С давних времен свет используется человеком в качестве целебного и оздоравливающего фактора. Использование солнечного излучения, а также первых искусственных ультрафиолетовых излучателей для лечения некоторых болезней показало возможность целенаправленного применения света в практической медицине.

Эра принципиально новой светотерапии связана с изобретением (Н.Г. Басов, А.М. Прохоров (СССР), Ч. Таунс (США), 1955 г.) и созданием (Т. Мейман, 1960 г.) лазера — нового, не имеющего аналогов в природе, вида излучения. Слово LASER представляет собой аббревиатуру с английского light amplification by stimulated emission of radiatiоn, что переводится как «усиление света в результате вынужденного излучения». Уникальность его физической природы и связанных с ней биологических эффектов обусловлена строгой монохроматичностью и когерентностью электромагнитных волн в световом потоке.

Началом медицинского применения лазеров принято считать 1961 г., когда A. Javan создал гелий-неоновый излучатель. Низкоинтенсивные излучатели данного типа нашли свое применение в физиотерапии. В 1964 г. был сконструирован лазер на основе диоксида углерода, что стало отправным моментом в хирургическом использовании лазеров. В этом же году Голдман и др. высказали предположение о возможности применения рубинового излучателя для иссечения кариозных тканей зуба, что вызвало большой интерес у исследователей. В 1967 г. Гордон попытался провести эту манипуляцию в клинике, но несмотря на хорошие результаты, полученные in vitro, не сумел избежать повреждения пульпы зуба. Та же проблема возникла при попытке использовать для этих целей СО₂-лазер. Позднее для препарирования твердых тканей зуба был предложен принцип импульсного воздействия и разработаны специальные структуры временного распределения импульсов, созданы излучатели на основе других кристаллов.

В последние годы наблюдается устойчивая тенденция к росту использования лазеров и разработок новых лазерных технологий во всех областях медицины. Внедрение лазеров в здравоохранение имеет большой социально-экономический эффект. Важно подчеркнуть: лазер как инструмент лечебного воздействия сегодня привлекателен не только для врача, но и для пациента. Медицинское применение лазеров основывается на следующих механизмах взаимодействия света с биологическими тканями: 1) невозмущающем воздействии, которое используется для создания различных диагностических приборов; 2) фотодеструктивном действии света, которое преимущественно используется в лазерной хирургии; 3) фотохимическом действии света, лежащем в основе применения лазерного излучения как терапевтического средства.

Сегодня лазеры с успехом применяются практически во всех областях стоматологии: это профилактика и лечение кариеса, эндодонтия, эстетическая стоматология, периодонтология, лечение заболеваний кожи и слизистых оболочек, челюстно-лицевая и пластическая хирургия, косметология, имплантология, ортодонтия, ортопедическая стоматология, технологии изготовления и ремонта протезов и аппаратов.

Принцип работы лазера

Принципиальную схему работы любого лазерного излучателя можно представить следующим образом (рис. 1).   

Рис. 1. Схема работы лазерного излучателя

В структуру каждого из них входит цилиндрический стержень с рабочим веществом, на торцах которого расположены зеркала, одно из которых обладает небольшой проницаемостью. В непосредственной близости от цилиндра с рабочим веществом расположена лампа-вспышка, которая может быть параллельна стержню или змеевидно окружать его. Известно, что в нагретых телах, например в лампе накаливания, происходит спонтанное излучение, при котором каждый атом вещества излучает по-своему, и, таким образом, имеются хаотически направленные друг относительно друга потоки световых волн. В лазерном излучателе используется так называемое вынужденное излучение, которое отличается от спонтанного и возникает при атаке возбужденного атома квантом света. Испускаемый при этом фотон по всем электромагнитным характеристикам абсолютно идентичен первичному, атаковавшему возбужденный атом. В результате появляются уже два фотона, обладающие одинаковой длиной волны, частотой, амплитудой, направлением распространения и поляризации. Легко представить, что в активной среде происходит процесс лавинообразного нарастания числа фотонов, по всем параметрам копирующих первичный "затравочный" фотон, и формирующих однонаправленный световой поток. В качестве такой активной среды в лазерном излучателе выступает рабочее вещество, а возбуждение его атомов (накачка лазера) происходит за счет энергии лампы-вспышки. Потоки фотонов, направление распространения которых перпендикулярно плоскости зеркал, отражаясь от их поверхности, многократно проходят сквозь рабочее вещество туда и обратно, вызывая все новые и новые цепные лавинообразные реакции. Поскольку одно из зеркал обладает частичной проницаемостью, часть образующихся фотонов выходит в форме видимого лазерного луча.

