Lasery v gastroenterologii

Laserová technika v gastroenterologii může být využívána jak k přímým léčebným zákrokům, tak jako součást diagnostických a terapeutických systémů. V článku jsou stručně rozebrány teoretické základy využití laseru v gastroenterologii, historie využití laserových technologií v oboru a jednotlivé terapeutické a diagnostické indikace.

Historie

Historie použití laserové technologie v gastroenterologii je úzce spjata s technologickým vývojem laserů, konkrétně AR laseru, pevnolátkových a diodových laserů. Argonové lasery byly poprvé použity koncem 70. let při endoskopické léčbě krvácení z horních etáží gastrointestinálního traktu. Následoval nástup pevnolátkových laserů pracujících v blízké infračervené oblasti spektra, především Nd YAG laseru. Kromě endoskopické zástavy krvácení bylo možno Nd YAG laser nasadit v paliativní léčbě nádorů trávicího traktu. Ve druhé polovině 80. let byly Bownem publikovány pionýrské práce zaměřené na kontaktní laserovou intersticiální hypertermii v léčbě jaterních metastáz a paliativní léčbě nádorů pankreatu. V současné době v této části klinické praxe převažují diodové lasery a některé typy pevnolátkových laserů.
V 80. letech se rozvíjí fotodynamická terapie a autofluorescenční diagnostika. Na přelomu 80. a 90. let se objevují prvé práce zabývající se využitím laserové konfokální mikroskopie v gastroenterologii. Počátkem 80. let se také objevují prvé práce věnované laserové litotrypsi v léčbě choledocholitiázy.
V naší republice prováděl první zákroky na horní etáži GIT argonovým laserem. Dítě v polovině 80. let. O něco později vznikla pracovní skupina na III. chirurgické klinice 1. LF UK a FN Motol. Ta spolupracovala s kolektivem prof. Hamala z Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské (FJFI ČVUT) na vývoji Nd YAG laseru pro chirurgii a endoskopii. Fanta vyvinul originální techniku vagotomie, Horák se zabýval především paliací kolorektálního karcinomu. V Ostravě se o něco později Černoch intenzivně zabýval využitím Nd YAG laseru v celé šíři gastroenterologie.

Teoretické základy

Slovo laser pochází z angličtiny. Je složené z počátečních písmen anglického názvu Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Tento výraz je možné otrocky přeložit jako zesilovač světla (tj. elektromagnetických vln v optické části spektra) pomocí vynucené (stimulované) emise optického záření (v češtině je adekvátním pojmenováním výraz kvantový generátor světla). Z názvu vyplývá, že laser vytváří optické záření. To je však – na rozdíl od nám všem známého viditelného světla – monochromatické (jednobarevné). Například nelaserové červené světlo má parametry vlnové délky od 600 nm do 750 nm. Laserové záření má mnohem užší spektrum, to jest vyšší monochromatičnost (jednobarevnost), vlnová délka červeného laserového světla je 632,67 ± 0,02 nm. Takové záření je fázově koherentní (uspořádané), světelné vlny nejsou vůči sobě ani posunuté, jsou ve fázi a mají malou divergenci (rozbíhavost). Záření je polarizované. Pro praxi je důležitá jak malá divergence, tak monchromatičnost záření. Lasery mohou pracovat jak v kontinuálním, tak v pulsním režimu. Pro některé aplikace je výhodný režim, při kterém jsou generovány ultrakrátké pulsy o vysokém výkonu. Pro gastroenterologii je důležitý způsob přenosu záření laseru. V klinické praxi jsou použitelné přístroje, u nichž je možná transmise záření světlovodným vláknem, které snadno zavádíme pracovním kanálem endoskopu.

Terapeutické využití laserů

Při interakci záření laseru s tkání se tkáň chová jako složitý optický systém, takže dochází k rozptylu a zpětnému odrazu části záření. Vlastní efekt na tkáň je dán především absorpcí dané vlnové délky ve vodě a hemoglobinu. V závislosti na energii předané tkáni dochází k fotobiologickému, fotochemickému, termickému či ablativnímu efektu. Bez ohledu na mechanismus vyžadují účinky laseru vždy hustoty energie v oblasti od 1 do 1000 J/cm2. Záleží na hustotě výkonu, který mechanismus převáží. Terapeutické zákroky v gastroenterologii jsou převážně založené na tepelných účincích, tedy na denaturaci proteinů (40–60 °C) nebo koagulaci tkání (60–100 °C), karbonizaci (100–300 °C) a vaporizaci (> 300 °C) a také na ablativních a optomechanických účincích. Tepelné účinky vyžadují minimálně okolo 1 W/cm2. Výše zmíněná absorpce dané vlnové délky ve vodě a hemoglobinu určuje, jak hluboko záření pronikne do tkáně. U Nd YAG laseru jde o milimetry, u CO2 laseru o mikrometry.

