Лазерная литотрипсия – это эффективная технология, нашедшая широкое применение в клинической практике для контактного дробления конкрементов в мочевом пузыре, мочеточнике и почке [1]. Миниатюризация эндоскопических инструментов, осуществление мини-, ультрамини- и микрочрескожных вмешательств по поводу почечно-каменной болезни, широкое внедрение гибких эндоскопов способствовали активному применению лазеров как единственно возможного инструмента литотрипсии при использовании данных эндоскопических технологий.

Общие показания к применению лазерной литотрипсии схожи с таковыми к применению дистанционной литотрипсии (ДЛТ). Основным фактором, определяющим выбор в пользу этих методов, служит размер фрагментируемого камня, который не должен превышать 2 см [2, 3]. Между тем были предложены специфические рекомендации для лазерной литотрипсии, отличные от таковых для ДЛТ [3, 4].

Среди них:

• локализация камня в нижней чашечке или в дивертикуле чашечки;
• кальций-оксалатный, или цистиновый, состав камня, который определяет выраженную плотность конкремента;
• ожирение пациента;
• некоторые варианты аномального расположения почки с камнем;
• стеноз шейки чашечки.

Противопоказаний к проведению лазерной литотрипсии не существует, за исключением общих противопоказаний к эндоскопическим вмешательствам на органах мочевой системы [5].

Физические принципы фрагментации камней лазерным излучением

Для разрушения камней мочевых путей применяются лазерные литотрипторы, работающие в импульсно-периодическом режиме, т.е. генерирующие серию отдельных последовательных импульсов излучения [6]. Кроме этого импульс в последовательности может состоять из нескольких более коротких импульсов, формирующих «пачки» импульсов [6].

Основные их характеристики:

• длина волны излучения (в 1 мкм [10-6м], или нм [10-9м]);
• длительность импульса («пачки» импульсов) и паузы между импульсами, измеряемые в единицах времени;
• энергия импульса излучения (в Дж);
• частота следования импульсов (в Гц) [7].

Принцип действия лазера заключается в преобразовании энергии накачки (световой, электрической и т.д.) в энергию светового излучения, которое происходит в активной среде [6]. Активной средой могут быть кристаллы или волокно, полупроводники, газы и жидкости. В зависимости от выбранной среды меняется длина волны лазерного излучения. В свою очередь длина волны определяет глубину поглощения лазерного излучения в объекте воздействия [7]. Следует учитывать, что решение задачи литотрипсии должно сочетаться с минимальным повреждением мягких тканей, окружающих камень [8].

Используемое для литотрипсии лазерное излучение может передаваться по гибким и тонким (менее 1 мм) волоконным световодам, что позволяет с помощью уретероскопа подводить его к камню по мочевым путям (уретре, мочеточникам) [7].

При разрушении камней с помощью лазерного излучения реализуются различные механизмы, в основе которых лежит преобразование энергии лазерного излучения в тепло:

• поглощение лазерного излучения на поверхности камня ведет к аблации (уносу испаренного вещества);
• медленное выделение тепла (при работе с длинными импульсами излучения) обеспечивает образование внутренних напряжений и растрескивание камня;
• быстрое (взрывное) выделение тепла в малом объеме камня способствует формированию ударной волны, эффективно разрушающей камень;
• при работе в жидкой среде вблизи камня образуются пузырьки перегретого пара, схлопывание которых обусловливает явление кавитации – образование больших перепадов давления, разрушающих камень [9].

Важно, что такие перепады давления разрушают твердые камни с минимальными повреждениями окружающих мягких биологических тканей (процесс демпфирования) [10].

Таким образом, посредством использования лазерных литотрипторов можно разрушать камни любого состава, которые располагаются в уретре, мочевом пузыре или различных отделах мочеточника, без значимого повреждения окружающих тканей органа [10].