Таким образом, отличительной особенностью лазерного излучения является монохроматичность, когерентность и высокая поляризация электромагнитных волн в световом потоке. Монохроматичность характеризуется наличием в спектре источника фотонов преимущественно одной длины волны, когерентность есть синхронизация во времени и пространстве монохроматичных световых волн. Высокая поляризация - закономерное изменение направления и величины вектора излучения в плоскости, перпендикулярной световому лучу. То есть фотоны в лазерном световом потоке обладают не только постоянством длин волн, частот и амплитуды, но и одинаковым направлением распространения и поляризации. В то время как обычный свет состоит из хаотично разлетающихся разнородных частиц. Для сравнения можно сказать, что между светом, испускаемым лазером, и обычной лампой накаливания такая же разница, как между звуком камертона и шумом улицы.

Для характеристики лазерного излучения применяются следующие параметры:

·        длина волны (γ), измеряется в нм, мкм;

·        мощность излучения (P), из меряется в Вт и мВт;

·        плотность мощности светового потока (W), определяется по формуле: W = мощность излучения (мВт) / площадь светового пятна (см²);

·        энергия излучения (E), рассчитывается по формуле: мощность (Вт) х время (с); измеряется в джоулях (Дж);

·        плотность энергии, рассчитывается по формуле: энергия излучения (Дж) / площадь светового пятна (см²); измеряется в Дж/см².

Существует большое количество классификаций лазерных излучателей. Представим наиболее значимые в практическом отношении.

Классификация лазеров по техническим характеристикам

I. По типу рабочего вещества

1.      Газовые. Например, аргоновый, криптоновый, гелий-неоновый, CO₂-лазер; группа эксимерных лазеров.

2.      Лазеры на красителях (жидкостные). Рабочее вещество представлено органическим растворителем (метанол, этанол или этилен-гликоль), в котором растворены химические красители, такие как кумарин, родамин и др. Конфигурация молекул красителя определяет рабочую длину волны.

3.      Лазеры на парах металлов: гелий-кадмиевый, гелий-ртутный, гелий-селеновый лазеры, лазеры на парах меди и золота.

4.      Твердотельные. В данном типе излучателей в качестве рабочего вещества выступают кристаллы и стекло. Типичные используемые кристаллы: иттрий-алюминиевый гранат (YAG), иттрий-литиевый фторид (YLF), сапфир (оксид алюминия) и силикатное стекло. Сплошной материал, как правило, активируется добавкой небольшого количества ионов хрома, неодима, эрбия или титана. Примеры наиболее распространенных вариантов — Nd:YAG, титан-сапфир, хром-сапфир (известный также как рубин), легированный хромом стронций-литий-алюминиевый фторид (Cr:LiSAl), Er:YLF и Nd: glass (неодимовое стекло).

5.      Лазеры на основе полупроводниковых диодов. В настоящее время по совокупности качеств являются одними из наиболее перспективных для использования в медицинской практике.

II. По способу накачки лазера, т.е. по пути перевода атомов рабочего вещества в возбужденное состояние

·       Оптические. В качестве активирующего фактора используется электромагнитное излучение, отличное по квантовомеханическим параметрам от того, которое генерирует аппарат (другой лазер, лампа накаливания и др.)

·       Электрические. Возбуждение атомов рабочего вещества осуществляется за счет энергии электрического разряда. 

·       Химические. Для накачки этого вида лазеров используется энергия химических реакций.

III. По мощности генерируемого излучения

·       Низкоинтенсивные. Генерируют мощность светового потока порядка милливатт. Применяются для проведения физиотерапии.

·       Высокоинтенсивные. Генерируют излучение с мощностью порядка ватт. В стоматологии применяются достаточно широко и могут быть использованы для препарирования эмали и дентина, отбеливания зубов, хирургического воздействия на мягкие ткани, кость, для литотрипсии.

·       Терапевтические. Представлены, как правило, низкоинтенсивными излучателями, используемыми для физиотерапевтического, рефлексотерапевтического воздействия, лазерной фотостимуляции, фотодинамической терапии. К этой группе можно отнести диагностические лазеры.

