Ti z vás, kteří si léčili ledvinové kameny nebo bolesti pohybového aparátu, jste se s pojmem „rázové vlny“ už zřejmě setkali. Ať už jste je ale zažili nebo ne, jde o zajímavý fenoném. Povídali jsme si o něm s přednostou Ústavu biofyziky a informatiky z 1. lékařské fakulty Univerzity Karlovy a děkanem fakulty zdravotnických studií na Technické univerzitě v Liberci, profesorem Jiřím Benešem. Ten je rovněž jedním z úzké skupiny expertů, kteří se podílejí na schvalování nových pokročilých zdravotnických prostředků v EU.
Pane profesore, co jsou to ty rázové vlny?
Rázová vlna je zvláštní forma tlakové vlny, je to náraz, který se opakuje třeba až po jedné vteřině. Je to prudké stlačení a pak pomalejší pokles a nepatrný podtlak, který následuje po stlačení. A výhodou rázové vlny je, že představuje mohutný tlak s velmi redukovaným podtlakem. Kontinuální ultrazvuk má totiž při extrémních intenzitách jednu nevýhodu, a to, že jakmile se podtlaková část dostane do oblasti takových podtlaků, že už je schopná mechanicky poškodit nebo přerušit pevnost vody a tkání, tak vznikají trhliny.
Těmto trhlinám se říká kavitace, to jsou takové dutinky. Ty dutinky logicky velmi rychle kolabují a ten kolaps je dokonce z fyzikálního pohledu adiabatický, to znamená, že tam dochází k velmi prudkému vzestupu teploty, až o několik řádů, tím pádem je tam velmi toxické poškození. Jinými slovy, ultrazvuk do kavitačního prahu se za mnoho desetiletí nepodařilo prokázat, že by škodil, zatímco ultrazvuk nad kavitačním prahem je nejen toxický, ale zároveň nedovoluje akustice, aby se šířila dále do tkání. Tato nežádoucí působení má rázová vlna podstatně eliminované.
Jak byly tlakové vlny objeveny?
To je zajímavé. Počátkem sedmdesátých let sledovali inženýři, z čeho udělat přední hranu křídel letadel, protože při nadzvukových rychlostech dělaly kapky vody do předních křídel ďubky. A zkoumali, z jakého materiálu udělat čelo křídla, aby letadlo bylo v nadzvukových rychlostech komfortní. Zkoušeli to právě rázovou vlnou a jeden inženýr dal do chodu té rázové vlny ruku a řekl, že ho to strašně zabrnělo, a lekl se. Vlna rukou prošla a neudělala jí vůbec nic, ale za tou rukou to rozbilo jakousi titano-wolframovou slitinu, jejíž pevnost sledovali.
Inženýři byli překvapení, jak je možné, že jakási mechanická energie nebo spíš tlakový puls je schopen rozbít nejtvrdší materiály a zároveň nepoškodit biologické tkáně. Vznikl snad pod NATO velký výzkumný úkol a zjistilo se, že ty rázové vlny procházejí měkkou nevzdušnou tkání naprosto bez problému, bez poškození, protože se tam neabsorbují, neztrácejí a podobně. Ale když narazí na tvrdý akustický odpor, jsou schopny udělat ohromný efekt.
To byl pak začátek myšlenky využití v medicíně. V roce 1976 se operovaly do psů ledvinové kameny a rozbily se rázovou vlnou. Pak už to šlo rychle k lidem.
Jakým způsobem se rázová vlna aplikuje v medicíně?
Používá se aplikátor mimo tělo pacienta a do toho pacienta se sbíhá paprsek tlakových vln, který se v jednom místě sečte a udělá tam malé ohnisko tlaku, asi centimetr krychlový.
Jak funguje takový aplikátor?
Aplikátorů je několik typů. Jednak se vytvoří tlakový puls výbojem a do okolí se šíří tlaková kulová vlna a logicky s rostoucí vzdáleností od ohniska klesá amplituda tlaku. Na nějakém odražeči se pak dá tlak někam odrazit a tam zase zkoncentrovat do jiného místa a v tom místě už můžete pomocí ultrazvuku nebo rentgenu nastavit ledvinový kámen.
