УДК 615.832.9

Г.А. ПАЛЬШИН, П.В. НИКИФОРОВ, В.Е. СТЕПАНОВ, К.А. НАУМОВА, С.Н. СОЛДАТОВ

Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова, г. Якутск

 Контактная информация:

Пальшин Геннадий Анатольевич — д.м.н., профессор, заслуженный деятель наук РС(Я), почетный работник высшей школы РФ, заведующий кафедрой травматологии, ортопедии и МК, главный внештатный травматолог ортопед РФ по ДФО

Адрес: 677007, г. Якутск, ул. Кулаковского, д. 42, тел.: +7-914-226-59-37, e—mail: palgasv@mail.ru

 В статье впервые определен количественный показатель воздействия холодом в терапевтических и летальных дозах для лабораторных животных. Температурная доза определяется по предложенной авторами формуле, выраженной в Стефанах.

Ключевые слова: криотерапия, лечение, температурная доза, охлаждение, эксперимент.

 (Для цитирования: Пальшин Г.А., Никифоров П.В., Степанов В.Е., Наумова К.А., Солдатов С.Н. Способ определения количественных показателей воздействия холодом в терапевтических и летальных уровнях для животных методом температурной дозиметрии. Практическая медицина. 2022. Т. , № , С.)

G.A. PALSHIN, P.V. NIKIFOROV, V.E. STEPANOV, K.A. NAUMOVA, S.N. SOLDATOV

North-East Federal University named after M.K. Ammosov, Yakutsk

Technique for determining quantitative indices of cold exposure at therapeutic and lethal degrees for animals with the method of temperature dosimetry

 Contact details:

Palshin G.A. — MD, Professor, Honored Researcher of the Republic of Sakha (Yakutia), Honored Worker of Higher Education of the Russian Federation, Head of the Department of Traumatology, Orthopedics and MK, Chief Freelance Orthopedist of the Russian Federation in the Far East Region

Address: 42 Kulakovskiy St., Yakutsk, Russian Federation, 677007, tel.: +7-914-226-59-37, e-mail: palgasv@mail.ru

The article for the first time determines the quantitative indices of cold exposure at therapeutic and lethal doses for laboratory animals. The temperature dose is determined by a formula proposed by the authors, in Stefans.

Key words: cryotherapy, treatment, temperature dose, cooling, experiment.

Криотерапия — один из самых современных и действенных методов физиотерапевтического лечения, который используют при борьбе с патологиями суставов. Однако до настоящего времени подбор дозы охлаждения не определен. Нами сформулирован концептуальный подход к определению интегральной дозы охлаждения за счет учета временных вариаций отрицательных температурных воздействий на лабораторных крысах. На проведение данного исследования получено разрешение этического комитета МИ СВФУ.

1. Характеристика существующего метода лечения с применением жидкого азота

Задачей предполагаемого ноу-хау являются оценка температурной дозы для лабораторной крысы во время прохождения сеанса криотерапии.

Представленный способ относится к области медицины, к терапевтическим методам лечения низкими температурами, характерными для жидкого азота с температурой 195,8 ºC.

Лечение холодом с азотной температурой широко используется на практике посредством использования так называемых «криосаун» (разработчик Баранов А.Ю., к.т.н, профессор), но использовались только различные длительности пребывания человека в холоде.

При этом непрерывно измеряли температуру в камере и регулировали воздействие холодом по величине интервала времени воздействия постоянной отрицательной температурой.

2. Характеристика нового предложения с описанием вариантов его работы

Новизна нашего подхода заключается в математически точном учете зависимости температуры от времени на графике. Площадь графика определяет введенное впервые предложенное понятие температурной дозы для единичной массы вещества [1–5].

Способ заключается в том, что в процессе воздействия на объект (лабораторные крысы) парами азота непрерывно измеряется температура в испытуемой камере (для животных) в зависимости от времени. Затем строится график зависимости температуры от времени и вычисляется интеграл этой кривой (площадь графика), соответствующий интервалу времени криогенного воздействия. Для определения отрицательных температурных доз за начало отсчета температуры (условный ноль) принимаем 0 градусов по шкале Цельсия и дозы берем со знаком минус. Температурную дозу определяем как площадь фигуры от линии графика до оси абсцисс снизу вверх и вычисляем методом треугольников или трапеций на программе Excel. Площадь этого графика (интеграл) назовем температурной дозой, которая будет измеряться в Стефанах (Ст), в честь великого теоретика — теплофизика Йозефа Стефана (предложена профессором Степановым В.Е.):

(1).

Выражение (1) называется формулой для вычисления температурной дозы, где S — температурная доза, t — время, T — температура, m — масса испытуемого в кг.

Опыты по определению летальных и терапевтических доз для лабораторных крыс.