·       Хирургические. Высокоинтенсивные излучатели, действие которых основано на способности лазерного света рассекать, коагулировать и аблировать (выпаривать) биологическую ткань.

·       Вспомогательные (технологические). В стоматологии применяются на этапах изготовления и ремонта ортопедических конструкций и ортодонтических аппаратов.

Классификация высокоинтенсивных лазеров, используемых в стоматологии

Тип I: Аргоновый лазер, используемый для препарирования и отбеливания зубов.

Тип II: Аргоновый лазер, применяемый при операциях на мягких тканях.

Тип III: Nd: YAG, CO2, диодные лазеры, применяемые при операциях на мягких тканях.

Тип IV: Er: YAG-лазер, предназначенный для препарирования твердых тканей зуба.

Тип V: Er, Cr: YSGG-лазеры, предназначенные для препарирования и отбеливания зубов, эндодонтических вмешательств, а также для хирургического воздействия на мягкие ткани. По химической структуре рабочее вещество представляет собой иттрий-скандий-галлиевый гранат, модифицированный атомами эрбия и хрома. Рабочая длина волны данного типа излучателей 2780 нм (рис. 2). Среди хирургических аппаратов в силу своей универсальности и высокой технологичности различные модификации YSGG-лазера наиболее популярны хотя и дорогостоящи.

·        модулированное.

Графически зависимость мощности от времени для каждого из видов излучения, указанных выше, представлена на рис. 3.

Отдельная разновидность импульсного излучения — Q-switch излучение. Особенность его заключается в том, что каждый импульс длится наносекунды, в то время как биологическая ткань воспринимает импульсы продолжительностью более миллисекунды. В результате термическое действие света ограничивается только местом облучения и не распространяется на окружающую ткань.

В спектральный диапазон лазеров, применяемых в медицине, входят практически все существующие области: от ближней ультрафиолетовой (γ=308 нм, эксимерный лазер) до дальней инфракрасной (γ = 10600 нм, сканер на основе СО₂- лазера).  

Применение лазеров в стоматологии

Механизм реализации терапевтического эффекта низкоинтенсивного лазерного излучения на разных уровнях организации биологических систем можно представить следующим образом:

На атомно-молекулярном уровне: поглощение света тканевым фотоакцептором → внешний фотоэффект → внутренний фотоэффект и его проявления:

·        возникновение фотопроводимости;

·        возникновение фотоэлектродвижущей силы;

·        фотодиэлектрический эффект;

·        электролитическая диссоциация ионов (разрыв слабых связей);

·        возникновение электронного возбуждения;

·        миграция энергии электронного возбуждения;

·        первичный фотофизический эффект;

·        появление первичных фотопродуктов.

На клеточном уровне:

·        изменение энергетической активности клеточных мембран;

·        активация ядерного аппарата клеток, системы ДНК-РНК-белок;

·        активация окислительно-восстановительных, биосинтетических процессов и основных ферментативных систем;

·        увеличение образования макроэргов (АТФ);

·        увеличение митотической активности клеток, активация процессов размножения.

На клеточном уровне реализована уникальная способность лазерного света восстанавливать генетический и мембранный аппарат клетки, снижать интенсивность перекисного окисления липидов, обеспечивая антиоксидантное и протекторное действие.

На органном уровне:

·        понижение рецепторной чувствительности;

·        уменьшение длительности фаз воспаления;

·        уменьшение интенсивноcти отека и напряжения тканей;

·        увеличение поглощения тканями кислорода;

·        повышение скорости кровотока;

·        увеличение количества новых сосудистых коллатералей;

·        активация транспорта веществ через сосудистую стенку.

На уровне целостного организма (клинические эффекты):

·       противовоспалительный, противоотечный, фибринолитический, тромболитический, миорелаксирующий, нейротропный, анальгезирующий, регенераторный, десенсибилизирующий, иммунокорригирующий, улучшение регионального кровообращения, гипохолестеринемический, бактерицидный и бактерио- статический.

Изучению терапевтической эффективности низкоинтенсивного лазерного излучения уделено значительное место в работе [4]. Доказана возможность применения гелий-неонового (γ = 632,8 нм, плотность мощности 120-130 мВт/см²) и гелий-кадмиевого (γ = 441,6, плотность мощности 80-90 мВт/см²) лазеров для оптимизации условий остеогененза в ретенционном периоде комплексного лечения аномалий и деформаций зубочелюстной системы в сформированном прикусе.

