Лазерное излучение и биологические ткани

Помимо теплового, свет производит другие эффекты (фотоэлектрический, биостимулирующий и т. д.), однако при большой мощности источника излучения тепловые эффекты преобладают. Узконаправленный лазерный луч, который практически не рассеивается, позволяет создать высокую плотность мощности светового пучка (мощность, приходящаяся на единицу площади). Поэтому лазерное излучение создает столь значительный тепловой эффект, что происходит коагуляция, выпаривание (вапоризация) или обугливание (карбонизация) биологической ткани. И все же это не значит, что лазерный луч является слепой разрушительной силой. Как мы сейчас убедимся, с помощью лазера можно достичь высокой селективности (избирательности) воздействия на ткани.

Основной принцип фотобиологии заключается в том, что свет действует на биологический объект лишь в том случае, если объект поглощает свет. Нет поглощения - нет эффекта. В коже свет поглощается особыми веществами - хромофорами. Каждый хромофор поглощает в определенном диапазоне длин волн. Основным хромофором волос и кожи является меланин, который поглощает в УФ-диапазоне, а также в видимой области с максимальным поглощением в диапазоне 350-700 нм. Красная граница спектра поглощения меланина доходит до инфракрасной области (1200 нм). Конкурентом меланина является гемоглобин, который поглощает в УФ-области, а в видимой области имеет максимумы поглощения в диапазонах 450-500 и 500-600 нм. Белки, некоторые аминокислоты и нуклеиновые кислоты поглощают в УФ-диапазоне.

Преобразование энергии лазерного луча в тепловую энергию может происходить только в том случае, если излучение поглощается. Поэтому если какой-то участок кожи содержит хромофор, поглощающий при данной длине волны, а окружающие участки его не содержат, то нагревается только та область, где присутствует хромофор. Однако вследствие переноса тепла происходит нагревание пограничных областей, даже если они не содержат или почти не содержат хромофоров. Поэтому тепловое действие лазерного луча распределяется на следующие тепловые зоны:

1-ая зона максимального теплового эффекта, где поглощается основная часть излучения (испарение, обугливание);

2-ая зона теплового эффекта, который вызван небольшой частью излучения, проникшего в ткань глубже (коагуляция, высушивание);

3-ья зона теплового эффекта, который возникает вследствие переноса тепла из более нагретого участка в более холодные участки (биостимулирующее действие).

Величина третьей зоны (зоны биостимуляции) определяется мощностью излучения, теплопроводностью ткани, а также величиной, которая называется временем тепловой релаксации. При снижении мощности излучения зона разрушения ткани (1-я зона) уменьшается, а зона биостимуляции и других эффектов (3-я зона) увеличивается.

Время тепловой релаксации - это показатель скорости остывания того или иного вещества (насколько быстро происходит выравнивание температур между нагретым веществом и его окружением). Представим себе, что мы прикладываем к ткани тепловое воздействие в течение определенного времени. Максимальная температура, которую нам удастся создать таким образом, будет определяться скоростью перераспределения тепла между данным участком и окружающими тканями. При фиксированной мощности излучения увеличение продолжительности импульса не приведет к повышению температуры участками-мишени, но увеличит нагрев окружающих тканей. Поэтому продолжительность импульса должна быть равной или меньшей, чем время тепловой релаксации участка-мишени.

Итак, степень нагрева выбранного участка под действием лазерного излучения будет определяться мощностью излучения, а степень нагрева (и следовательно, степень теплового повреждения) пограничных областей будет зависеть как от мощности и продолжительности лазерного импульса, так и от теплопроводности и времени тепловой релаксации ткани.

Чтобы разрушить волосяной фолликул с помощью лазерного луча, нужно выбрать хромофор, который поглощает излучение в красном диапазоне (именно оно глубже всего проникает в кожу) и сосредоточен преимущественно в волосе. Этим условиям удовлетворяет меланин. Он поглощает свет вплоть до инфракрасной области, и его содержание в волосяном стержне обычно выше, чем в окружающей коже. Вместо меланина можно выбрать какой-нибудь экзогенный хромофор (краситель), который будет избирательно прокрашивать волос.

Лазерное излучение, поглощенное меланином волоса, вызывает нагрев волосяного стержня, от которого нагревается прилегающий к нему фолликулярный эпителий. Дальше тепло распространяется на кожу вследствие теплопроводности. Так как у кожи время тепловой релаксации меньше, чем у волоса, нагрев кожи будет всегда существенно ниже из-за быстрого рассеивания тепла. Исходя из времени тепловой релаксации, подбирают продолжительность лазерного импульса. Увеличивая мощность излучения и укорачивая продолжительность импульса, можно сократить зону пограничного нагрева, а значит, предотвратить тепловое повреждение (ожог) прилегающей кожи. Для ускорения отвода тепла от кожи в настоящее время применяют различные вещества, прозрачные для лазерного луча и обладающие высокой теплопроводностью (кусочки льда, гели, искусственный сапфир). Эта методика называется селективным фототермолизом. Она позволяет добиться высокой избирательности воздействия, практически исключая возможность теплового повреждения кожи. Однако полностью исключить риск ожога кожи не удается.

Риск повышается в следующих случаях:

• при увеличении содержания меланина в окружающей фолликул коже;
• при увеличении плотности волос и толщины волосяного стержня;
• при возрастании энергии импульса и мощности излучения;
• при увеличении продолжительности импульса.

Это говорит о том, что в каждом конкретном случае необходимо подбирать энергию излучения и продолжительность импульса исходя из индивидуальных особенностей кожи и волос пациента. При этом успех эпиляции полностью определяется выбором источника излучения, его технических характеристик и режима его работы. На сегодня разработано несколько технологий световой эпиляции, обладающих разными физическими характеристиками и спектрами воздействия.