИЯ УДАРНОЙ ВОЛНОЙ У ЛОШАДЕЙ

В течение последних 3-4 лет при лечении скелетно-мышечных заболеваний лошадей использовали ударную волну. В настоящее время показания к применению все еще находятся на стадии разработки, и доступно не так много проверенных данных. Показания к ЭКТ у лошадей такие же, как и при лечении людей, десмопатии прикрепления и стимуляция реконструкции кости.

Десмит подвешивающих связок

Многие пользователи ЭКТ указывали, что десмит подвешивающих связок отвечает хорошо на лечение. Начальные клинические наблюдения свидетельствуют о том, что поражения заживают быстрее, когда ЭКТ применяется с 2-3-недельным интервалом во время процесса заживления. Энергия плотности потока должна быть ниже во время острой фазы (0,1-0,2 мДж/мм2) и повышаться в более хронических случаях (0,5-0,8 мДж/мм2). Чрезмерные уровни энергии могут вызывать некроз связки. Первоначальные данные из двух разных клиник указывают, что 7/8 и 5/6 лошадей показали клиническое улучшение состояния, которое оставалось до следующего осмотра через 3 месяца и 6 месяцев после лечения, соответственно. Эти цифры значительно возросли после этих отчетов с подобным ответом. Контрольные исследования идут полным ходом.

Тендениты сухожилий сгибателей

Опыт многих пользователей указывает, что тенденит поверхностного и глубокого пальцевого сгибателя отвечает на ЭКТ путем уменьшения времени организации повреждения, чем при традиционных консервативных методах лечения. Как и с десмитом подвешивающих связок, было использовано несколько сеансов с сопоставимым уровнем энергии.

Остеоартрит межплюсневого дистального и заплюсно-плюсневого суставов

Первые опубликованные исследования ЭКТ в США были случайной выборкой лошадей с костным шпатом. Обследование через 90 дней после лечения выявило, что 80% (59/74) лошадей имели улучшение, по крайней мере, на 1 степень хромоты. Этих лошадей лечили под общей анестезией высокой энергией (0,89 мДж/мм2). Ударная волна фокусировалась с помощью флюороскопа на суставные щели на стороне патологии. Предположение, что уменьшение хромоты было результатом стимуляции анкилоза, не подтвердилось рентгенографически. Механизм улучшения неизвестен, но, по-видимому, он связан с реконструкцией субхондральной кости, изменением интрамедуллярного давления и обезболивающим эффектом ударной волны.

Дорсальный периостит

Букшина является результатом костной реконструкции в ответ на нагрузку. Костная реконструкция в кости пясти, очевидно, стимулируется ЭКТ с имеющимся налицо остеогенезом с периостальной и эндостальной поверхности. Первые клинические исследования использования ЭКТ для лечения дорсальной периостальной реакции обнадеживающие. Лошади, у которых отмечалась боль и периостальная реконструкция, были оставлены в тренинге при использовании ЭКТ с 1-2-недельным интервалом три раза.

Усталостные переломы

Так как экспериментальные данные подтверждают стимуляцию заживления несращенного перелома при помощи ЭКТ, то применение ЭКТ при усталостных переломах у лошадей кажется логичным. На сегодня существуют только клинические отклики, что усталостный перелом заживает быстрее после лечения. Данные авторов подтверждают это. Один из главных моментов при лечении усталостного перелома у скаковых лошадей - это решение, когда можно безопасно вернуть лошадь к работе. Отмечаемый обезболивающий эффект ЭКТ может привести к тому, что лошадей возвращают в тренинг, до того как кость полностью заживет. Повторная ядерная сцинтиграфия и рентгенография помогают определить момент, когда кость полностью срослась.

Челночный синдром

В группе из 16 лошадей с челночным синдромом, который лечили ЭКТ, было установлено, что в 70% случаев хромота уменьшилась, по крайней мере, на одну степень. Лечение состояло из одной сессии с высокой энергией (0,9 мДж/мм2) с 1000 импульсами, прикладываемыми через стрелку, и 1000 импульсами, прикладываемыми между пяточными углами. До лечения стрелку подрезали и расчистили копыто, чтобы улучшить соединение. Затем перед лечением копыто смачивали водой 12 часов, чтобы размочить стрелку и облегчить трансмиссию ударной волны. Лошади с эрозией сгибательной поверхности и с энтезопатией боковых связок челночной кости ответили менее положительно. Казалось, что энтезопатия должна отвечать на лечение. Неудачи могут быть обусловлены сложностью получения окна, чтобы сфокусировать ударную волну в этой области. У лошадей, которые ответили на лечение, улучшение оставалось, по крайней мере, 1 год после лечения; но в некоторых случаях следует ожидать рецидива.
Множественные заявления были сделаны в отношении других скелетно-мышечных заболеваний; но малочисленность случаев в этих группах, делает объективную оценку сложной. Маловероятно, что ЭКТ помогает при всех скелетно-мышечных проблемах.

ВОЗМОЖНЫЕ ОСЛОЖНЕНИЯ

У людей и маленьких животных отмечены точечные кровоизлияния на коже в местах воздействия. У лошадей это отмечали редко. Излишняя энергия и /или количество импульсов могут приводить к некрозу тканей. Поэтому важно иметь в виду, что больше - не означает лучше. Газ/ткань пограничная зона должна исключаться, как выше отмечалось, из-за возможного повреждения легких и кишечника. Повреждение интимы артерий можно наблюдать после ЭКТ, поэтому магистральные сосуды не должны попадать в фокусную зону. Воздействие на нервную ткань полностью не изучено, поэтому воздействия на крупные нервы также следует избегать. Следует избегать воздействия на активную зону роста костей, так как исследования показали раннее закрытие зоны роста у лабораторных животных после ЭКТ.