Типы лазеров, используемых для литотрипсии

В лазерах на красителях в качестве активной среды используются растворы красителей. Варьируя с типом красителя, можно подобрать наиболее эффективную длину волны лазерного излучения [11]. Будучи изначально многообещающим инструментом (фрагментация более 80–95% камней), эти лазеры в последующем не получили широкого распространения. Это объясняется как сложностью конструкции, высокой стоимостью расходных материалов (красителей), так и плохой фрагментацией «твердых» кальций-оксалатных и цистиновых камней, выявленной в ходе клинического применения [11].

Более широкое распространение получили лазеры на кристаллах, использующие накачку оптическим излучением. К ним относятся прежде всего лазеры на всевозможных гранатах [12]. Чаще всего используются лазеры на алюмоиттриевом гранате, активированном ионами неодима Nd:YAG [13], работающие обычно на длине волны 1,06 мкм. Близкие характеристики имеют лазеры на ортоалюминате иттрия, активированном неодимом, с длиной волны 1,08 мкм [13]. Используя удвоение частоты излучения в нелинейных кристаллах, получают генерацию на длине волны 0,53 мкм, лежащей в зеленой области спектра, к ним относится, в частности, лазерный аппарат FREDDY [14]. При одновременном воздействии на камень основного (1,08 мкм) и преобразованного (0,54 мкм) излучения, что, в частности, возможно при использовании аппарата Лазурит, наблюдается интересный эффект [14, 15]: излучение с длиной волны 0,53 мкм инициирует на поверхности камня очаг плазмы, эффективно поглощающей основное лазерное излучение. Это позволяет минимизировать повреждение мягких тканей при эффективном разрушении конкремента [10].

При использовании в качестве активатора ионов гольмия – Ho:YAG [17, 28] – лазер работает на длине волны 2,09 мкм. Такое излучение сильнее поглощается водой, что позволяет эффективно использовать эффект кавитации [16].

Еще более эффективным оказывается использование кавитации с лазером на основе кристаллов иттрий-скандий галлиевого граната, активированного ионами хрома (Сr) и эрбия (Er), генерирующего сильно поглощаемое в воде излучение с длиной волны 2,78 мкм. Следует отметить, что при этом возникает проблема с его доставкой, поскольку излучение сильно поглощается в обычном кварцевом волокне [17].

Используются для литотрипсии и лазеры на кристаллах александрита (BeAl2O4:Cr3+), работающие на длине волны 0,75 мкм [18].

Последнее время большой интерес вызывают лазеры на тулий-(Tm)-активированном волокне с длиной волны излучения 1,94 мкм [19]. Было показано, что применение данной длины волны излучения наиболее перспективно в исследуемой области. Использование такого лазера в импульсно-периодическом режиме с короткими (около 100 нс) импульсами позволяет достигать еще более выраженного эффекта [20].

Обобщая все вышесказанное, можно утверждать, что в настоящее время для интракорпоральной литотрипсии разработаны разные типы лазеров, часть из которых находит применение в клинической практике (см. таблицу).

Сравнительный анализ эффективности применяемых типов лазеров

При сравнении эффективности применения разных типов лазеров для литотрипсии используется ряд показателей, некоторые из которых могут быть применены для сравнения методов только на выборках пациентов и не позволяют характеризовать литотрипсию у каждого пациента в отдельности.

Выделяют следующие показатели:

• частоту полного освобождения от камней (stone free rate) – процент пациентов, у которых после проведения литотрипсии либо нет конкрементов, либо их размер не превышает 2 мм. Сроки наблюдения в различных исследованиях составляют 1, 3 мес., иногда показатель оценивают сразу после операции;
• частоту фрагментации (fragmentation rate) – процент пациентов, у которых камни были полностью разрушены в ходе литотрипсии;
• частоту использования дополнительных процедур (auxiliary procedures rate) – процент пациентов, у которых после проведения литотрипсии были использованы дополнительные процедуры по удалению камней. Временной период включает текущую госпитализацию по поводу мочекаменной болезни (МКБ);
• частоту дополнительного лечения (re-treatment rate) – процент пациентов, которым из-за рецидивов проводилось дополнительное лечение (после текущей госпитализации);
• среднюю потерю массы камня при проведении литотрипсии (stonemass loss averaged) в мг;
• длительность операции (operation time) в мин;
• длительность процедуры литотрипсии (overall procedural time) в мин;
• время фрагментации конкретного камня (fragmentation time) в мин;
• общую продолжительность лечения (treatment time) в днях – продолжительность всего лечения в рамках текущей госпитализации;
• стоимость/эффективность (cost/effectiveness) – интегральный показатель, определяющий, насколько эффективность метода соответствует его стоимости, может использоваться для сравнения методов с сильно различающейся стоимостью.