Můžete také vytvořit velkou vlnoplochu koule a postupně to zfokusovat do centra té koule, nebo se dokonce vytvoří válcová tlaková vlna. A ta válcová tlaková vlna se zkoncentruje paraboloidem. Principů koncentrace je zkrátka celá řada a všechny mají jedno podobné – vytvoří velký tlak a nízký podtlak. Z hlediska fyziky jde o veliký tlak po velice krátkou dobu. To znamená velký výkon za krátkou dobu. Ten krátký čas způsobí, že v rázové vlně je naprosto minimální energie.
Jakým způsobem to vnímá pacient? Jako brnění?
Pacient to vnímá jako nepříjemný nebo i bolestivý pocit. Jako když dostanete výboj od svíčky na motoru, takové zabrnění. Je to nepříjemné, a dokonce v některých případech je důležité dát při výkonu analgetika, protože těch rázů se dává až 2 500, což při sekvenci jedné vteřiny znamená 40-60 minut aplikace, započítáme-li ještě čas na zacílení. Zaměření se často i synchronizuje s dechem a podobně, takže to nemůže jít tak rychle. A pacient to vnímá nepříjemně.
Další nepříjemnost je, že mechanický odraz vytvoří řadu akustických fenomenů. Takže na urologiích to zní jako v kovárně, jakoby tam někdo bouchal kladivem do železa.
Tím se dostáváme k otázce, kde se rázové vlny v medicíně aplikují…
Ono to začalo u ledvin, protože to je velmi rozumná aplikace. Zatím se používají jenom na místa, kde existuje akustická odlišnost. To znamená, že to nejsou jen ledvinové kameny, velmi dobře se aplikuje ve fyzioterapii a rehabilitaci na úponové bolesti a podobně. Ortopedické aplikace dneska dokonce převyšují aplikace u ledvinových kamenů.
Byla i myšlenka věnovat se tomu na nádory. To poškození nádorů klasickou rázovou vlnou bylo, ale bylo naprosto marginální, minimální a klinicky bezvýznamné. Na Akademii věd se podařilo dokonce vytvořit rázové vlny dvě, kdy jedna rázová vlna stlačí to místo v ohnisku a než vzniknou drobné kavitace, což je třeba v době do 5 mikrosekund, doběhne tam druhá rázová vlna. Ta neví, že akustická nehomogenita byla vytvořena její kolegyní, a v místě se rozptýlí a uvolní tam svou energii. Ukázalo se, že nádor to sice krásně zruší, zničí, ale mechanické poškození může způsobit naopak diseminaci (rozsev) nádorových buněk.
Tahle metoda se zatím neuplatňuje, i když je to myšlenka zajímavá, protože v případě paliativní aplikace by došlo k redukci počtu nádorových buněk. Ale vyvstal tam etický problém, respektive problém s etickou komisí, která další pokusy schválila s požadavkem kontrolních testů na několik desetiletí.
Kdy to bylo?
V roce 2015- 2016. Autorem těchto, jak bych to tak nazval, tandemových rázových vln byl docent Šunka z Ústavu fyziky plazmatu AVČR, který už bohužel není mezi námi. Měli jsme i nějaké klinické aplikace u lidí, ale právě etické komise vyžadovaly takové zkoušky, které nebylo finančně možné realizovat. Neměla na to ani akademie, ani klinika a grant se pro formální chyby a úspory nezdařil.
Byl jsem u toho jako lékař, který od roku 1988 až dodnes aplikuje klinicky rázové vlny. Domnívám se, že už ten první zdroj, který tehdy vytvořil docent Šunka na Ústavu fyziky plazmatu, je do dneška jeden z nejlepších na planetě, protože má nejlepší poměr tlaku a podtlaku, je velmi dobře udělaný. Je to asi kvůli tomu, že využívá jakousi naši zaostalost, to znamená spínání pomocí tyratronu (typ elektronky), který v západních zemích v roce 1988 už mnoho let neznali. Docent Šunka tyratrony znova oživil, a to se ukázalo jako přednost.
