Použití elektrických výbojů v medicíně

Víte, že díky elektrickým výbojům se můžete vyhnout operaci? Vědci z Ústavu fyziky plazmatu a 1. lékařské fakulty vyvinuli neinvazivní metodu (bez operace) odstranění močových kamenů. Používá se dnes již v desítkách nemocnic po celé České republice. Výzkumy se teď zaměřují také na možnost využití výbojů i k léčbě nádorových onemocnění.

Fyzikální princip

Vznik elektrických výbojů provázejí různé chemické i fyzikální jevy. Pokud se zaměříme na elektrické výboje ve vodě, mezi nejdůležitější vyvolané chemické procesy můžeme zařadit tvorbu vysoce reaktivních radikálů a peroxidu vodíku. Výboje ve vodě produkují také ultrafialové záření, silné elektrické pole a vysokotlaké rázové vlny.

Jak spojit elektrické výboje s klinickou praxí v medicíně

Elektrické výboje se už velmi dlouho používají například v urologických ambulancích k léčbě močových kamenů. Močové kameny (urolitiáza) patří mezi časté onemocnění vylučovací soustavy. Látky, které jsou za normálních okolností v moči rozpustné, začínají krystalizovat a tvoří se drobné útvary (konkrementy). Pokud jsou kameny menší, opouštějí tělo. Problém nastává, pokud jsou kameny větší a v úzkém močovodu poraní sliznici nebo trubici dokonce ucpou. To je samozřejmě spojeno s bolestí. Odstranění močových kamenů často vyžaduje hospitalizaci a dokonce i chirurgický zákrok. Odstranění ale může být i neinvazivní - pokud se použije metoda generace rázové vlny zacílené do místa nálezu močového kamene.

Jak odstranit kámen? Pokud možno bez bolesti

V 80. letech minulého století začala spolupráce Prof. J. Beneše z 1. lékařské fakulty a Doc. P. Šunky z Ústavu fyziky plazmatu, která se zabývá využitím elektrických výbojů v medicíně. Z této spolupráce vznikla metoda, která dokáže neinvazivně kameny rozdrtit. Přístroj je známý v odborné veřejnosti jako litotryptor MEDILIT. Princip metody spočívá v tvorbě rázových vln pomocí silnoproudého jiskrového výboje ve vodě. Vytvořená rázová vlna způsobí prudkou změnu mechanických vlastností prostředí, v němž se šíří. Dochází k lokálním změnám tlaku a teploty. Rázové vlny se generují mimo tělo pacienta ve vodním prostředí pryžového vaku a šíří se dále povrchem těla a měkkými tkáněmi do místa, kde leží konkrement - močový kámen.

Generátor rázové vlny

Generátor má podobu eliptického reflektoru, v němž se v primárním ohnisku tvoří silnoproudý jiskrový výboj mezi dvěma elektrodami. Rázová vlna vytvořená výbojem se zaměří přesně na kámen, který je v těle lokalizován běžnými zobrazovacími metodami např. ultrazvukem. (Kámen určený k rozdrcení bude v druhém ohnisku elipsy.) Díky tomu, že tělní tkáně jsou podobné vodnímu prostředí (měkké tkáně jsou z více než 60 % tvořené vodou), nedochází k jejich narušení a rázová vlna při průchodu neztrácí svoji energii. Když se vlna setká s kamenem, rozruší ho mechanicky a části kamene se poté spontánně vyloučí močovými cestami. Po dvou až čtyřech tisících „úderů“ rázovou vlnou je z kamene prášek.

Dokážeme rázovou vlnu využít i v jiné oblasti medicíny?

Vědci z Ústavu fyziky plazmatu ve spolupráci s předními medicínskými zařízeními zkoumají možnosti využití podobných metod v onkologii. Rázovou vlnu lze pravděpodobně využít i v léčbě nádorových onemocnění. Musí ovšem zasáhnout nádorovou tkáň, která je z biologického i fyzikálního hlediska stejná jako tkáň zdravá. Předchozí popsaná metoda by nádorovou tkáň nechala bez poškození. Problém vyřeší nový typ generátoru. Nově by se pro rozrušení nádoru využívalo kavitačního kolapsu mikrobublin. Kavitace je vznik bublin v kapalině při lokálním poklesu tlaku následovaný jejich implozí. Pomocí tohoto generátoru lze mnohem lépe regulovat oblast vzniku kavitace.

Generátor na likvidaci nádorů

Generátor vytváří dvě vlny za sebou (tzv. tandemové rázové vlny). První je zacílena na nádor, naruší jeho strukturu a vytvoří v něm kavitace. Následující druhá vlna na nich svou energii uvolní a nádorové buňky zničí. Tyto vlny mají výrazný cytotoxický efekt na nádorové buňky nejen in vitro, ale i in vivo. Účinek rázových vln může být ještě znásoben použitím cytostatik - chemických látek, které jsou zacílené na ničení nádorových buněk. Tým vědců z Ústavu fyziky plazmatu ukázal, že tandemové rázové vlny reagují s buněčnými strukturami a narušují měkké tkáně na zvoleném místě uvnitř těla pokusných zvířat. Myši s nádory "ošetřenými" rázovou vlnou se dožívají vyššího věku. Rázová vlna je prozatím schopná významně zpomalit růst nádorů oproti kontrolním neléčeným nádorům. Ale neznamená to, že je nádor zničený a nemoc je pryč. Je možné, že nádor metastázuje dále po těle. Proto se začaly rázové vlny kombinovat s chemoterapií.

Zdroje:

Lukes, P. et al. In vivo effects of focused shock waves on tumor tissue visualized by fluorescence staining techniques. Bioelectrochemistry 103, 103–110 (2015).

Lukes, P. et al. Focused tandem shock waves in water and their potential application in cancer treatment. Shock Waves 24, 51–57 (2014).

Ústav fyziky plazmatu AV ČR, v.v.i.

https://www.ceskatelevize.cz/porady/10121359557-port/76-vyboj-ktery-leci/

http://abicko.avcr.cz/archiv/2006/10/05/elektricke-vyboje-v-kapalinach.html

http://www.medipo.cz/litotryptor.htm