К ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ В МЕДИЦИНЕ
Впервые слово " плазма " было использовано физиологами в середине прошлого века и оно обозначало бесцветный жидкий компонент крови. Такой смысл оно имело до 1923 года, когда физики назвали плазмой особое состояние ионизованного газа. С тех пор пор стали различать два совершенно не похожих друг на друга смысла слова " плазма ".
Физическая плазма - это смесь заряженных частиц, в которой суммарный отрицательный заряд частиц численно равен суммарному положительному заряду, что является условием квазинейтральности плазмы. В сильноионизованной плазме содержатся в основном электроны и ионы. В слабоионизованной плазме, кроме электронов и ионов, находятся также возбужденные и нейтральные атомы и молекулы. Электроны, ионы, атомы и молекулы в плазме вообще говоря имеют различные температуры. В этом случае говорят о неизотермической плазме. Если же все указанные компоненты имеют одну и туже температуру, то плазма называется изотермической.
В настоящее время в медицинской практике используются плазменные хирургические установки, позволяющие осуществлять хирургическое вмешательство путем воздействия на биологическую ткань потоком плазмы, генерируемой миниатюрными плазмотронами [1, 2]. Диаметр струи около миллиметра, длина ее 3-20 миллиметров. Плазма легко рассекает мягкие ткани, одновременно заваривает стенки сосудов, идеально дезинфицирует операционное поле. Температура плазмы 5000-7000°С. Такие плазменные генераторы позволяют осуществлять только " жесткое " воздействие, разрушающее биологические ткани. Это делает невозможным их применение в терапии, для стимуляции биологических процессов в тканях, плазменной рефлексотерапии и т.д. Прогресс в развитии и использовании в медицине методов, основанных не концентрированном подводе энергии к биологическим тканям плазменных потоков будет во многом определяться решением задачи создания потоков холодной, низкотемпературной плазмы, позволяющей осуществлять неразрушающее воздействие на биологические ткани.
Тепловые эффекты в биотканях соответствуют следующим диапазонам температур [3, 4].
Отсутствие необратимых изменений 37 - 43 °С
Разделение ткани (отёк) 45 - 48 °С
Сваривание ткани, денатурация белков 45 - 60 °С
Коагуляция, некроз, обезвоживание 60 - 100 °С
Испарение тканевой воды 100 °С
Пиролиз, выгорание 100 - 300 °С
Карбодизация твёрдых компонентов ткани > 200 °С
Испарение твёрдых компонентов ткани > 300 °С
В Петрозаводском государственном университете разработан ряд плазменных устройств, способных генерировать низкотемтературную плазму. Одним из таких устройств является микроплазмотрон, позволяющий получать плазму со среднемассовой температурой 40-80°С. Плазмообразующим вещество служит вода. Расход воды составляет 25-50 мл/ч. Питание микроплазмотрона осуществляется от сети 220 В. Потребляемая мощность 20 Вт. При диаметре генерируемого плазменного потока 3-5 мм, длине 5-8 мм плотность мощности потока составляет 0,4-0,8 Вт/см2.
Плазменный поток содержит электроны, ионы, возбужденные атомы и молекулы водорода, кислорода и воды. Плазма является интенсивным источником электромагнитного излучения в ультрафиолетовом, видимом, инфракрасном, субмиллиметровом и миллиметровом диапазонах, что даёт возможность эффективно использовать её вместо традиционно применяемых в медицине источников электромагнитного излучения. Особый интерес представляет активный молекулярный синглетный кислород, присутствующий в плазме в значительной концентрации. Параметры плазмы позволяют осуществлять "мягкое" , неприводящее к разрушению, воздействие на биологические ткани.
Корпускулярный поток излучения плазмы может поглащяться, отражаться, рассеиваться и переизлучаться биологической средой. Большое разнообразие процессов взаимодействия плазмы с молекулами (диссоциациия, электронное, колебательное и вращательное возбуждение) может оказывать, как селективное, так и тепловое воздействие на биомолекулы.
Перспективы использования низкотемпературной плазмы связаны с решением следующих задач:
- исследование влиния излучения плазмы и корпускулярного потока на различные клетки и их отдельные компоненты,
- изучение биохимических реакций в клетках и тканях под воздействием плазмы,
- выяснение возможностей использования плазмы для лечения различных патологических процессов,
- изучение влияния плазмы ( электромагнитного излучения и корпускулярного потока) на интактные органы, ткани, системы организма животных и человека с целью выяснения возможных нежелательных последствий этих мероприятий
- раскрытие механизмов действия плазмы, ее физических свойств.
- Оптимизация режимов плазменного воздействия и выявление области параметров плазмы, в которых наблюдается высокий медикобиологический эффект.
- Исследования процессов в генераторах низкотемпературной плазмы, их основных характеристик и отработка методов управления плазменным потоком.
- Создание простых, удобных в эксплуатации, стабильно и длительно работающих генераторов плазменных потоков.
В работах [5 - 8] сообщаются первые экспериментальные результаты, показывающие, что возможными областями использования низкотемпературной плазмы могут быть:
- стерилизация медицинского инструмента и перевязочных средств
- бактерицидная обработка жидкостей
- обработка ран, профилактика и лечение раневой инфекции
- стимуляция биологических процессов
- плазменная рефлексотерапия
Литература
Брехов Е.И., Козлов И.П., Пекшев А.В. и др. Электродуговые генераторы плазмы для медицины: исследования, разработки, применения. - Генераторы потоков электродуговой плазмы. сб. научн. статей. Новосибирск. 1987. с. 140-159.
Брехов Е.И., Ребизов В.Ю., Тартынский С.И. и др. Применение плазменных потоков в хирургии. (практическое пособие), М. 1992.
Тучин В.В. Взаимодействие лазерного излучения с биологическими тканями, Лазерная физика. Выпуск 3, - СПб.: Российский центр лазерной физики, 1992, с. 87 - 108.
Тучин В.В., Шубочкин Л.П. Применение лазеров в офтальмологии. Часть 1. Взаимодействие оптического излучения с тканями глаза. "Обзоры по электронной технике, Сер. 11, Лазерная техника и оптоэлектроника", М., ЦНИИ "Электроника", 1984 г., в. 2 (1037).
Мисюн Ф.А., Беседин Э.В., Комкова О.П., Гостев В.А. Экспериментальное изучение бактерицидных свойств холодной плазмы и её воздействия на роговую оболочку.
Мисюн Ф.А., Беседин Э.В., Образцова А.М., Гостев В.А. Лечение бактериального язвенного кератита холодной плазмой в эксперименте.
Мисюн Ф.А., Гостев В.А. Применение холодной плазмы при лечении флегмоны века.
Тищенко М.С., Суровцева Т.А, Гостев В.А. Использование низкотемпературной плазмы как средство воздействия на возбудителей вирусных инфекций.
http://medicine.onego.ru/prakt/opht/o01_a.html