Лазерное лечение стало обычным явлением в различных областях медицины, включая дерматологию, где оно обычно используется для удаления шрамов, морщин и веснушек. Однако у этой технологии есть серьезный недостаток: несмотря на постоянные улучшения, количество несчастных случаев, связанных с лазерным лечением, растет, и исследования показывают, что чрезмерно высокая энергия лазера является основной причиной таких несчастных случаев.
Доцент Такахиро Коно из Технологического института Шибаура (SIT), Япония, чьи исследования сосредоточены на механизме теплопередачи, участвующей во взаимодействии лазерного света с биологической тканью, объясняет, "Сложность заключается в том, чтобы настроить режим работы лазера для каждого пациента в соответствии с цветом его кожи." По словам доктора. Коно, необходимо учитывать влияние меланосом – светопоглощающих пигментов, окрашивающих нашу кожу, – разбросанных по тканям кожи, вместо того, чтобы просто рассматривать кожу как объемный поглотитель тепла. "В пигментированной коже лазерный свет дискретно поглощается меланосомами, которые впоследствии действуют как точечные источники тепла. Это могло бы объяснить связь между неудачей обработки и пигментацией, поскольку степень пигментации определяет количество и плотность этих точечных источников тепла," говорит доктор. Коно.
Обладая этими знаниями, доктор. Коно и его коллеги из SIT и Университета Ямагата, Япония, недавно предложили в исследовании, опубликованном в International Journal of Heat and Mass Transfer, новую модель радиационного теплопереноса, включающую точечные источники тепла (моделирование вкрапленных меланосом), и численно исследовали рост по местной температуре для разной степени пигментации.
В своем исследовании доктор. Коно и его команда рассмотрели упрощенную модель кожи, состоящую из двух слоев, с «пигментным слоем», содержащим множество меланосом, и «нормальным слоем», содержащим несколько меланосом без какой-либо пигментации (см. Рисунок). Они предположили, что тепло, поглощаемое меланосомами, распространяется в окружающие ткани посредством теплопроводности, и определили радиационные свойства пигментированного слоя на основе числовой плотности меланосом, используя это для расчета энергии, поглощаемой меланосомой во время облучения.
Команда обнаружила, что на распределение поглощенной лазерной энергии и повышение температуры кожной ткани действительно влияла степень пигментации, как и предполагалось. В частности, увеличение объемной доли меланосомы (отношение объема меланосомы ко всему объему слоя кожи) привело к резкому снижению распределения поглощенной энергии на меланосому в пигментном слое, но лишь незначительно в нормальном слое. Команда объяснила это увеличением плотности числа меланосом для большой объемной доли, что, в свою очередь, привело к снижению поглощенной энергии на меланосомы.
Кроме того, для фракций большого объема разделение между меланосомами было меньше, что не позволяло достаточному рассеиванию тепла внутри кожной ткани и, следовательно, вызывало постепенное повышение температуры между меланосомами. Кроме того, команда обнаружила, что слои кожи глубже пигментного слоя показали более высокую температуру по сравнению с пигментным слоем. Таким образом, команда пришла к выводу, что более высокая степень пигментации (более темная кожа) более подвержена повреждениям от лазерного излучения.
Хотя эти результаты позволяют сделать некоторые интересные выводы, д-р. Коно осторожен в своем оптимизме. "Считаю, что наша работа необходима для моделирования лазерной обработки кожных тканей и тем самым повышения безопасности процедуры. Однако в качестве следующего шага необходимо убедиться, что наша модель соответствует реальному явлению лазерного нагрева внутри кожной ткани," он говорит.
Тем не менее, доктор. Исследование Коно – огромный шаг на пути к созданию лучших рекомендаций по лазерному лечению, которые могут привести к большей гибкости и индивидуальной настройке и, прежде всего, к безопасности.