In-vitro-Untersuchungen zu Koagulations- und Ablationseigenschaften minimal invasiver Behandlungsverfahren für die Anwendung in der HNO-Heilkunde

In der Medizin und insbesondere in der Hals-Nasen-Ohren-Heilkunde
finden Lasersysteme derzeit ein breites Anwendungsspektrum und
gewinnen neben anderen Operations-Methoden immer mehr an Bedeutung.
In der klinischen Routine werden Lasersysteme bereits als
alternative Operationsverfahren für unterschiedliche Indikationen
eingesetzt. Da die quantitativen Ergebnisse des einzelnen
Lasersystems in der Literatur selten angegeben werden, war das Ziel
dieser Studie, die häufig eingesetzten Lasersysteme an einem
standardisierten In-vitro-Modell vergleichend zu untersuchen und
die entstandenen Gewebewechselwirkungen quantitativ zu analysieren.
Als Experimentiermaterial diente frische und gekochte
Putenmuskulatur sowie Rinderleber. Auf einem verstellbaren Stativ
wurden die Lichtwellenleiter bzw. die Spiegelarmoptiken an einen
Schrittmotor befestigt, der sich mit definierter Geschwindigkeit
unter Kontakt über das Gewebe bewegte. Variierbare Parameter waren
Leistung, Durchzugsgeschwindigkeit sowie der Winkel zwischen
Laserstrahl und Behandlungsobjekt. Gemessen wurden die Ablations-
und Koagulationseigenschaften sowie der Volumenabtrag vom Gewebe.
Zusätzlich erfolgte die Beschreibung der Läsionsformen und
Bestimmung des Karbonisationsgrades. Neben den untersuchten
Lasersystemen (CO2-, Er:YAG-, Ho:YAG-, Nd:YAG- und Diodenlaser)
wurde auch die Koagulationseigenschaft des Argon-Plasma-Beamers
genauer betrachtet. Das CO2-Laserlicht mit einem sehr hohen
Wasserabsorptionskoeffizienten wies den effektvollsten Gewebeabtrag
auf. Bei einer Maximalleistung von 20 Watt bewirkte die Behandlung
mit CO2-Laserlicht Gewebekrater von bis zu 5,2 mm Tiefe. Dabei
wurde ein relativ enger und tiefer, V-förmiger Kraterquerschnitt
erzielt. Seine „Schneideeigenschaft“ für Weichgewebe ist damit
unter allen untersuchten Lasersystemen am stärksten ausgeprägt. Das
Ausmaß der Abtragung lässt sich optisch kontrollieren, da sich nur
ein schmaler Koagulationssaum anschließt. Eine auftretende Blutung
führt zur Abschwächung der Laserwirkung. Desweiteren treten
Schwierigkeiten bei der Blutstillung auf, da nur gering ausgeprägte
Koagulationseigenschaften bestehen. Der CO2- und Er:YAG-Laser
können nur mit einer technisch aufwendigen Spiegelarmoptik
betrieben werden, da eine Weiterleitung mittels einer
nicht-toxischen flexiblen Faser derzeit nicht möglich ist. Der
Wasseranteil in herkömmlichem Fasermaterial ist zu hoch, sodass es
zu einer starken Absorption des Laserlichts kommt. Durch
Veränderung des Spotdurchmessers oder durch Scanner-Techniken ist
mit der CO2-Laserbestrahlung eine oberflächliche Gewebeabtragung
möglich. Das Er:YAG-Laserlicht wies durch eine starke
Wasserabsorption gute Ablationseigenschaften auf. Diese starke
Absorption ist Voraussetzung für die Abtragung mit geringer
thermischer Randzone. Der dabei entstandene Krater zeigte im
Querschnitt eine dreieckige Form und die Ränder wiesen bei allen
gewählten Parametern keine nennenswerte Karbonisation auf. Sind im
Laserlichtareal Blutgefässe vorhanden, kann es zu Blutungen kommen.
