Výboj, který léčí
28. 2. 2007
Elektro-hydraulický generátor fokusovaných rázových vln, založený na silnoproudé elektrické jiskře ve vodě mezi hrotovými elektrodami, je vlastně zařízení k drcení tělesných konkrementů zevně. Zejména lze takto odstraňovat ledvinové kameny. Vědci ale nyní zjišťují, zda by podobný princip mohl sloužit i k léčbě některých nádorových onemocnění. Dosažené příznivé výsledky dávají naději, že by se vyvinutý generátor mohl – v kombinaci s ostatními metodami, jako je chemoterapie – úspěšně využít.
Hrom po úderu blesku, rána bičem, letadlo, které překonává rychlost zvuku … Také tlaková vlna při výbuchu atomové bomby, nebo při vlně tsunami. To všechno jsou fyzikálně podobné akustické děje. Tlakové neboli rázové vlny.
V Ústavu fyziky plazmatu naší Akademie věd umějí vytvářet umělé rázové vlny. Používají k tomu děsivé vyhlížející spojení. Vodu a elektřinu.
V běžné zásuvce protéká elektrický proud o velikosti asi šesti ampér. Proud při tomto elektrickém výboji dosahuje deseti tisíc ampér. Ve vodě přitom vytvoří ohromný tlak v krátkém čase.
Doc. Ing. Pavel Šunka, CSc., Ústav fyziky plazmatu AV ČR, Impulzní plazmové systémy: Rázová vlna je tlakový impulz, který narůstá během desetimilióntiny vteřiny.
Vzduch kolem nás má běžně tlak jedné atmosféry. Tady jde však o tlak až tisíc atmosfér, který vznikne ve zlomku tisíciny vteřiny na dvoumilimetrové ploše … Na co takovou sílu využít?
Na počátku byly tyto kameny. Ne, nejde o drahokamy. Jsou to žlučové kameny. Prvním krokem na této cestě byl nápad rozdrtit je pomocí rázové vlny.
Kameny v těle rozdrtili rázovou vlnou poprvé již před dvaceti lety v Německu. Zkoumali tehdy poškozená křídla letadel. Přitom vygenerovali rázové vlny výbojem ve vodě. Tyto vlny pak zkusili využít v medicíně.
Naši vědci a lékaři se pokusili o totéž v podmínkách tehdy ještě socialistického Československa.
Prof. MUDr. RNDr. Jiří Beneš, CSc., 4. Interní klinika 1. Lékařské fakulty UK a VFN: Našel jsem docenta Šunku, který vlastně léta měl tu rázovou vlnu jako vedlejší produkt při generování plazmatických výbojů.
Unikátní spolupráce biofyziky, medicíny a fyziky plazmatu slavila úspěch. Tým docenta Šunky sestrojil vlastní systém, určený především k ničení ledvinových kamenů rázovou vlnou. Byl mnohem levnější než ten zahraniční.
Vědci vyvinuli nový zdroj obrovského napětí, pak elektrodu, která vydává elektrickou jiskru mezi dvěma hroty a kovový reflektor, který všechnu sílu vzniklé rázové vlny soustředí do jednoho bodu. Do ledvinového kamene.
Doc. Ing. Pavel Šunka, CSc., Ústav fyziky plazmatu AV ČR, Impulzní plazmové systémy: V jiskře je výkon menší elektrárny, ale trvá jenom zlomek milióntiny vteřiny.
Prof. MUDr. RNDr. Jiří Beneš, CSc., 4. Interní klinika 1. Lékařské fakulty UK a VFN: Tehdy nikdo nevěřil, že tak enormní tlaky by mohly být neškodné pro lidský organismus.
Doc. Ing. Pavel Šunka, CSc., Ústav fyziky plazmatu AV ČR, Impulzní plazmové systémy: Ukážu účinek rázové vlny na křídu ve vodě, což je hrubá simulace toho, jak to funguje na ty kameny.
Měkké tkáně lidského těla jsou totiž více než z šedesáti procent tvořeny vodou, takže rázová vlna jimi velmi dobře proniká, aniž je poškodí. Nepoškodí ale třeba kosti?
Doc. Ing. Pavel Šunka, CSc., Ústav fyziky plazmatu AV ČR, Impulzní plazmové systémy: Ne nepoškodí … To jsme samozřejmě zkoušeli, co vydrží kosti … Vydrží moc.
Prof. MUDr. RNDr. Jiří Beneš,CSc., 4. Interní klinika 1. Lékařské fakulty UK a VFN: Málokterá fyzikální věc se dá tak dobře definovat, koncentrovat a procházet bez poškození měkkými tkáněmi, než ta rázová vlna.
Máme teď v PORTu jedinečnou možnost projít společně s pacientem celým zákrokem. Zařízení je velice moderní, ale princip generování rázové vlny jiskrou mezi hroty se nezměnil. Ledviny pacienta se ještě více zavodní pomocí infuze. Lékař najde kámen rentgenem. Pacienta umístí tak, aby rázová vlna zasáhla kámen. Elektrická jiskra, zdroj rázové vlny, se ve vodě vytvoří synchronně se srdečním rytmem pacienta.
MUDr.Tomáš Baitler, vedoucí lékař litotryptoru, Urologická klinika Vinohradské nemocnice: Tady v primárním ohnisku vzniká ta rázová vlna, která přechází potom v kontaktu do pacienta.
Sestra: Pane Čubr, nelekejte se, vydá to ránu. Hlavně necukat.
Výboje pak začínají rytmicky narušovat strukturu kamene, podobně jako jsme to viděli u křídy. Český systém generování rázové vlny nezpůsobuje téměř žádné vedlejší účinky. Ani nepoškozuje velice křehkou ledvinovou tkáň. Po dvou až čtyřech tisících úderů je z kamene prášek. Ten už může opustit pacientovo tělo přirozenou cestou. Celý zákrok trvá přibližně hodinu, pacient je při vědomí a za týden může do práce.
