Спосіб та лазерний пристрій для лікування внутрішньопорожнинних інфекцій
Власники патенту UA 2257923:
Винахід відноситься до галузі медицини, а саме до способів для лікування внутрішньопорожнинних інфекцій, зокрема абсцесів, і до пристроїв для внутрішньопорожнинного дренажу та опромінення вогнища інфекції. Технічним результатом способу та пристрою є зниження ризику пошкодження навколишніх тканин. Спосіб включає визначення спектру мікроорганізмів, присутніх у популяції мікроорганізмів у порожнині, ранжування основних інфікуючих мікроорганізмів у популяції, вибір довжини хвилі ультрафіолетового світла, дренування порожнини, опромінення порожнини ультрафіолетовим світлом. Довжину хвилі вибирають таким чином, щоб забезпечити випромінювання, що впливає на мікроорганізми, що викликають інфекцію. Пристрій містить катетер з волоконно-оптичним хвилеводом для доставки ультрафіолетового світла, імпульс твердотілий лазер і дренажну систему. 2 с. та 5 з.п. ф-ли, 3 табл., 1 іл.
Даний винахід відноситься до способу та пристрою для лікування внутрішньопорожнинних інфекцій, зокрема абсцесів, таких як кавернозний туберкульоз, післяопераційні внутрішньочеревні абсцеси та аналогічні стани. Більш точно, даний винахід відноситься до системи, що дозволяє одночасно здійснювати дренаж внутрішньопорожнинного простору та проводити опромінення вогнища інфекції ультрафіолетовим світлом, генерованим лазером.
Застосування ультрафіолетового світла є відомою та перевіреною методикою при стерилізації рідин та обробці питної води, призначеної для споживання у побуті. З цією метою використовують короткохвильове, спектрально невибіркове короткохвильове випромінювання з довжиною хвилі близько 200 до близько 350 нм. Найбільш ефективна руйнівна дія на мікроорганізми, зазвичайприсутні у необробленій воді, надає ультрафіолетове випромінювання у так званому діапазоні УФ-С (200-270 нм). Стандартні методики описані в патенті США 5900211, виданому на ім'я Dunn та ін, патенті США 4983307, виданому на ім'я Nesathurai, та патенті США 5236595, виданому на ім'я Wang.
Відомо, що мікроорганізми загалом поділяються на п'ять основних сімейств, а саме: бактерії, віруси, грибки, найпростіші одноклітинні тваринні організми (протозоа) та водорості. Зазначені п'ять сімейств мають різні властивості, мешкають у різних середовищах і по-різному реагують на бактерицидні засоби, такі як антибіотики. У бактерій, грибків, протозоа і водоростей зазвичай є стінка клітини, цитоплазматична мембрана і генетичний матеріал, що по суті є ДНК. Віруси мають деякі відмінності і зазвичай мають зовнішню білкову оболонку, всередині якої укладений генетичний матеріал, що також є ДНК. При опроміненні мікроорганізмів жорстким ультрафіолетовим світлом відбувається руйнування хімічних зв'язків усередині структури ДНК, внаслідок чого запобігає реплікації ДНК, необхідної для відтворення мікроорганізмів. Якщо мікроорганізм не здатний до відтворення, по суті він знищений.
Проте клітини різних мікроорганізмів неоднакові. Мікроорганізми мають різну сприйнятливість до випромінювання в УФ-діапазоні залежно від довжини хвилі. Доза ультрафіолету, необхідна для руйнування різних мікроорганізмів, також відрізняється. Така доза (або акумульована енергія) залежить від періоду часу, протягом якого мікроорганізм зазнавав впливу світла, а також від потужності випромінювання. Найчастіше потужність випромінювання вимірюють у Ват (Вт), а час у секундах.
Як випливає зТаблиці 1, летальна доза, виміряна in vitro, неоднакова різних мікроорганізмів.
Крім ультрафіолетового світла для стерилізації рідин, таких як питна вода, у медичній практиці також застосовують лазери, що генерують світло з вузькою спектральною лінією в діапазонах, що відрізняються від УФ-діапазону. В даному випадку важливо розмежувати застосування в хірургічних та інших цілях лазерів, що не випромінюють ультрафіолетове світло, та застосування ультрафіолетового світла для лікування інфекцій, спричинених мікроорганізмами. Наприклад, деякі методики терапії передбачають застосування гелієво-неонових лазерів або лазерів на ітрій-алюмінієвому гранаті з неодимом як локалізовані джерела тепла, за рахунок чого стимулюють кровопостачання і відбувається нагрівання або знищення обраних тканин. Такі лазери зазвичай випромінюють світло з довжинами хвиль інфрачервоної або ближньої інфрачервоної частини спектра. Будь-які присутні мікроорганізми будуть уражені лазерним випромінюванням лише в тому випадку, якщо під дією тепла, генерованим лазером, температура таких мікроорганізмів досягне або перевищить приблизно 40°С. Незважаючи на те, що температури такого рівня є летальними для багатьох мікроорганізмів, застосування даних лазерів як терапевтичний засіб для контролю мікроорганізмів обмежено неприйнятним збитком, який температура такого порядку зазнає навколишніх тканин.