С момента появления первых лазеров и начала их применения с целью литотрипсии при МКБ проводятся исследования для сравнения различных типов лазеров между собой. Так, J. Yates и соавт. [21] сравнили эффективность и безопасность использования лазеров на Nd:YAG и Ho:YAG при литотрипсии камней размером менее 10 мм. Значимых различий по частоте полного освобождения от камней не было: 76,7% – для лазера на Nd:YAG и 93,3% – для лазера на Ho:YAG (р=0,149), частота осложнений составила 17,4 и 10% соответственно (р=0,667) [25] . В работе также было показано, что оба лазера могут быть использованы для литотрипсии камней размером менее 10 мм, но лазер на Ho:YAG более эффективен для фрагментации твердых кальций-оксалатных камней. Поскольку излучение лазера на Ho:YAG поглощается слоем воды и водосодержащей ткани толщиной 0,5–1 мм, его применение сопряжено с меньшим риском тепловой травмы прилегающих мягких тканей и перфорации мочеточника [21]. Полученные результаты объясняются различным характером взаимодействия лазерного излучения с биологической тканью, которое определяется длиной волны излучения [22].

При воздействии на камни, состоящие из солей мочевой кислоты, излучением александритового лазера известно, что фрагментация таких камней сопровождается образованием цианидов [23]. N. Corbin и соавт. [23] показали, что использование лазера на Ho:YAG сопровождается большей продукцией цианида по сравнению с лазером на александрите. Для ее снижения необходимо, чтобы энергия импульса лазерного излучения не превышала 1 Дж, что в свою очередь приведет к уменьшению эффективного размера камня, который может быть разрушен. Средняя продукция цианида при использовании такой энергии составила для лазера на Ho:YAG 106 мкг, для лазера на александрите – 1 мкг [24]. (При этом средняя продукция цианида относительно объема фрагментации также значимо различалась – 1,18 мкг/мг для лазера на Ho:YAG против 0,02 мкг/мг для лазера на александрите). Было определено среднее количество цианида, продуцируемое при фрагментации различных камней импульсами лазерного излучения с энергией не более 1 Дж: для камней из мононатриевых солей мочевой кислоты данный показатель составил 85 мкг, камней мочевой кислоты – 78 мкг, ксантиновых камней – 17 мкг, камней аммониевой кислоты – 16 мкг, кальций-фосфатных камней – 8 мкг, цистиновых – 7 мкг, струвитных – 4 мкг.

Лазеры на Tm-активированном волокне хотя и начали применяться недавно, но часто служат объектом сравнения с другими лазерами [19]. R. Blackmon и соавт. [25] сравнили эффективность дробления кальций-оксалатных и уратных камней лазером на Ho:YAG и лазером на Tm-активированном волокне. Поглощение водой излучения с длиной волны 1,94 мкм больше такового для лазера на Ho:YAG с длиной волны 2,1 мкм, что обусловливает разницу в их эффективности [26]. Энергия импульса лазера на Ho:YAG составила 70 мДж, длительность импульсов – 220 мс, частота следования импульсов – 3 Гц, соответствующие показатели для лазера на Tm-активированном волокне составили 70 мДж, 1 мс и 10 Гц. В ходе исследования на каждый камень воздействовали одинаковым количеством импульсов, суммарная энергия которых составила 126 Дж. Средняя потеря массы мочевых камней составила 2,4±0,6 мг для лазера на Ho:YAG и 12,6±2,5 мг для лазера на Tm-активированном волокне, средняя потеря массы кальций-оксалатных камней – 0,7±0,2 и 6,8±1,7 мг соответственно (различия в обоих случаях статистически значимы). Таким образом, эффективность лазера на Tm-активированном волокне при фрагментации уратных и кальций-оксалатных камней была выше таковой лазера на Ho:YAG в 5–10 раз при одной и той же энергии импульса [25].

