Применение плазмы в медицине

Пла́зма кро́ви (от греч. πλάσμα «нечто сформированное, образованное») — жидкая часть крови, в которой взвешены форменные элементы — вторая часть крови. Процентное содержание плазмы в крови составляет 52—61 %. Макроскопически представляет собой однородную несколько мутную (иногда почти прозрачную) желтоватую жидкость, собирающуюся в верхней части сосуда с кровью после осаждения форменных элементов. Гистологически плазма является межклеточным веществом жидкой ткани крови.

Центрифуги-сепараторы выделяют из крови плазму. Плазма крови состоит из воды, в которой растворены вещества — белки (7—8 % от массы плазмы) и другие органические и минеральные соединения. Основными белками плазмы являются альбумины — 55—65 %, α1-глобулины — 2—4 %, α2-глобулины 6—12 %, β-глобулины 8 — 12 %, γ-глобулины — 2-4 % и фибриноген — 0,2—0,4 %. В плазме крови растворены также питательные вещества (в частности глюкоза и липиды), гормоны, витамины, ферменты и промежуточные и конечные продукты обмена веществ, а также неорганические вещества.

В среднем 1 литр плазмы человека содержит 900—950 г воды, 65—85 г белка и 20 г низкомолекулярных соединений. Плотность плазмы составляет от 1,025 до 1,029 г/мл, pH — 7,36—7,42.

Существует обширная практика собирания донорской плазмы крови. Плазма отделяется от эритроцитов центрифугированием с помощью специального аппарата, после чего эритроциты возвращаются донору. Этот процесс называется плазмаферезом.

Плазма с высокой концентрацией тромбоцитов (богатая тромбоцитами плазма) находит все большее применение в медицине в качестве стимулятора заживления и регенерации тканей организма. В настоящее время на её основе разработана многофункциональная медицинская методика, используемая в стоматологии и косметологии.

Рис 1. Плазменный генератор Piezobrush ® PZ2 с источником питания и комплектом сопел

Технология PDD ® (прямой пьезоэлектрический разряд) открывает новый класс высокотехнологичных изделий, предназначенных для работы в медицине и медицинских технологиях. Эффект воздействия объединяет стерилизацию и активацию поверхности.

Применение в области медицины

Технологии атмосферной плазмы широко распространяются во многих областях медицины и медицинских технологиях. Большое количество научных работ доказали высокий положительный эффект плазменной обработки, особенно при использовании не термических плазменных источников.

Систематические эксперименты в лабораторных условиях показали эффективность использования источников холодной плазмы для обработки ран и ускорения процесса заживления, обработки при воспалительных заболеваниях в дерматологии и стоматологии. Ознакомиться с широким спектром перспективных и применяемых методик и лечения с использованием плазмы атмосферного давления можно в книге «Plasma Medicine» [1].

В дополнение к непосредственно терапевтическим методам, плазма атмосферного давления имеет широкий спектр возможных применений в области биотехнологии, фармакологии и медицинских технологий. Особенно хочется обратить внимание на поверхностную обработку имплантов в отношении улучшения смачиваемости, стерилизации и на контроль колонизации клеток.

Важный шаг в развитии плазменных технологий – разработка экономически эффективных изделий для расширения спектра применений от лабораторий до массового использования. Поэтому крайне важно обеспечить конкретные обоснования эффективности метода, а также доказать, что используемое устройство является полностью безопасным и дает высокую воспроизводимость результатов.

В медицине и медицинских технологиях основное распространение нашли два типа систем обработки атмосферной плазмой. Диэлектрический барьерный разряд характеризуется низким тепловым стрессом и высокой эффективностью обработки поверхностей большой площади, таких как ткани кожи, раны, поверхности медицинских инструментов. Холодные плазменные струи или точечные источники плазмы хорошо подходят для обработки поверхностей со сложной геометрией и ограниченных областей, например, различных полостей. Как правило, рабочий газ в данном случае ионизируется через высокочастотные электрические поля.