Комплексное лечение включает в себя следующие этапы: 1) создание условий для более быстрой перестройки костной ткани и предупреждение рецидивов (компактоостеотомия), 2) аппаратурное ортодонтическое лечение, 3) оптимизация условий оппозиции костной ткани в ретенционном периоде, 4) протетические мероприятия по показаниям.

С целью оптимизации условий оппозиции костной ткани участки челюстей, на которых была выполнена компактоостеотомия, подвергали воздействию лазерного излучения с указанными выше параметрами. Эффективность лечения оценивали по подвижности зубов и напряжению кислорода в тканях (с помощью полярографии). Через 1 месяц от начала ретенционного периода подвижность зубов в группе пациентов, для лечения которых применялось лазерное излучение, была малозаметна (0,78 ± 0,12 мм), в то время как у больных контрольной группы она оставалась выраженной (1,47 ± 0,092 мм; р < 0,05). Применение лазерного излучения повышало напряжение кислорода в тканях (соответственно 39,1 ± 3,1 и 22,3 ±2,8 мм рт. ст.; p < 0,001). Полученные результаты позволяют утверждать, что лечение зубочелюстных аномалий и деформаций в сформированном прикусе должно быть комплексным, включающим все указанные выше этапы. Применение лазеротерапии способствует ускорению окислительно-восстановительных процессов в тканях альвеолярного отростка и позволяет сократить сроки лечения в 2,5—3 раза [4].

В последние годы большой интерес в научном и практическом плане вызывают полупроводниковые лазерные излучатели (лазерные диоды, LD), они обладают рядом преимуществ перед газовыми. К достоинствам лазерных диодов следует отнести: 1) возможность выбора длины волны в широком диапазоне, 2) компактность и миниатюрность, 3) отсутствие высокого напряжения в источниках питания, 4) легко реализуемая возможность создания аппаратуры, не требующей заземления, 5) малая потребляемая мощность (что делает возможным их работу от встроенного автономного источника питания — малогабаритных аккумуляторов); 6) отсутствие хрупких стеклянных элементов (непременного атрибута газовых лазеров); 7) легко реализуемая возможность изменения воздействующих параметров (мощности излучения, частоты следования импульсов); 8) надежность и долговечность (которые значительно превосходят таковые для газовых лазеров и непрерывно растут по мере освоения новых технологий); 9) сравнительно низкая цена и коммерческая доступность [7, 8, 10, 11].

При разработке лазерных терапевтических аппаратов акцент делается на источниках, генерирующих излучение, соответствующее так называемому "окну прозрачности" биологических тканей: γ = 780—880 нм. При данных значениях длины волны обеспечивается наиболее глубокое проникновение излучения в ткань. Кроме того, одна из основных тенденций при создании современных излучателей сочетание оптического воздействия с другими физическими факторами (постоянным и переменным магнитным полем, ультразвуком, электромагнитными полями в диапазоне миллиметровых длин волн и др.), а также обеспечение возможности работы в непрерывном, импульсном и модулированном режимах [7].

Сегодня среди лазерных терапевтических аппаратов одними из самых востребованных в Европе являются излучатели с мощностью P = 500 мВт (808—810 нм). Еще 4—5 лет назад терапевтическая аппаратура с такими параметрами излучения практически не производилась, и одним из первых в данном классе аппаратов стал полупроводниковый магнитолазерный аппарат "Снаг" (рис. 4), разработанный сотрудниками Института физики Национальной академии наук Беларуси, и использованный в наших исследованиях.

В современных фототерапевтических установках наряду с лазерами широко используется новый тип некогерентных источников света — сверхъяркие светоизлучающие диоды (LED — Light Emitting Diode). В отличие от лазеров излучение LED не монохроматичное. В зависимости от типа светодиода (спектрального диапазона его свечения) типичная полуширина спектра излучения составляет 20—25 нм. Несмотря на многочисленные дискуссии о биологическом и терапевтическом действии излучения LED, в современной фототерапевтической аппаратуре западного производства широко используются указанные некогерентные источники. Причем как в матричных типах излучателей (совместно с лазерными источниками - LD), так и как самостоятельный физический фактор [7, 10].