Fotobiologický a fotostimulační efekt

Není v současnosti v gastroenterologii prakticky využíván. Historicky se jím zabývala řada prací, které byly zaměřeny především na léčbu vředové choroby. Výsledky byly poměrně zajímavé, pro nemocného však tento postup znamenal značný dyskomfort spojený s opakovaným zaváděním endoskopu a relativně dlouhodobou aplikací. S nástupem H2 blokátorů a blokátorů protonové pumpy byl postup opuštěn.

Termické metody

Pro naprostou většinu léčebných endoskopických výkonů na trávicím traktu je optimální použití vlnových délek, které patří do oblasti blízké infračervené části spektra. Výhodou je zde přenos světelného záření světlovodným vláknem a nekontaktní postup. Využívány byly pevnolátkové Nd YAG lasery pracující na vlnové délce 1064 nm, popř. 1320 nm. V současnosti tuto techniku vytlačily diodové lasery, pracující na vlnové délce 980 nm a 1410 nm. Využíván je jak efekt termické ablace, tak koagulační a vaporizační efekt těchto vlnových délek. V závislosti na použitém výkonu dochází ke koagulaci tkáně nebo k jejímu odpaření. Za zónou vaporizace je vždy zóna koagulované tkáně o hloubce několika milimetrů. Hemostáza bývá excelentní.

Jednotlivé indikace

• Maligní stenózy jícnu Principem metodiky je nekontaktní odpaření nádorových hmot obturujících lumen orgánu. Při výkonu je používána standardní flexibilní endoskopická technika (gastroskop).
Obvykle jsou využívány diodové lasery s výkonem 50 W nebo Nd YAG laser s výkonem kolem 70 W v kontinuálním režimu. Světlovodné vlákno je zaváděno pracovním kanálem. Výhodné je použití operačního gastroskopu se dvěma pracovními kanály, který nám usnadní odsávání dýmu, jenž vzniká při vaporizaci tkání. Je vhodné se vyvarovat přímého kontaktu s nádorovou tkání. V případě nejasných anatomických poměrů je vhodné zavést nejprve nádorovou stenózou vodicí drát a poté odpařovat nádorové tkáně kolem, popř. zavádět dvoukanálový gastroskop po tomto vodicím drátu. Hemostáza při vlastním výkonu bývá excelentní, riziko perforace nepřekračuje 4 %. Nevýhodou této techniky je nutnost opakovat sezení obvykle po 2 až 3 měsících v závislosti na růstu nádoru. Kompetitivní technikou je ovšem zavedení stentu, takže v současné době se laserová rekanalizace nádorových stenóz jícnu používá na některých pracovištích jako prvý krok tam, kde nelze primárně zavést stent. • Barrettův jícen Nekontaktní koagulace laserem pracujícím v blízké infračervené oblasti je jednou z alternativních metod léčby onemocnění. Nevýhodou je ovšem nemožnost získat materiál pro biopsii.
Technické vybavení je stejné jako při léčbě maligních stenóz jícnu. Oproti ošetření maligních stenóz jícnu není cílem vaporizace nádorových hmot, ale pouze koagulace atopické sliznice menším výkonem.
• Paliativní léčba kolorektálního karcinomu Základem paliace je odpaření nádorových hmot, které obturují střevo. Vzhledem k anatomickým poměrům je tato metodika vhodná především v oblasti rekta, případně rektosigmoideálního přechodu. Ve vyšších etážích střeva riziko perforace převažuje nad benefitem pro pacienta, v těchto případech je vhodnější zavedení stentu. Výhodou zákroků laserem je naopak možnost úspěšného zmenšení nádorových hmot v situacích, kde zavedení stentu není efektivní.
• Zástava krvácení z trávicího traktu Fotokoagulace laserem, pracujícím v blízké infračervené oblasti spektra, úspěšně uzavře cévy o průměru do 3 mm.
Dobré výsledky přináší metoda v zástavě krvácení jako komplikace vředové choroby, postup není vhodný k ošetření krvácení z jícnových varixů.
• Laserová intersticiální hypertermie Technologie je starší než v současnosti častěji užívaná radiofrekvenční ablace jaterních metastáz. Pracuje se opět s vlnovými délkami z blízké infračervené oblasti, pod sonografickou nebo CT kontrolou a relativně malými výkony. Úspěšně lze ošetřit ložisko o velikosti do 3 cm v průměru.
• Léčba choledocholitiázy Ablační efekt laseru je využíván k dezintegraci konkrementů. Technologicky je využíván pevnolátkový Holmium-Ag laser, pracující v infračervené oblasti spektra s vlnovou délkou 2100 nm. Světlovodné vlákno je zaváděno při ERCP transpapilárně ke konkrementu. K vlastní dezintegraci konkrementu slouží ultrakrátké pulsy o vysokém výkonu. Sofistikované přístroje jsou doplněny o expertní systém pracující v modu svůj, cizí. Podstatou je laser pracující s malým výkonem ve viditelné oblasti spektra a analýza fluorescence, která je odlišná u tkáně žlučovodu a u konkrementu. Celý postup je používán v léčbě choledocholitiázy tam, kde nelze použít nebo selhaly ostatní postupy (extrakce konkrementu, litotrypse).
• Fotodynamická terapie Laser je ideálním zdrojem monochromatického světla pro fotodynamickou terapii (PDT) v gastroenterologii. PDT je založena na principu selektivní akumulace fotosenzibilizující látky v nádoru a následném ozáření tumoru světelnou energií vhodné vlnové délky. Vlivem absorpce světla dochází ve fotosenzitizátoru ke vzniku excitovaných stavů, které v zásadě podléhají dvěma typům deaktivačních reakcí. Buď excitovaná forma fotosenzitizátoru reaguje přímo se substrátem za vzniku volných radikálů substrátu, nebo dochází k transferu energie z fotosenzitizátoru na kyslík a ke vzniku vysoce reaktivní volné atomární (singletové) formy kyslíku. Reakce volných radikálů a atomárního kyslíku s lipidy buněčných membrán jsou příčinou destrukce nádoru. Výsledným terapeutickým efektem je nekróza s apoptózou nádorových buněk. PDT se terapeuticky uplatňuje především v léčbě nepokročilých malignit jícnu a Barrettova jícnu. Většina komerčně dostupných fotosenzibilizátorů jsou preparáty na bázi porfyrinu nebo jeho prekuzorů. Teoreticky jde o ideální metodu založenou na selektivní léčbě s minimálním rizikem pro pacienta. Největší nevýhodou PDT je, že u těchto preparátů přechází do excitovaného stavu po ozáření vlnovou délkou 640 nm (červené světlo). Bohužel světlo o této vlnové dílce má malou penetraci do tkání, řádově jde jen o několik milimetrů. V současnosti je PDT intenzivně využívána především v urologii a chirurgii hlavy a krku. V gastroenterologii je předmětem značného počtu klinických studií. Výzkum je zaměřen především na hledání ideálního fotosenzibilizátoru.