Je smutné, že výrobci, kteří se toho chopili, to dotáhli do dokonalého krachu, protože pro ně byla modernizace v tom, že ten hotový výrobek přetřeli ze žluta na modro. Tehdy v devadesátých letech to chtělo inovaci jinou, takovou tu komfortní. Lékaři mají rádi, když jsou přístroje co nejvíce komfortní, pacienti také, a to u těch starších přístrojů nebylo. Chtělo to dávat lepší rentgeny, lepší sonografie a tyhle možnosti jsou příliš nákladné pro tu firmu, která to tady v Čechách kdysi dělala. Takže to skončilo, zaniklo.
Aplikátory, které se dnes používají na rázové vlny, předpokládám nyní vyrábí zahraniční firmy, ano?
Aplikátory teď vyrábějí zahraniční firmy. Musím říct, že celá 90. léta a krátce po roku 2000 byla většina aplikátorů tuzemské výroby, ale postupně se nahrazují těmi zahraničními, protože místní výrobce de facto nesplňuje potřebný komfort. Myslím, že dnes jsou na urologiích u nás už jenom poslední kusy tohoto tuzemského výrobku. Nicméně svoji práci udělaly ohromnou, protože desítky let tady pracovaly velmi přesně.
Zahraniční výrobci používají různé rázové vlny a je v tom strašně komerce, ale hrozně málo znalostí o problematice. Mohu posoudit, že často je to krásný, velmi pěkně udělaný přístroj, ale jeho rázové vlny nerozbíjejí, protože mají slabé tlaky, zatímco jiný výrobce má dobrou rázovou vlnu, ale zaměření má takové docela nedostatečné, že se až člověk podivuje nad prostotou schváleného řešení.
Kde se rázové vlny využívají?
Rázové vlny se využívají úplně všude. Každá nemocnice má dneska na urologii litotriptor, přístroj na rozbíjení ledvinových kamenů. Je třeba říci, že v tom roce 1988, kdy se to mohutně rozšířilo po celé planetě, se úplně změnila léčba kamenů. Místo operace se litiáza ledvin řeší dominantně drcením a endoskopií. Na operativu zůstávají sotva desetiny dřívějších počtů.
Byla i myšlenka léčit kameny žlučníkové, ale ta se ukázala jako špatná, protože tyto kameny mají recidivu (vracejí se). Efekt takové léčby byl nulový a spíš jsme těm pacientům posunuli indikaci k operačnímu výkonu o 10 až 15 let, což není nijak optimální. Proto se to zrušilo. Kamínky ve žlučovodu jsou měkké a často je před účinkem tlakové vlny chrání vzduch v jejich okolí.
Urologové mají výhodu v tom, že v cestě nemají nikdy vzduch. a proto je úspěšnost při rozbíjení kamenů jedno, výjimečně dvě opakování, zatímco u těch žlučovodů jsou to tři, někdy čtyři opakování, což naráželo na trpělivost lékařů i pacientů. Proto mají rázové vlny v gastroenterologii velmi okrajový význam.
Jaký další potenciál vidíte v rázových vlnách?
Zaprvé jsou to ty rutinní ortopedické aplikace, ty se rozšíří. Zajímavostí je, že rázové vlny jsou jedna z mála metod, která dokáže tak strašně intenzivní výkon soustředit do malého místa. Málokdy se dokáže soustředit energie tak, jak se to dělá třeba v ozařování, kde se do jednoho malého místa snaží dostat velkou dávku záření.
Člověka napadají v budoucnosti možné aplikace u cév, různé malformace a podobně. To jsou všechno věci, které by mohly mít význam. Jenže to naráží na výzkum a zavádění nových zdravotnických prostředků. Dokud Evropská komise nezmění některá přehnaná nařízení z roku 2017 o bezpečnosti klinických studií, budou výzkum a inovace strašně omezeny.
Děkujeme za rozhovor.