Описано также механическое действие лазерного излучения на камни, обеспечивающее смещение камней в направлении от источника излучения за счет реактивной силы от выбрасываемого вещества [27], что в ряде случаев требует использования различных «удерживающих» приспособлений, например корзинок. Вместе с тем при определенных условиях в случае работы в жидкой среде за счет гидродинамических эффектов может возникать явление оптоволоконного притяжения, когда камень начинает двигаться навстречу световоду. Это в свою очередь может позволить отказаться от необходимости использования механических средств захвата [28]. R. Blackmon и соавт. оценили возможность реализации данного эффекта при работе с лазерами на Ho:YAG и на Tm-активированном волокне [28]. Энергия импульса лазера на Ho:YAG составила 210 мДж, на Tm-активированном волокне – 35 мДж, частота следования пачек импульсов – 20 и 150–250 Гц соответственно. Таким образом, лазер на Tm-активированном волокне имел высокую частоту следования пачек импульсов и низкую энергию импульсов, а лазер на Ho:YAG – низкую частоту следования пачек импульсов и высокую энергию импульсов. При использовании воздей ствия с указанными параметрами пиковая скорость движения фрагментов камней составила 2,5 мм/с.

Обобщая данные немногочисленных работ, посвященных сравнению различных лазеров, используемых для литотрипсии, можно сказать, что:

• лазеры на александрите используются крайне редко в силу их недостатков: низкой частоты полного освобождения от камней, малой частоты фрагментации, неэффективности при дроблении кальций-фосфатных камней;
• лазеры на Nd:YAG не позволяют фрагментировать цистиновые камни, зачастую их работа сопровождается формированием больших (более 10 мм) фрагментов и невысокой частотой освобождения от камней; в то же время лазеры на Nd:YAG обусловливают наиболее низкую частоту осложнений;
• лазеры на Ho:YAG являются наиболее часто используемыми лазерами для литотрипсии при МКБ, позволяют эффективно разрушать камни независимо от состава, характеризуются высокой частотой фрагментации и полного освобождения от конкрементов;
• лазеры на Tm-активированном волокне также обеспечивают разрушение камней независимо от состава, в несколько раз превосходят лазеры на Ho:YAG по показателю средней потери массы камней при фрагментации.

Сравнительный анализ метода лазерной литотрипсии с другими оперативными методами лечения МКБ

В последние годы активно предпринимаются попытки использовать эндоскопическую лазерную литотрипсию для удаления конкрементов размером более 2 см [29]. Так, A. Kumar и соавт. сравнили безопасность и эффективность лапароскопической уретеролитотомии (1-я группа) и эндоскопической контактной лазерной литотрипсии с использованием лазера на Ho:YAG (2-я группа) [30]. Были обследованы 110 пациентов с камнями в верхней трети мочеточника размером более 2 см. Полное освобождение от камней в течение 3 месяцев после лапароскопической операции было достигнуто 100% пациентов, после лазерной литотрипсии – 76% (р=0,02). Частота повторного лечения во 2-й группе была достоверно выше, чем в первой – 8 и 0% соответственно (р=0,01). Однако осложнения после лапароскопической уретеролитотомии регистрировали чаще (26%), чем при литотрипсии с использованием лазера на Ho:YAG (12%; p=0,001). Таким образом, лапароскопическая уретеролитотомия остается методом выбора в лечении камней верхней трети мочеточника размером более 2 см, несмотря на большую частоту осложнений по сравнению с лазерной литотрипсией [34].