Pacient: Bál jsem se toho a je to dobrý.
MUDr. Tomáš Baitler, vedoucí lékař litotryptoru, Urologická klinika Vinohradské nemocnice: My se snažíme udělat maximum pro to, abychom tu bolest pacienta ztišili.
Pacient se přesto nevyhne nepříjemným pocitům. K čemu by se daly přirovnat?
MUDr.Tomáš Baitler, vedoucí lékař litotryptoru, Urologická klinika Vinohradské nemocnice: Tak jako nakopnutí nebo něčemu podobnému.
Odstraňování ledvinových kamenů rázovou vlnou zůstává jedinou alternativou pro pacienty, kteří nemohou podstoupit narkózu. A do těla pacienta se nemusí řezat. To přece stojí za pár malých kopnutí.
Českých přístrojů podle návrhu docenta Šunky a profesora Beneše je dnes v našich nemocnicích sedmnáct a další dva mají v zahraničí. Jen loni je lékaři použili u 1200 zákroků.
Doc. Ing. Pavel Šunka, CSc., Ústav fyziky plazmatu AV ČR, Impulzní plazmové systémy: Samozřejmě, že když člověk sestrojí věc, která pomohla 100 000 lidí, tak ho to svádí k tomu přemýšlet o tom, zda by to nešlo použít někde jinde.
Tak vznikl nápad vyzkoušet rázové vlny k ničení zhoubných nádorů. Mohlo by se jednat o analogii k jejich ultrazvukovému vypalování. Rázová vlna by mohla zničit nádory umístěné hluboko v těle, které nejdou odstranit chirurgicky.
Prof. MUDr. Pavel Klener, DrSc., přednosta 1. interní kliniky 1. LF UK a VFN, ředitel ústavu hematoonkologie a krevní transfúze: Každá nová metoda pro léčbu nádorových onemocnění je vítána a využití rázové vlny k léčení nádorových onemocnění je jistě vynikající nápad.
U takového léčení nádorů jsou však vědci zatím ve stádiu experimentu. Zpočátku se snažili narušit nádory stejným přístrojem, jaký použili na ledvinové kameny. To ale nefungovalo. Tam bylo cílem rozbít rázovou vlnou kámen a bez porušení projít měkkými tkáněmi. Teď je naopak nutné docílit toho, aby rázová vlna rozbíjela také neohraničené měkké tkáně.
Nádor je totiž fyzikálně úplně stejný materiál jako zdravá tkáň. A rázová vlna jím bez problémů prochází, aniž by si ho všimla. Proto v Ústavu fyziky plazmatu sestrojili zcela nový generátor. Ten umí vyslat k nádoru dvě za sebou jdoucí rázové vlny. První vlna naruší strukturu nádoru a udělá z něho nestejný materiál. Vlastně takový umělý kamínek. Tuto oblast pak snadno najde druhá vlna a rozdrtí nádor podobně jako kámen v ledvině.
Srdcem nových generátorů je elektroda, pokrytá porézní keramickou vrstvou. Výboje podobné bleskům, o teplotě 20 000 stupňů Celsia, vycházejí z pórů keramiky po celém povrchu elektrody.
Doc. Ing. Pavel Šunka, CSc., Ústav fyziky plazmatu AV ČR, Impulzní plazmové systémy: Při větším počtu rázů se ta buňka zcela zničí.
Nádorové buňky. Jejich buněčné membrány se při malém počtu rázů naruší. Při větším počtu rázů se buňky vlnami zcela zničí. Díky novému generátoru vědci umějí rázovou vlnu regulovat časově, prostorově a rázy nastavit podle potřeby. Toto unikátní řešení bylo patentováno a je středem zájmu i v zahraničí.
V Ústavu fyziky plazmatu ve spolupráci s 1. Lékářskou fakultou Univerzity Karlovy teď zatím v laboratorních podmínkách novým generátorem o výkonu 300 megawattů rozbíjejí nádory u myší. Zaměřují své rázy také na přesně ohraničenou část králičích jater. Zatím však nemají zcela spolehlivou metodu na lokalizaci nádoru. Tady vidíte kontrolní neléčenou myš s velkým nádorem na zádech. Ta druhá, léčená rázovou vlnou žádný nádor nemá a žije dva až třikrát déle. Přesto pokusná myš zatím umírá. Vědci předpokládají, že se části zničeného nádoru možná roznášejí krevním oběhem někam do organismu, kde dále přežívají.
V nejbližších dnech fyzici s lékaři chystají nový experiment. Budou kombinovat různé počty rázových vln s chemoterapií. Doufají, že narušené nádorové buňky chemoterapii snadněji podlehnou.
Doc. MUDr. Luboš Petruželka, CSc., přednosta Onkologické kliniky 1. LF UK a VFN: Onkologický výzkum od experimentu do klinické praxe trvá celou řadu let. Ale pokud by se experiment potvrdil třeba jen u dvou procent nemocných, u kterých by tato metoda byla úspěšná, tak to stojí za to.
Prof. Ing. Dr. Pavel Chráska, DrSc., ředitel, Ústav fyziky plazmatu AV ČR: Zatím ty výsledky jsou velmi slibné a jsme vděčni kolegům z 1. Lékařské fakulty, kteří s námi spolupracují. Výsledky doc. Šunky jsou skutečně na špičkové světové úrovni. Doufám, že za pár let by se to mohlo stát skutečně jedním s řešení, jak se s těmito nemocemi vyrovnat.
Autor: Petr Tomaides