Актуальный вопрос стоматологии — лечение аномалий и деформаций челюстей у пациентов с расщелиной губы и неба. Определение клинической эффективности низкоинтенсивного излучения лазера с длиной волны 810 нм в комплексном ортопедо-хирургическом лечении аномалий и деформаций после сквозных расщелин губы и неба стало предметом одного из исследований, проводимых на кафедре. В качестве источника излучения использовался полупроводниковый магнитолазерный аппарат "Снаг". Низкоинтенсивное лазерное излучение использовалось с целью стимуляции восстановительных процессов в костной ткани. Облучению подвергали участки челюстей, на которых было выполнено оперативное вмешательство (компактоостеотомия). Диаметр светового пятна на слизистой составлял 5 мм, мощность излучения — 500 мВт. Эффективность лазеротерапии оценивали по подвижности зубов и по изменению оптической плотности прицельных рентгенограмм. На заключительном этапе исследования были получены следующие результаты: после ортопедо-хирургического лечения с применением низкоинтенсивного инфракрасного лазерного излучения подвижность зубов у пациентов уже через 1 месяц от начала ретенционного периода была малозаметна, в то время как у больных контрольной группы она оставалась выраженной. Оптическая плотность костной ткани была практически одинаковая (72,55 ± 0,24 в контрольной группе; 72,54 ± 0,27 в опытной (p>0,05), а уже через месяц от начала ретенционного периода в группе пациентов, которым был проведен курс лазеротерапии, оптическая плотность костной ткани была достоверно больше: 80,26 в контрольной группе; 101,69 — в опытной (p<0,05) [1, 8]. Это подтверждает значение лазеротерапии как важной составляющей в комплексном лечении пациентов с аномалиями и деформациями челюстей. 

Особая разновидность действия лазера на патологический очаг — фотодинамическая терапия. Ее эффективность основана на способности специфических химических веществ (фотосенсибилизаторов) избирательно накапливаться в бактериальных клетках и под воздействием света определенной длины волны инициировать протекание фотохимических свободнорадикальных реакций. Образующиеся свободные радикалы вызывают повреждение и гибель этой клетки. В качестве фотосенсибилизаторов чаще всего выступают химические производные хлорофилла (хлорины) или гематопорфирина. Перспективно применение фотодинамической терапии для лечения заболеваний периодонта.

Высокоинтенсивное лазерное излучение

Обладая способностью рассекать, коагулировать и аблировать (выпаривать) биологическую ткань, высокоинтенсивный лазер начинает постепенно вытеснять скальпель и бормашину. Несомненными преимуществами применения лазера в хирургии являются возможность работы в "сухом поле", обусловленная уменьшением кровопотери во время операции, низкая вероятность образования келоидных рубцов, отсутствие необходимости в наложении швов, снижение потребности в анестезии, абсолютная стерильность рабочего поля (рис. 5 — 8). 

Нами совместно с сотрудниками Института физики НАНБ была разработана лазерная хирургическая установка "Копье" (рис. 9) для использования в клинике челюстно-лицевой и пластической хирургии.

Рис. 9. Лазерная хирургическая установка «Копьё»

Медицинские испытания проводились в 432-м Главном военном клиническом госпитале в присутствии разработчиков аппарата с целью обеспечения безопасности и внесения соответствующих изменений в конструкцию аппарата. Было выполнено 263 операции 76 пациентам в возрасте 12—50 лет со следующей патологией: капиллярные гемангиомы лица и шеи — 45; папилломы лица и шеи — 83; фиброма — 1; фиброзный эпулис альвеолярного отростка челюсти — 1; ретенционная киста малой слюнной железы — 1; бородавчатый невус — 1; пигментация кожи — 164; гиперкератозы — 7. Оперативные вмешательства включали иссечение и коагуляцию лучом Nd:YAG-лазера с длиной волны 1064 нм, "голым" световодом в контактном и неконтактном режимах.

Наилучшие результаты заживления ран (без келоидного рубца) отмечены при мощности около 30 Вт.

При указанном режиме работы наблюдалось отсутствие послеоперационного болевого синдрома и перифокальной гиперемии раны. Неблагоприятных эффектов, связанных с лазерным воздействием на пациентов и медицинский персонал, не отмечено. По окончании клинических испытаний было сделано заключение о том, что аппарат "Копье" отвечает своему назначению и рекомендуется для использования в медицинской практике в ЛПУ Республики Беларусь [6].