Лікування деструктивних форм внутрішньопорожнинних інфекцій, таких як туберкульоз та післяопераційні внутрішньочеревні абсцеси, є особливо складним терапевтичним завданням. Патологічні зміни, що відбуваються в структурі стінок порожнини, і значна кількість гною всередині порожнин перешкоджають ефективному введенню антибіотиків. Крім того, багато патогенних організмів, що викликаютьвнутрішньопорожнинні інфекції, набувають стійкості до дії антибіотиків.
Методики, що застосовуються нині для боротьби з внутрішньопорожнинними інфекціями, не настільки ефективні, як це потрібно. Зазвичай здійснюють двоступінчасту терапію. По-перше, порожнину дренують з метою видалити якнайбільше вмісту, у тому числі частинок клітин, уражених інфекцією, і кілька мікроорганізмів, що викликали інфекцію. По-друге, пацієнтові вводять антибіотик. Щоб дія антибіотика (антибіотиків) була ефективною, необхідно максимально дренувати порожнину. Для цього в порожнину наосліп або в режимі, що керується, підшкірно вводять порожнистий катетер. Введенням катетера зазвичай керують за допомогою ультразвукового зонда або ендоскопічного волоконно-оптичного пристрою, вбудованого в катетер дренажний. Тим не менш, дренаж утруднений плинністю рідини та гною, що містить частинки клітин, що видаляються з порожнини, а також відносно малим розміром катетера в порівнянні з потенційним обсягом порожнини, яку потрібно дренувати. Додатковою проблемою є неминуча присутність мікроорганізмів як по всій порожнині, так і на катетері та навколо нього. Внаслідок зазначених проблем практично рідко вдається дренувати порожнину необхідною мірою. Також важливо відзначити існування реальної небезпеки того, що деякі мікроорганізми являють собою так звані супермікроби, що є штамами звичайних мікроорганізмів, що мутують, таких як стафілококи, стійкими до антибіотиків, що використовуються в даний час.
Захворювання, спричинені внутрішньопорожнинними інфекціями, такі як деструктивні форми туберкульозу та післяопераційні внутрішньочеревні абсцеси, викликають все більше занепокоєння по всьому світу. У Північній Америці післяопераційнівнутрішньочеревні абсцеси є найбільшим післяопераційним ускладненням під час проведення широкого спектра інвазивних хірургічних втручань. За оцінками кількість пацієнтів, у яких розвиваються післяопераційні внутрішньочеревні абсцеси, становить близько 30% у разі колоректальної хірургії, близько 15% у разі хірургії підшлункової залози або жовчних шляхів та близько 2% у разі гінекологічної хірургії. Лише у Північній Америці кількість пацієнтів, які піддаються внутрішньочеревному хірургічному втручанню, щорічно обчислюється мільйонами. Існує кілька причин таких інфекцій, включаючи як мікроорганізми, що переносяться повітряно-краплинним шляхом, так і спонтанні витоку або перфорації жовчних шляхів або кишечника. Іншими словами, будь-яка методика, розрахована на лікування таких інфекцій, повинна виходити з того факту, що причиною інфекції майже напевно є кілька штамів мікроорганізмів, а кожен штам по-різному реагує на будь-яку дію.
З патенту Україна 2141859, виданого 1998 р. на ім'я Аполлонова та ін., відоме застосування генерованого лазером ультрафіолетового світла для лікування туберкульозу. За допомогою відповідного волоконно-оптичного катетера генероване лазером ультрафіолетове світло використовують для опромінення і руйнування легких мікроорганізмів, що знаходяться в каверні, що викликали туберкульозну інфекцію. При здійсненні способу деструктивну каверну легень проколюють або дренують, видаляють з каверни гнійний вміст і потім піддають внутрішню поверхню каверни опроміненню генерованим лазерним джерелом ультрафіолетовим світлом. При цьому з метою забезпечити іррадіацію із середньою щільністю енергії від 10 до 15 мВтсек/см 2 легені протягом 10-12 хвилин піддають розфокусованому пульсуючого опромінення твердотілимлазером з довжиною хвилі близько від 220 до близько 290 нм і щільністю енергії 200 мВтсек/см 2 , при цьому частоту проходження імпульсів регулюють в залежності від ступеня руйнувань в легенях. Сеанс лікування завершують одноразовим введенням у каверну 1,0 одиниці стрептоміцину або канаміцину. Курс лікування складається із 10-12 сеансів іррадіації каверни лазером.