Опыт № 1. Определение летальной температурной дозы

Под эфирным наркозом лабораторная крыса была иммобилизована (завязаны хлопчатобумажной тканью передние и задние лапы с хвостом) для достижения наименьшей двигательной активности во время эксперимента и предостережения прикосновения с жидким азотом, на голову надета дыхательная трубка и зафиксирована скотчем. После восстановления центральной нервной системы и двигательной активности, крысу опустили дорсальной поверхностью тела над жидким азотом в условиях экстремально низкой температуры (-186,5 ºC). В течение 3–4 мин у крысы не наблюдается сверхактивного движения. На 4–6 мин эксперимента крыса начинает активно двигаться, активируется сократительный термогенез до 9-й мин эксперимента. Дыхание учащенное. Двигательная активность резко снижена. На 11-й мин эксперимента сохранено движение шейных отделов позвонка и головы. На 13-й мин констатирована биологическая смерть.

При осмотре трупа экспериментальной крысы наблюдается общее обморожение. Вскрыта брюшная полость параректальным разрезом, вынут только желудок, ревизия брюшной полости невозможна вследствие оледенения других органов брюшной полости. В глазах крысы не наблюдается сианотичный оттенок, что свидетельствует об отсутствии гипоксии головного мозга. Предположительно, смерть произошла в результате общего переохлаждения и обледенения.

Полученная температурная доза крысой № 1 по формуле треугольников — -7556,25 Ст.

Опыт № 2. Определение нежелательной дозы

Под эфирным наркозом лабораторная крыса была иммобилизована (завязаны хлопчатобумажной тканью передние и задние лапы с хвостом) для достижения наименьшей двигательной активности во время эксперимента и предостережения прикосновения с жидким азотом, на голову надета дыхательная трубка и зафиксирована скотчем. После восстановления центральной нервной системы и двигательной активности крысу опустили дорсальной поверхностью тела над жидким азотом в условиях экстремально низкой температуры (-174,6 ºC). В течение 3–4 мин исследования у крысы не наблюдается сверхактивное движения, с 5-й мин наблюдается сократительный термогенез. Дыхание учащенное. На 6-й мин экспериментальная крыса малоактивна, вследствие параплегии задних лап, задние лапы не реагирует на боль, синюшность нижних конечностей, учащенное дыхание, страдальческий вид. Кожа розовато-синюшного оттенка, шерсть спала, сгруппирована вследствие влажности. Пальпаторно определяется обледенение 4 степени пояснично-крестцового отдела с переходом на брюшную полость. Наблюдали за состоянием крысы в течение 5 мин после эксперимента. Путем глубокого эфирного наркоза произведена эвтаназия лабораторной крысы.

Температура пар азота в среднем -174,6 ºC. Полученная температурная доза крысой № 2 — -3273,75 Ст.

Опыт № 3. Определение терапевтической дозы

Под эфирным наркозом лабораторная крыса была иммобилизована (завязаны хлопчатобумажной тканью передние и задние с хвостом) для достижения наименьшей двигательной активности во время эксперимента и предостережения прикосновения с жидким азотом, на голову надета дыхательная трубка и зафиксирована скотчем. После восстановления центральной нервной системы и двигательной активности крысу опустили дорсальной поверхностью тела над жидким азотом в условиях экстремально низкой температуры. В течение первой минуты активность крысы не нарушена, сократительный термогенез не отмечается. На 2:30 мин крысу изъяли из модели криосауны. При объективном обследовании наблюдается: крыса активна, движение сохранено, самочувствие не страдает. Кожа розового оттенка, шерсть влажная. Пальпаторно: кожа обычной консистенции, эластичная, безболезненная. Участков обморожения нет.

Температура пар азота в среднем -180,2 ºC. Полученная температурная доза крысой № 3, определенная методом треугольников, — -1126,25 Ст.

Таким образом, предполагаемый способ позволяет продолжить исследование для определения лечебных доз в терапии остеоартритов, трофических поражений, ран и термотравм.

3. Сравнительный анализ существующего и нового производства

Аналога описанному методу температурной дозиметрии не существует. Недостатком аналога (криосауны) является то, что при пребывании в ней не учитываются временные вариации температуры в криокамере.

Главным недостатком старого метода управления криосауной по значению температурно-временных интервалов является то, что в нем не учитываются изменения температуры, например в этом подходе эффекты двух случаев: при воздействии температурой -160 и -190 ºС. На самом деле по медицинским показаниям терапевтические эффекты не могут совпадать для этих двух случаях. Новый метод температурной дозиметрии учитывает интегральные эффекты температурно-временного воздействия на пациента. Также разработчики криосаун считают, что процедуры продолжительностью менее 2 мин не эффективны [6], но не дают научно-обоснованных доказательств своей гипотезы.

Новый метод температурной дозиметрии позволяет создать новый математически и физически обоснованный количественный метод управления воздействия холодом на биологический объект.