Механизм лазерного препарирования зубной и костной ткани

На примере использования импульсно-периодического Nd:YAG лазера нами изучен механизм лазерного препарирования зубной и костной ткани. В экспериментальных исследованиях использовались образцы трупной ткани нижних челюстей человека (сухая кость) и собаки (кость сохранялась в формалине). Препарирование кости осуществлялось на воздухе и в воде посредством прямого контакта выходного конца гибкого волоконного световода с костью. Диаметр светопроводящей жилы составлял 0,6 мм, формируемые отверстия располагались в шахматном порядке. В ходе препарирования мы наблюдали следующий процесс: после нескольких лазерных импульсов, которые не приводили к появлению видимых результатов, на поверхности зуба или кости появлялась яркая вспышка, которая с каждым следующим импульсом становилась все ярче. Затем яркая вспышка начинала сопровождаться генерацией громкого звукового импульса. Наконец, яркая вспышка и звук начинали сопровождаться интенсивным выделением газовых пузырьков (в случае обработки в воде). В результате из зоны лазерного воздействия выбрасывались небольшие частицы ткани. Под действием лазерного луча некоторая доля частиц сгорала, причем частиц было существенно больше в случае обработки на воздухе.

После лазерного воздействия как на воздухе, так и в воде на микроскопическом срезе ткани определялись следующие элементы: (а) на поверхности канала имелся тонкий почерневший слой обугленной ткани; (б) слой базофильного вещества кости толщиной до 1—1,5 мм, постепенно переходящий в нормальную костную ткань; (в) бесструктурные черно-коричневые частицы частично сгоревшей ткани; (г) костные фрагменты на стенке и в просвете канала; (д) участки разорванных костных волокон; (е) остатки сгоревших мягких тканей. Элементы (д) и (е) наблюдались в области базофильной зоны (б) или на границе ее с неразрушенной костной тканью. Следует отметить важную особенность, которая не наблюдается при формировании отверстий обычным бором: на гистологическом препарате между стенкой канала и частицами сгоревшей ткани в межуточном веществе ткани видны тонкие коллагеновые волокна, при этом базофильная зона плавно переходит в нормальную костную ткань. При обработке в воде доля сохранившихся коллагеновых волокон значительно увеличивается (рис. 10).

Это означает, что при лазерном препарировании существует основа для регенеративных процессов в живой ткани. Таким образом, можно ожидать существенного уменьшения травматизма по сравнению с использованием механического бора. Экспериментальные данные позволяют предположить следующий механизм лазерного сверления зубной и костной ткани под действием инфракрасного излучения Nd:YAG-лазера. Известно, что кости и зубы представляют собой весьма сложные биологические структуры, состоящие из органических и неорганических соединений с большим содержание воды. Во многих случаях начальный коэффициент поглощения ткани при γ=1064 нм может быть достаточно малым. По этой причине несколько первых лазерных импульсов не приводят к появлению видимых изменений в кости. Когда локальное выделение тепла приводит к повышению температуры за время действия лазерного импульса до 100°С и выше, происходит микровскипание воды, входящей в состав кости (в объеме и на поверхности кости). Наконец, возрастание температуры костных структурных элементов за время лазерного импульса становится достаточным для появления ярко излучающей плазмы в зоне лазерного воздействия. Давление светящегося газа в полости, ограниченной костной тканью, превышает предел прочности структурных элементов кости — и полость разрушается с интенсивным выходом газа и генерацией звука. После разрушения полости плазменный пузырек продолжает поглощать энергию лазерного импульса и расширяться, преодолевая сопротивление костной ткани и воды (если воздействие осуществляется в водной среде), его ограничивающей. При обработке в воде после окончания лазерного импульса в результате охлаждения плазмы исчезает яркое свечение, давление в паро-газовом пузырьке резко падает, наступает его кавитационное схлопывание, которое сопровождается генерацией интенсивных гидродинамических и акустических колебаний, что также ведет к фрагментации костной ткани [4, 5 ].

Таким образом, механизм лазерного препарирования костной и зубной ткани слагается из трех последовательных процессов:

1)      увеличение коэффициента поглощения ткани в результате лазерного воздействия;

2)      механические напряжения, возникающие в объеме зубной и костной ткани при микровскипании воды, входящей в состав живых тканей;

3)      воздействие гидродинамических ударных волн, генерируемых при возникновении и схлопывании пузырьков.