Diagnostické postupy

Laser je ideálním zdrojem monochromatického světla pro autofluorescenční diagnostiku. Autofluorescence je schopnost tkání vyzařovat viditelné nebo neviditelné elektromagnetické záření po excitaci (vybuzení) vhodným světelným zdrojem. Při kvalitativní analýze využíváme rozdílu v emitovaném spektru mezi nádorovou a normální tkání, při kvantitativní analýze je využívána změna intenzity fluorescence mezi nádorovou a normální tkání. Dalším perspektivním využitím laserových technologií v diagnostice je laserová konfokální mikroskopie. Fakticky jde o metodu optické biopsie, která nám umožňuje zobrazení jedné vrstvy buněk během diagnostické endoskopie.

Současnost a perspektivy

Nevýhodou laserových technologií, která v době jejich nástupu do klinické praxe v 80. letech bránila jejich rozšíření do široké praxe, byla finanční náročnost a určité technické problémy pro provozovatele. Klasický Nd YAG laser potřeboval vodní chlazení, šlo prakticky o stacionární přístroj. Až diodový laser je snadno přenosný. Lasery jsou převážně vyráběny technologickými firmami s poměrně malým kapitálem, které logicky nemohly výrazně uspět na trhu se zdravotnickou technikou. Lasery v gastroenterologii sice stály u zrodu některých vpravdě pionýrských postupů, posléze však byly často v jednotlivých indikacích nahrazeny jinými metodami. Budoucnost bude zřejmě patřit fotodynamické terapii a diagnostickým metodám, především konfokální mikroskopii.
Literatura u autora

O autorovi| doc. MUDr. Ladislav Horák, DrSc., VŠ Zdravotnická, o. p. s., Praha

Ohodnoťte tento článek!