Выводы

1. В традиционном методе лечения парами жидкого азота контроль ведется только по полному временному интервалу температуры охлаждения, нами разработана новая теория температурной дозиметрии для теплообменных процессов в термодинамически неравновесных системах, которая основана на интегральных измерениях временных вариаций низкотемпературных воздействий на лабораторных крысах.
2. Количественно-температурная доза равна значению площади интеграла в графике зависимости температуры от времени с определенной плотностью вещества.

В системе СИ температурная доза описывается в единицах градус (по Цельсию)·секунду/кг, для удобства измерений в реальных процессах удобнее определить: Ст (Стефан)=1

Литература

1. Наумова К.А., Степанов В.Е. Метод температурной дозиметрии для неравновесных тепловых процессов. Физика и физическое образование: материалы 4-й Республиканской научно- практической конференции, посвященной 100-летию доцента М.А. Алексеева. — Якутск: Издательский дом СВФУ, 2012.
2. Наумова К.А., Степанов В.Е. Экспериментальное исследование теплотворности топливных композиций методом температурной дозиметрии. Новый взгляд на физику: сборник научных материалов Ассамблеи учителей физики. — Якутск: СМИК-Мастер. 2012.
3. Наумова К.А., Степанов В.Е. Разработка теории экспериментальной методики для температурной дозиметрии для неравновесных процессов. «ЭРЭЛ-2011»: материалы Всероссийской конференции научной молодежи. — Якутск: Изд-во ООО «Цумори Пресс», 2011. — Т. 1.
4. Наумова К.А., Степанов В.Е. Новое понятие температурной дозиметрии для определения теплотворной способности топливных композиций. Проблемы и перспективы управления сложными энергетическими комплексами и сложными техническими системами в арктических регионах: труды Всероссийской конференции молодых ученых, 26–28 июня 2012 г. — Якутск: Изд-во «Компания Дани Алмас», 2012.
5. Stepanov V.E., Naumova K.A. Fundamental theory of thermal dosimetry and its application for the disposal of organic waste // Archiv EuroEco. — Hanover, Germany. — 2012. — № 2.
6. — URL: http://www.krion.ru/?g=cryosau

REFERENCES

1. Naumova K.A., Stepanov V.E. Metod temperaturnoy dozimetrii dlya neravnovesnykh teplovykh protsessov. Fizika i fizicheskoe obrazovanie: materialy 4-y Respublikanskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii, posvyashchennoy 100-letiyu dotsenta M.A. Alekseeva [Method of temperature dosimetry for non-equilibrium thermal processes. Physics and physical education: materials of the 4th Republican scientific and practical conference dedicated to the 100th anniversary of Associate Professor M.A. Alekseev]. Yakutsk: Izdatel’skiy dom SVFU, 2012.
2. Naumova K.A., Stepanov V.E. Eksperimental’noe issledovanie teplotvornosti toplivnykh kompozitsiy metodom temperaturnoy dozimetrii. Novyy vzglyad na fiziku: sbornik nauchnykh materialov Assamblei uchiteley fiziki [Experimental study of the calorific value of fuel compositions by temperature dosimetry. A new look at physics: a collection of scientific materials of the Assembly of Teachers of Physics]. Yakutsk: SMIK-Master. 2012.
3. Naumova K.A., Stepanov V.E. Razrabotka teorii eksperimental’noy metodiki dlya temperaturnoy dozimetrii dlya neravnovesnykh protsessov. «EREL-2011»: materialy Vserossiyskoy konferentsii nauchnoy molodezhi [Development of the theory of experimental technique for temperature dosimetry for non-equilibrium processes. «EREL-2011»: materials of the All-Russian Conference of Scientific Youth]. Yakutsk: Izd-vo OOO «Tsumori Press», 2011. Vol. 1.
4. Naumova K.A., Stepanov V.E. Novoe ponyatie temperaturnoy dozimetrii dlya opredeleniya teplotvornoy sposobnosti toplivnykh kompozitsiy. Problemy i perspektivy upravleniya slozhnymi energeticheskimi kompleksami i slozhnymi tekhnicheskimi sistemami v arkticheskikh regionakh: trudy Vserossiyskoy konferentsii molodykh uchenykh, 26–28 iyunya 2012 g. [A new concept of temperature dosimetry for determining the calorific value of fuel compositions. Problems and prospects for managing complex energy complexes and complex technical systems in the Arctic regions: Proceedings of the All-Russian Conference of Young Scientists, June 26-28, 2012]. Yakutsk: Izd-vo «Kompaniya Dani Almas», 2012.
5. Stepanov V.E., Naumova K.A. Fundamental theory of thermal dosimetry and its application for the disposal of organic waste. Archiv EuroEco, 2012, no. 2.
6. http://www.krion.ru/?g=cryosau