Сегодня оптимальным для препарирования твердых тканей зуба является лазер на основе Er:YAG с длиной волны 2940 нм. Его излучение обладает максимально высоким процентом поглощения в воде и гидроксиапатите. С появлением специально разработанной системы временного распределения световых импульсов — VSP (Variable Square Pulsations т.е. прямоугольные импульсы изменяемой продолжительности) удалось сократить длительность импульса с 250 до 80 мкс, а также создать аппарат нового типа (Fidelis, компания Fotona), позволяющий эту длительность изменять. Регулируя три главных параметра (длительность, энергию и частоту повторения импульсов), любую зубную ткань можно удалить с большой эффективностью. Причем скорость удаления той или иной ткани напрямую зависит от содержания в ней воды. Поскольку в кариозном дентине содержание воды максимально, то и скорость его аблации самая высокая. Звук, возникающий во время лазерного препарирования дентина, наряду с визуальным контролем, также может являться критерием при определении границ здоровой ткани.

·                селективное воздействие на кариозноизмененный дентин; высокая скорость обработки тканей;

·                отсутствие побочных тепловых эффектов;

·                стерильность полости после обработки;

·                улучшение адгезии пломбировочных материалов ввиду отсутствия смазанного слоя;

·                профилактический эффект фотомодификации эмали;

·                психологический комфорт пациента и возможность лечения без анестезии.

В Республике Беларусь создана лазерная стоматологическая установка "Оптима", которая включает в себя, неодимовый и эрбиевый излучатели. Неодимовый лазер (γ=1064, 1320 нм) имеет среднюю мощность до 30 Вт, длительность импульса 0—300 мкс, диапазон излучения энергии в импульсе от 50 до 700 мДж; и рассчитан на проведение хирургических вмешательств на мягких тканях челюстно-лицевой области. Эрбиевый лазер (γ=2780, 2940 нм) предназначен для препарирования твердых тканей зуба.

В 2004—2005 гг. на базе кафедры ортопедической стоматологии БГМУ были проведены клинические испытания лазерной установки "Оптима". В ходе испытаний проводились следующие хирургические вмешательства: гингивэктомия при гиперплазии межзубных сосочков, формирование и деэпителизация слизисто-надкостничного лоскута, санация костных карманов, вапоризация поддесневых зубных отложений, сглаживание кратеров костных карманов. Санированные костные карманы заполняли смесью из кровяного сгустка пациента и остеокондуктора (КАФАМ). Отдаленные наблюдения (3—6 месяцев после операции) показали отсутствие или минимальную рецессию десневого края, ремиссию заболевания, рентгенологически — восстановление костной ткани в области оперированных костных карманов.

В настоящее время закончены клинические испытания лазерной стоматологической установки "Оптима" на тканях зуба in vitro с использованием излучения эрбиевого лазера. Планируется отработать в клинике методики и режимы использования излучения эрбиевого лазера для удаления кариозных тканей, а также для других лечебных мероприятий в терапевтической и ортопедической стоматологии.

Опыт медицинских испытаний новой лазерной установки показал, что она по своим техническим характеристикам и медицинскому применению вполне конкурентоспособна (т.е. не уступает таким зарубежным аналогам как Opus Duo, Opus Duo E, Keylazer), а по эксплуатационным качествам, сервисному обслуживанию и стоимости экономически более выгодна [2, 3].

В клинике терапевтической стоматологии лазерное излучение может быть использовано также для отбеливания зубов. Сегодня для этих целей применяются диодные лазерные излучатели с длиной волны 810 нм. Современные отбеливающие системы включают использование специального фотохимического геля, который позволяет минимизировать энергию, необходимую для полноценной процедуры. В результате значительно сокращается время проведения процедуры, устраняется нагрев зубов и снижается послеоперационная чувствительность. Эффект лазерного отбеливания стоек (возможны лишь незначительные, невидимые глазом изменения) и сохраняется на протяжении всей жизни.

Помимо физиотерапевтического и хирургического действия лазера, в ортопедической стоматологии и ортодонтии приобретает большое значение вспомогательное, или технологическое, использование лазерного излучения. В частности, одним из важнейших вопросов является соединение металлических элементов ортопедических конструкций и ортодонтических аппаратов.