Тим не менш, спосіб і пристрій, описані в патенті Аполлонова та ін, мають ряд недоліків, а саме:
(1) необхідність повторного проколювання каверни, що збільшує ступінь травми пацієнта.
(2) при кожному повторному проколюванні до здійснення процедури необхідні повторні радіологічні дослідження, що збільшує дозу рентгенівського опромінення, на яку піддають пацієнта.
(3) кожен сеанс лікування завершують одноразовим введенням у каверну повної добової дози протитуберкульозного лікарського засобу, розчиненого у 2-3 мл 0,5% розчину новокаїну. Введення повної добової дози протитуберкульозного лікарського засобу у вигляді одноразової дози не дозволяє підтримувати концентрацію бактерицидів усередині каверни протягом 24 годин на постійному рівні. Крім того, з урахуванням кількості протитуберкульозного лікарського засобу введення такої дози часто викликає подразнення тканин слизової оболонки бронхів, що дренують каверну, і призводить до послаблюючого кашлю і відхаркування з мокротинням значної кількості протитуберкульозного лікарського засобу, введеного в каверну, зниження його концентрації та ослаблення. .
(4) для іррадіації каверни в патенті Аполлопова та ін.неодимом). Незважаючи на те, що при цьому забезпечується бактерицидна дія на патогенні організми, що викликають туберкульоз, очевидно, що така довжина хвилі не є оптимальною з точки зору знищення більшості мікроорганізмів, що викликають туберкульоз.
Зазначений взаємозв'язок графічно представлений на кресленні.
Як випливає з креслення, найбільш ефективною для знищення туберкульозних бактерій є хвиля довжиною близько 250 нм, а ультрафіолетове світло з деякими довжинами хвиль взагалі неефективне для лікування туберкульозу. У той же час до світла з довжинами хвиль, ефективними при лікуванні туберкульозу, сприйнятливіші інші бактерії. Застосування ультрафіолетового світла з довжиною хвилі, що не є найбільш ефективною з урахуванням специфіки кожного штаму мікроорганізму або класу штамів, призводить до збільшення опромінення, вищої щільності енергії іррадіації та збільшення ризику побічних ефектів.
Зазвичай пацієнти, яким потрібне антибактеріальне лікування, вже перебувають під впливом сильного стресу, а їхня імунна система часто ослаблена після обширного інвазивного хірургічного втручання, або вони страждають від серйозної інфекції, такої як туберкульоз або внутрішньочеревний абсцес. Таким чином, вкрай бажано, щоб при проведенні будь-якої лікувальної процедури, пов'язаної з такими інфекціями, пацієнт якнайменше піддавався додатковому стресу. Отже, першочерговим завданням є уникнути повторного внутрішньопорожнинного хірургічного проникнення. Ступінь травми, пов'язаної з повторним внутрішньопорожнинним проникненням, такий, що для контролю про супермікробів потрібне застосування антибіотиків у кількостях, які не здатний перенести ослаблений пацієнт.
Даний винахід виходить звстановленого факту, за яким летальна доза, необхідна певного мікроорганізму, залежить від довжини хвилі випромінюваного ультрафіолетового світла. Шляхом підбору довжини хвилі ультрафіолетового світла для певного мікроорганізму або класу мікроорганізмів оптимізують летальну дозу, підвищують ефективність іррадіації та зводять до мінімуму ризик пошкодження навколишніх тканин.
Як показано у наведеній вище Таблиці 1, летальні дози ультрафіолетового світла неоднакові для різних штамів мікроорганізмів. При вимірах, зведених у Таблиці 1, застосовувалася спектрально невиборча ультрафіолетова іррадіація. У Таблицях 2 і 3 наведені результати впливу (in vitro) на різні мікроорганізми генерованим вузькосмуговим лазером ультрафіолетовим світлом, узгодженим за спектром з найбільш ефективною бактерицидною дією (визначеним шляхом вимірювання кривих для різних бактерій аналогічно фіг.1). Середні летальні дози для різних штамів бактерій, опромінених світлом вузькосмугового лазера, значно нижчі порівняно з дозами, наведеними в Таблиці 1.