К основным «конкурентам» лазерной литотрипсии среди контактных методов дробления камней относятся ультразвуковая и пневматическая литотрипсия.

B. Jakobczyk и соавт. [31] при сравнении эффективности ультразвуковой и лазерной литотрипсии лазером на Ho:YAG в группе из 164 пациентов продемонстрировали более высокую эффективность последней. Показателем эффективности было полное отсутствие камней после операций по данным ультразвукового и рентгеновского исследований. Общая эффективность ультразвуковой литотрипсии составила 79%, лазерной литотрипсии – 92% (р<0,05). При этом в случае нахождения камней в мочевом пузыре эффективность лазерной литотрипсии достигла 100%, в случае локализации камней в мочеточнике – 89% [31].

В работе [32] при сравнении этих двух методов литотрипсии использовали иные критерии – частоту фрагментации и потребность в применении дополнительных процедур. В исследовании приняли участие 90 пациентов с камнями, размер которых составил менее 10 мм, локализованными в средней и дистальной третях мочеточника. Полная фрагментация камней достигнута в 60% случаев при применении ультразвука и в 80% – при использовании лазера (р<0,005). В 20% случаев после ультразвуковой литотрипсии понадобилась повторная уретероскопия, еще в 20% – дополнительная дистанционная литотрипсия. После лазерной литотрипсии ни одному пациенту не проводилась ДЛТ, а повторная уретероскопия была выполнена 13,4% пациентов.

Пневматическая литотрипсия используется при лечении МКБ с начала 1990-х гг. T. Degirmenci и соавт. [33] сравнили литотрипсию лазером на Ho:YAG и пневматическую литотрипсию по частоте полного освобождения от камней и частоте осложнений. В исследовании участвовали 230 пациентов с конкрементами, локализованными в различных участках мочеточника. Эффективность лазерной литотрипсии при расположении камня в проксимальном отделе мочеточника была достоверно выше таковой пневматической литотрипсии. Частота полного освобождения от камней составила 94,4%. При локализации камня в дистальном отделе мочеточника значимых различий по эффективности не было, частота полного освобождения от камней при проведении лазерной литотрипсии составила 96,8%. По частоте осложнений методы значимо не различались. С помощью множественного логит-регресса удалось установить, что условием для возникновения осложнений при использовании обоих методов служит проксимальное расположение камня [33].

Схожие результаты получили A. Demir и соавт.: частота полного освобождения от камней при использовании пневматического метода составила 89,6%, при использовании лазера – 98,2% (различия значимы). Кроме того, существенно различалась продолжительность операции – 33,05 (11,36) и 15,25 (6,14) минуты при применении пневматической и лазерной литотрипсии соответственно [34].

Как упоминалось ранее, часто используемым неинвазивным методом литотрипсии остается ДЛТ. В исследовании M. Khalil и соавт. [35] при анализе результатов лечения 82 пациентов с камнями проксимальных частей мочеточников было показано, что уретероскопия с литотрипсией лазером на Ho:YAG по эффективности значимо превышает ДЛТ. Так, повторное лечение потребовалось в 2,2 и 43,2% случаев соответственно, а частота полного освобождения от камней в течение 3 месяцев составила 80,2 и 78,4% соответственно.

Похожие результаты получены в работе [36]. Были обследованы 195 пациентов с целью сравнения ДЛТ и гибкой уретероскопии с использованием лазера на Ho:YAG для литотрипсии камней размером более 2 см, локализованных в нижних чашечках. Частота повторного лечения после ДЛТ (61%) была значимо выше, чем после уретероскопии с литотрипсией лазером на Ho:YAG (11,1%). Оба метода были признаны безопасными и эффективными для лечения пациентов с камнями указанных размеров и локализации. Для конкрементов размером менее 10 мм ударно-волновая литотрипсия определена как менее инвазивная и безопасная, чем уретероскопия с лазерной литотрипсией, при сравнимой эффективности. Для камней размером 10–20 мм лазерная литотрипсия оказалась более эффективной, при этом реже требовалось повторное лечение.

