Диссертация (Исследование теплообмена при охлаждении биоткани внутренних органов для проведения роботических операций), страница 4

Он включает и нетерапевтические применения, связанные снизкотемпературным физическим воздействием на биологические объекты.Самопонятие«криомедицина»охватываетвсюобластьприменениямедицинских криометодов.Далеепредлагаетсякраткоеописаниеосновныхсовременныхмедицинских криометодов.Одним из основных разделов криотерапии является криохирургия,связанная с методами локального замораживания тканей с целью ихразрушения, удаления или стимуляции процессов заживления [21].

Получениекрионекроза биоткани – это удаление патологической области биоткани, прикотором достигается нормализация процессов в организме вне зоны некроза.Таким образом, криохиругия – физический метод получения некроза тканипутем замораживания, являющийся альтернативой как классической хирургии,так и другим хирургическим методам физической, химической природы.Дляраскрытияпонятия«гипотермия»необходимоописатьобщепринятую модель терморегуляции человека. Терморегуляция – этоспособность организма и одновременно совокупность физиологическихпроцессов,направленныхнаподдержаниеотносительногопостоянстватемпературы ядра в условиях изменения температуры среды с помощьюрегуляции теплопродукции и теплоотдачи.

С точки зрения терморегуляциисогласно модели Gagge [18,19], тело человека можно представить состоящим из19двух компонентов: внешней оболочки («shell»), и внутреннего, ядра («core»,отсюда «body core temperature» – температура ядра). Ядро – это часть тела,которая преимущественно имеет постоянную температуру, а оболочка – частьтела, в которой имеется температурный градиент при нормальных условиях.Через оболочку идёт теплообмен между ядром и окружающей средой. Взависимости от условий теплоотдачи в окружающую среду соотношениеобъемов ядра и оболочки может меняться, но их наличие является одним изоснов системы терморегуляции теплокровных организмов.

В данном контексте,то,чтообычнопринятоназывать«гипотермией», возможноназвать«гипотермией ядра» («core hypothermia», далее для упрощения предлагается«гипотермию ядра» называть «гипотермией») в отличие от «гипотермииоболочки» («shell hypothermia»).Понятие «гипотермия» может быть охарактеризовано с двух сторон – вкачестве состояния биоткани in vivo и в качестве лечебного воздействия наорганизм.

С одной стороны это состояние организма или его отдельнойобласти, при котором его температура ниже, чем требуется для поддержаниянормального обмена веществ и функционирования. С другой, терапевтическаягипотермия («protective hypothermia», «therapeutic hypothermia») – лечебноевоздействие на температуру тела пациента с целью предотвращенияпатологических состояний, например, ишемического повреждения биотканипосле периода недостаточного кровоснабжения, снижения кровопотери, и такдалее [51]. С точки зрения терапии гипотермия – замедление различнымиспособами процессов жизнедеятельности, превентивное снятие симптомов,нормализация состояния ткани при начале патологического процесса, своегорода экстренная профилактика.Следует отметить, что состояние гипотермии начинается при выходе изобласти нормотермии.

Большинство авторов полагает, что это диапазонтемператур между так называемым «тепловым порогом», равным 37,2 °C, и«холодовым порогом», равным от 36,2 до 36,8 °C [24]. После проведениятерапевтической гипотермии температура возвращается в область нормотермии20и продолжается нормальное функционирование биоткани.По источнику происхождения охлаждения состояние гипотермии бываетестественным и искусственным. Естественная гипотермия, случающаяся ввидупереохлаждения организма факторами внешней среды, либо патологиямифункционирования системы терморегуляции организма, из-за сложностиконтроля и регулирования не находит применения в медицине, при этом,напротив,рассматриваетсясточкизренияпатологическихсостоянийчеловеческого организма.

Исследования в данной области охватываютнаправления, связанные с функционированием организма в условиях опаснойдля жизни теплоотдачи в окружающую среду, общего охлаждения организма всостоянии общего наркоза и т.д. [52]. В данной работе рассматриваютсятеплофизические параметры искусственной гипотермии. Такая гипотермияявляетсялечебнымвоздействием,идляеереализациитребуетсяспециализированное оборудование.По области охлаждения обычно разделяют общую, местную икомбинированнуюгипотермии.Местнаягипотермияпредусматриваетохлаждение лишь одной какой-либо части, области тела.

При этом не ставитсяв качестве задачи общее охлаждение, более того, нередко приходитсяпредпринимать согревание остальных, неохлаждаемых частей тела больного.Примером комбинированной гипотермии служит краниоцеребральная, которая,несмотря на то, что охлаждение проводится регионарно, больше схожа с общей,чем с местной, гипотермией [18].Гипотермия оболочки в большинстве случаев – это физиотерапевтическаяпроцедура для терапевтических и профилактических целей, в основе которойлежитмеханизмсопровождаетсякриостимуляцииактивнойнервнойтерморегуляциейисистемы.Криостимуляцияобщейинтенсификациейпроцессов жизнедеятельности.