В настоящее время любое инновационное изделие может быть в достаточной степени исследовано в отношении его физико-химических свойств, например, УФ-эмиссии, теплового отпечатка, содержания активных форм кислорода и азота, плотности электронов и силы электрического поля. Это позволяет заранее провести оценку эффективности и возникновения сторонних эффектов.

На основе технологии PDD ® (прямой пьезоэлектрический разряд), компания Relyon Plasma разработала инновационный метод применения микро плазменных струй, а также холодные источники плазмы диэлектрического барьерного типа Piezobrush ® PZ2.

Основной принцип генерации пьезоэлектрической плазмы

Технология PDD ® основывается на работе пьезотрансформатора, управляемого в режиме разомкнутой цепи. Благодаря высокой эффективности, низкое входное напряжение преобразуется в сильное электрическое поле, которое диссоциирует и ионизирует атмосферный газ, обычно воздух. Температура газа в объеме плазмы обычно немного выше температуры окружающей среды. Достигаемая плотность электронов составляет 10 14 -10 16 м -3 . Таким образом, технология PDD ® обеспечивает создание холодной неравновесной плазмы.

Рис 2. Принцип генерации плазмы по технологии PDD ® : 1) Подача воздуха 2) Управляющая электроника 3) Пьезоэлектрический трансформатор 4) Атмосферный плазменный разряд

Концепция изделия

Концепция изделия характеризуется максимальной эффективностью преобразования и компактным дизайном. В настоящее время прибор серийно используется как стационарное, так и портативное изделие для обработки медицинских изделий при производстве.

Конфигурация

Благодаря использованию различных конфигураций, система может быть оптимизирована для достижения максимального выхода озона или других активных форм кислорода (ROS). При этом она достигает наивысшей эффективности в своем классе, близко к теоретически возможному значению. Для этой цели предлагается использование различных сопел для открытых систем и адаптеров для закрытых систем (рис.3). Это позволяет работать с различными газами, такими как воздух, аргон, гелий, азот, водород и различными газовыми окислительными и восстановительными смесями.

Аккуратная обработка больших поверхностей может использоваться с применением вставки для работы в режиме диэлектрического барьерного разряда.

Модульная система со специальными сменными насадками позволяет работать и в качестве интенсивного точеного источника плазмы («плазменной иглы»)

Рис 3. Насадки для различных применений 1,2 – насадки для внутренней обработки глухих отверстий, полостей и работы со специальными газами 3,4- специальные вставки для обработки больших поверхностей чувствительных или проводящих материалов

Плазменный разряд может осуществляться при различных давлениях.

Применение импульсной высокочастотной плазмы.

Область высоких длин волн, малых энергий. Имеют спектр, сдвинутый в область с меньшими энергиями. Более мягкий спектр рентгеновских излучений приводит к большей деталировке исследуемого объекта. Если разряд существует при атмосферном давлении, то этим разрядом можно воздействовать на биологические ткани.

1) Обеззараживание медицинских инструментов. (Искровой разряд)

Для осуществления пробоя необходимо наличие постоянного электрического поля. В зависимости от расстояния между электродами можно получить ту или иную напряженность поля.

Если вблизи острия напряженность высокая, то может возникнуть разряд.

Проволока накаливается и испаряется.

3) Плазменный скальпель.

Дуга Петрова.

Пробой в воздухе

Плазматрон – прибор, производящий плазму, работает при низких давлениях

P=nkT – давление плазмы.

Благородные газы создают среду, осуществляющую блокировку поступления кислорода.

1) Режим скальпеля (деструктор – разрушитель)

“+” Одновременно с рассечением происходит коагуляция, запекание микрососудов (D

1мм). происходит обеззараживание.

2) Режим коагулятор.

Изменяя ток его можно применить в любом режиме. Параметры близки к параметрам скальпеля. Используется для воздействия на язвы и т.д. Способствует быстрому заживлению, запечатыванию.

3) Режим стимулятор (N-O терапия)

Стимулятор заживления. В воздухе в плазме при высоких температурах создается NO. Он способствует быстрому заживлению.

К образованию диоксида азота NO₂ приводит взаимодействие 2NO + O₂ → 2NO₂.