По данным А.Г. Мартова и соавт. [37], проведших сравнительный анализ эффективности дистанционной и контактной лазерной литотрипсии крупных камней верхней трети мочеточника, частота полного освобождения от камней в группе лазерной литотрипсии составила 75%, в группе дистанционной уретеролитотрипсии – 68,9%.

Однако Y. Cui и соавт. [38] считают, что ДЛТ остается основным способом лечения камней, расположенных в проксимальном отделе мочеточника, размером менее 15 мм.

В проведенном ими исследовании с участием 160 пациентов не было выявлено значимых различий между ударно-волновой литотрипсией и литотрипсией лазером на Ho:YAG по частоте освобождения от камней и общей продолжительности лечения.

Несмотря на высокую стоимость лазерных литотрипторов, ряд исследователей [39] считают, что лазерная литотрипсия лазером на Ho:YAG превосходит ударно-волновую по критерию стоимость–эффективность. Ими была создана модель принятия решений для определения стоимости–эффективности в зависимости от частоты полного освобождения от камней. При анализе данных 158 пациентов с камнями почек менее 1,5 см были получены следующие величины критерия: для ударно-волновой литотрипсии высокое значение показателя стоимость–эффективность достигалось, когда частота полного освобождения от камней колебалась от 65 до 67%, тогда как для уретероскопической лазерной литотрипсии имели значение колебания от 72 до 84%. При этом средняя частота полного освобождения от камней значимо различалась – 55 против 95% соответственно.

Техника безопасности при работе с лазерным излучением

Необходимо помнить, что излучение лазерных литотрипторов может представлять угрозу как для пациентов, так и для персонала операционной [40]. Причем степень опасности определяется длиной волны лазерного излучения. Так, например, излучение лазера на Nd:YAG слабо поглощается водой и не сильно ослабляется ирригантами [7]. Излучение с длиной волны 1,06 мкм глубоко проникает в биологические ткани и может перфорировать стенку органа при проведении литотрипсии камней в мочеточнике или мочевом пузыре и попадании лазерного излучения на стенку мочевых путей [12].

Кроме того, во избежание повреждений глаз хирурга следует пользоваться адекватной защитой для глаз [40]. Это особенно важно при использовании лазеров на Nd:YAG, так как данное излучение имеет глубину проникновения в биологические ткани порядка нескольких десятков миллиметров, что может приводить к повреждению сетчатки глаза [7]. Лазеры на Ho:YAG имеют значительно меньшую глубину проникновения в биологические ткани (<1 7="" p="">

Заключение

Лазерная литотрипсия – современный, высокотехнологичный и перспективный метод дробления камней при МКБ. Ее высокая эффективность по многим параметрам оправдывает ее высокую стоимость.

Эндоскопическая литотрипсия с применением лазеров превосходит ультразвуковую и пневматическую литотрипсии по частоте полного освобождения от камней, частоте фрагментации и частоте использования дополнительных процедур, требует меньше времени для проведения.

По данным некоторых исследований, лазерная литотрипсия эффективнее ДЛТ по частоте полного освобождения от камней и необходимости повторного лечения. Кроме того, показатель стоимости–эффективности для лазерной литотрипсии выше, чем для ДЛТ.

Среди всех доступных лазеров оптимальными и наиболее часто используемыми являются лазеры на Ho:YAG. Они превосходят другие лазеры по эффективности, которая не зависит от состава камней. Лазеры на Nd:YAG уступают лазерам на Ho:YAG, но также могут эффективно использоваться для литотрипсии всех камней, за исключением цистиновых, характеризуясь самым низким процентом осложнений. Лазеры на Tm-активированном волокне, несмотря на сравнительно небольшой опыт применения для литотрипсии, уже зарекомендовали себя с очень хорошей стороны. Возможно, в будущем лазеры на Tm-активированном волокне составят достойную конкуренцию лазерам на Ho:YAG.