В данном случае это, например тренировка сцелью повысить стойкость к охлаждению (закаливание организма), перехода кболее оптимальной адаптации состояния гомеостаза организма, местногообезболивающего воздействия на суставы, слизистые оболочки и т.д. В этом21состоит отличие между гипотермией ядра и гипотермией оболочки.

Такжеследует отметить, что гипотермию оболочки по области охлаждения тожеразделяют на местную и общую. Одной из разновидностей общей гипотермииоболочки,например,является«аэрокриотерапия»сиспользованием«криосаун» [3-7]. Местная гипотермия оболочки применяется, например, приушибах.Одним из главных и наиболее известных нетерапевтических примененийнизкихтемпературвмедицинеявляетсякриоконсервация–низкотемпературное хранение живых биологических объектов с возможностьювосстановления их биологических функций после размораживания.Применяется также лиофилизация – лиофильная сушка, высушиваниетканей и других биологических объектов в замороженном состоянии подвакуумом.

При этом вода удаляется из замороженных объектов путёмсублимации льда, т. е. превращения его в пар, минуя жидкую фазу. Методлиофилизации позволяет получать сухие ткани с пористой структурой,препараты, продукты без потери их структурной целостности и биологическойактивности [45].Криофиксация – быстрое замораживание используется (иногда приповышенном давлении) для исследования биологических тканей с помощьюэлектронного микроскопа (замораживание – скалывание или замораживаниетравление) [45].Низкие температуры применяются в производстве фармацевтических,косметических,агротехническихпрепаратовибиологическиактивныхпищевых добавок. Данные методы не включают в себя изменение температурыбиологических материалов, однако на них следует обратить внимание.Например, с помощью криогранулирования получают гранулы вещества(растворов и суспензий) [25].

Для медицинской визуализации применяютсятермостатируемые при криогенных температурах сверхпроводящие магниты.Получение медицинских газов также происходит с применением низкихтемператур. Чистые, в том числе редкие изотопы, газы (гелий, ксенон, кислород22и другие) получают с помощью криогенных технологий в отдельномтехнологическом цикле.

Целью таких процессов является получение веществаопределенного состава. Однако, используются они без изменения температурбиоткани, относительно окружающей среды. Также в отличие от криотерапии,процессытермостатированиясверхпроводящихмагнитов,получениямедицинских газов относятся к криогенике и криогенной технике.Каждый из представленных криометодов может иметь множествореализаций в зависимости от типа используемого оборудования, областивоздействия и других параметров, влияющих на выполнение процессакриопроцедуры.

У каждого основного метода есть свои приемы (например, вкриохирургии – криоадгезия, криораспыление). То есть основные криометоды –это семейства схожих по целям реализаций криометодов. Причем четкоразделить их между собой иногда проблематично (например, в криохирургиичасто полезное действие заключается и в получении крионекроза, и вкриостимуляции биоткани). Из этого следует то, что не стоит разделятькриометодынаконкретныеканоничныереализации.Приконкретнойреализации медицинского криометода конкретны и определены областьбиоткани и последовательность изменения ее температуры.

Сам методопределяется целью и конкретным его приложением. Не следует четкоразделять реализации криометодов по целям и по важности, однако важночетко понимать их возможности. Причем каждую разновидность основногометода обеспечивает отдельная разновидность оборудования. Из этого следует,что существует потенциал для разработки большого числа схожего по целям,но имеющего свои особенности оборудования для обеспечения медицинскихкриометодов.В разделе 1.1.2 подчеркнута перспективность применения физическихфакторов в медицине XXI века, а также прикладное значение использованиянизких температур в рамках приоритетного направления развития – науки ожизни.

В этом тренде криомедицинская техника имеет актуальные примененияи потенциал развития. Медицинские криометоды включают в себя и лечение с23помощью холода (непосредственное использование для получения эффекта вбиоткани) – криотерапию, и другие технические процессы с использованиемнизких температур и низкотемпературной техники для медицинских целей.Дано краткое описание основных направлений медицинских криометодов.Стоит обратить внимание, что криометоды возможно классифицироватьпо целям воздействия, для примера предлагается Таблица 1 с целями основныхкриометодов:Таблица 1.Основные криометодыКриометодПримерыЦельоборудованияГипотермияКриосауны,Стимуляция нервной системы иоболочкиаппарат местногопокровных тканейвоздействия(интенсификацияжизнедеятельности биоткани)Гипотермия ядраКриохирургияСистемыЗащита от поврежденияобеспечения(замедление жизнедеятельностигипотермиибиоткани)Автономные,Крионекрозстационарные(разрушение биоткани)криохирургическиеаппаратыКриоконсервацияМорозильники,Анабиозхолодильники(защита от разрушения биоткани)Хотя медицинские криометоды различаются по целям, у них есть многообщего с точек зрения их обеспечения.