Ursache dafür ist die geringe Koagulationswirkung bei dieser
Wellenlänge. Auch andere weiche sowie harte Gewebsstrukturen können
in der Tiefe verletzt werden. Das gepulste Ho:YAG-Laserlicht wies
unter den quarzglasfasergeleiteten Lasersystemen den größten Abtrag
auf. Dieses Lasersystem zeigte die effektivste Koagulation mit
geringer Karbonisation. Die Koagulationseigenschaft ist auch im
Kontaktverfahren im Vergleich zu den untersuchten Lasersystemen
erhöht, so dass sich diese Strahlung für Gewebskoagulationen
eignet. Die Option, gleichzeitig Ablation und Koagulation zu
induzieren, ermöglicht es insbesondere im endonasalen Bereich
präzise, mit minimaler Karbonisation und guter Hämostase zu
arbeiten. Das Nd:YAG-Laserlicht wies den geringsten Gewebeabtrag
und auch nur eine geringe Koagulationszonen auf. Gemäß der
Literatur wird eine effektive Gewebeabtragung, was durch eine
geringe Laserlichtabsorption bedingt ist, erst bei höheren
Leistungen (ab 50 Watt) mit speziellen Fokussierhandstücken oder
mit Fasern geringeren Durchmessers erreicht. Die guten
Koagulationseigenschaften werden im Non-Kontakt-Verfahren und bei
größeren Faserdurchmessern sowie Leistungen erreicht. Die beiden
Diodenlaser (DL-940 und DL-830) unterschieden sich in den
koagulierenden und auch schneidenden Eigenschaften nicht wesentlich
voneinander. Das Diodenlaserlicht wirkt aufgrund der geringeren
optischen Eindringtiefe effizienter als die Nd:YAG-Laserbestrahlung
und erzeugt einen breiteren Koagulationsbereich. In dieser Studie
wurde ein hohes Potenzial an Karbonisation für die Diodenlaser
festgestellt, was in der klinischen Applikation zu vermeiden ist.
Die Koagulation mittels Argon-Plasma-Beamer wurde in dieser Arbeit
als Vergleich zu den Lasersystemen verwendet. Dieses
Elektrokoagulationsgerät erzeugt eine ausreichende Koagulation mit
nur geringem Auftreten von Gewebeverkohlung. Im Vergleich mit den
Lasersystemen zeigte der Argon-Plasma-Beamer keine ablativen
Effekte. Aufgrund der Bestrahlungsfläche und der divergenten
Stromverteilung innerhalb des Gewebes entsteht die thermische
Schädigung nur in den oberflächlichen Gewebeschichten. Tiefere
Gewebeschichten werden nicht behandelt. Aufgrund dessen wird der
Argon-Plasma-Beamer insbesondere oberflächlich bei Stillung
großflächiger Blutungen oder z.B. zur Devitalisierung
pathologischer Gewebe eingesetzt. Techniken zur Gewebsablation und
Gewebskoagulation sind noch relativ jung und wurden in
vergleichenden Studien bisher nur wenig beschrieben. Umfassende
Studien unter identischen Bedingungen und vergleichbaren
Geräte-Parametern liegen zu diesem Themenkomplex bisher nicht vor.
Dies trifft insbesondere auf experimentelle nicht-klinische
Arbeiten zu. Die gefundenen Literaturangaben beziehen sich häufig
auf rein klinische Arbeiten. Bei vielen Ergebnissen fehlen dabei
die Angaben über die Applikationsart, Spotdurchmesser,
Läsionsbreiten- und tiefen oder Leistungseinstellung, so dass
schwer nachzuvollziehen ist, ob diese vergleichenden Studien
überhaupt unter reproduzierbaren Bedingungen durchgeführt worden
sind. Zusammenfassend zeigt die vorliegende Untersuchung, dass
durch verschiedene Laserlichtwellenlängen und Applikationsformen
unterschiedliche Ablations-, Koagulations- und
Karbonisationseigenschaften zu beobachten sind. Der Effekt der
Wechselwirkung des Laserlichtes mit Gewebe ändert sich dramatisch,
wenn von einer Nicht-Kontakt- in eine Kontakt-Applikation
übergegangen wird. Sowohl die Kenntnisse der Wechselwirkung des
Lichtes mit Gewebe für unterschiedliche Laserwellenlängen als auch
bei deren spezifischen Betriebsmodi sind von dem geschulten Arzt zu
beachten, um den Einsatz des Instrumentes Laser optimal für die
klinische Indikation zu wählen. Zusätzlich kommt die Erfahrung und
die ständige Fortbildung auf diesem Gebiet für die erfolgreiche
Nutzung lasergestützter Intervention für den Benefiz des Patienten
in der klinischen Routine eine zentrale Bedeutung zu.