Актуальность этой проблемы определяется не столько задачами технологическими (несовершенством существующих способов соединения металлических частей зубных протезов и ортодонтических аппаратов), сколько причинами чисто биологическими, связанными с неблагоприятными воздействиями припоя ПСР-37 на полость рта и организм в целом. Припой ПСР-37 коррозирует с выделением его ингредиентов (медь, цинк, кадмий, висмут и др.). Из-за разнородности металлов в ротовой полости возникают микротоки, обусловливающие патологический симптомокомплекс, так называемый гальванизм, наблюдаются аллергические явления.

Преимущества лазерной сварки металлических деталей зубных протезов и ортодонтических аппаратов

1. Благодаря малой расходимости излучение лазера можно точно фокусировать на малых участках, получая высокие уровни плотности мощности (более 100 МВт/см²), что позволяет проводить обработку тугоплавких трудносвариваемых материалов.

2. Бесконтактность воздействия и возможность передачи энергии излучения по световодам дает возможность проводить сварку в труднодоступных местах.

3. Сварные швы, получаемые с помощью лазера, имеют малую зону термического влияния в окружающем материале, что приводит к снижению термических деформаций.

4. Отсутствие припоев и флюсов.

5. Локальность воздействия позволяет обрабатывать участки изделий в непосредственной близости от термочувствительных элементов.

6. Малая длительность лазерного сварочного импульса позволяет избавиться от нежелательных структурных изменений.

7. Высокие скорости сварки.

8. Автоматизация процесса сварки.

9. Возможность оперативно маневрировать длительностью, формой и энергией лазерного импульса позволяет гибко управлять технологическим процессом сварки.

В Институте физики НАНБ разработана и создана установка для лазерной сварки металлических деталей зубных протезов и ортодонтических аппаратов.

Лазерные технологии занимают прочные позиции в арсенале средств современной стоматологии. В условиях возрастающей аллергизации населения и развития устойчивости к действию лекарственных препаратов лазеротерапия становится реальной альтернативой медикаментозному воздействию. Атравматичность и биокорректность лазерной хирургии говорят сами за себя. Замена скальпеля лучом света при многих операциях позволила свести до минимума риск побочных эффектов, а некоторые манипуляции выполнить впервые.

И в целом развитие лазерных технологий, замена традиционного химического и механического воздействия световым — важнейшие тенденции медицины будущего.

Литература 

1. Доста А.Н. Экспериментально-клиническое обоснование оптимизации остеогенеза в ретенционном периоде ортодонтического лечения с применением современных лазерных технологий: Автореф. дис. … канд. мед. наук. Мн., 2003. 15 с.

2. Людчик Т.Б., Ляндрес И.Г. ,Шиманович М.Л. // Организация, профилактика и новые технологии в стоматологии: М-лы V съезда стоматологов Беларуси. Брест, 2004. С. 257—258.

3. Ляндрес И.Г., Людчик Т.Б., Наумович С.А. и др. // Лазерно-оптические технологии в биологии и медицине: М-лы междунар. конф. Мн., 2004. С. 195—200.

4. Наумович С.А. Пути оптимизации комплексного ортопедо-хирургического лечения аномалий и деформаций прикуса у взрослых: Автореф. дис. … д-ра мед. наук. Мн., 2001. 15 с.

5. Наумович С.А., Берлов Г.А., Батище С.А. // Лазеры в биомедицине: М-лы междунар. конф. Мн., 2003. С. 242—246.

6. Наумович С.А., Ляндрес И.Г., Батище С.А., Людчик Т.Б. // Лазеры в биомедицине: М-лы междунар. конф. Мн., 2003. С.199—203.

7. Плавский В.Ю., Мостовников В.А., Мостовникова Г.Р. и др. // Лазерно-оптические технологии в биологии и медицине. М-лы междунар. конф. Мн., 2004. С. 62—72.

8. Улащик В.С., Мостовников В.А., Мостовникова Г.Р. и др. Междунар. конф. «Лазеры в медицине»: Сб. статей и тезисов. Вильнюс, 1995.

9. Baxter G.D. Therapeutic Lasers: Theory and Practice Edinburgh; New York, 1994.

10. Grippa R., Calcagnile F., Passalacqua А. // J.Oral Lazer Applications. 2005. V. 5, N 1. P.45 — 49

11. Lasers in Medicine and Dentistry. Basic science and up-to-date Clinical Application of   Low Energy-Level Laser Therapy, ed. Simunovic, Grandesberg, 2000.

12. Simon A. Low Level Laser Therapy for Wound Healing: an Update. Edmonton, 2004. 

Современнаястоматология. – 2006. – №1. – С. 4-13.