6 курс / Медицинская реабилитация, ЛФК, Спортивная медицина / Физиотерапия, лазерная терапия / Пути_практического_использования_интенсивного_теплолечения_Сувернев

тока от температуры тела, что само по себе окажется весьма интересным следствием приведенных расчетов.

Как говорилось выше, на процесс нагрева влияет еще и теплопроводность поверхностного слоя кожи, лишенного кровеносной системы (от эпидермиса до сосочкового слоя). Для оценки влияния этого процесса сделаем еще одно упрощение задачи. Будем считать, что весь поток тепла, поступающий через поверхность кожи, расходуется на нагревание сердцевины организма и не расходуется на нагрев поверхностного слоя кожи. Такое допущение не сильно повлияет на конечный результат, так как масса этого слоя составляет порядка одного килограмма, или около 1 %. Тогда полный поток тепла через поверхность кожи за счет теплопроводности должен быть равен потоку, переносимому с кровью к сердцевине организма (1). Соответствующие уравнения выглядят следующим образом:

Qпол. = Q,

Q = Cк Vпρ(Tc – Tт),

Qпол. = λ(Тв – Тс) S/h,

где λ – коэффициент теплопроводности кожи; Тв – температура воды в ванне; S – площадь поверхности кожи; h – толщина верхнего (неваскуляризированного) слоя кожи. Эти уравнения позволяют определить температуру сосочкового слоя Тс, с тем чтобы подставить ее в уравнение (2). Таким образом, мы получили уравнение

Приведем три графика зависимости температуры тела от времени, рассчитанные при разных значениях периферийного кровотока (рис. 7). При расчетах значения теплофизических констант организма взяты из книги П.И. Бегун и Ю.А. Шукейло «Биомеханика». Толщина поверхностного (неваскуляризованного) слоя кожи принята равной 0,5 мм. Толщина эпидермиса, по данным И.В. Алмазова и Л.С. Сутулова [1978], достигает 0,25–0,35 мм на коже подушечек пальцев, а на остальных частях тела значительно меньше.

31

Рис. 8. Расчетная зависимость мощности тепловых потоков, подводимых к пациенту при ОУГ.

Усл. обозн. и пояснения см. на рис. 7.

С ростом подкожного кровотока время достижения температуры 43,5 °С сильно сокращается. Если при кровотоке 1,5 л/мин максимальная скорость нагрева не превышает 0,15 °С/мин, то при его величине 40 л/мин она составляет уже около 1 °С/мин, что говорит о существенном увеличении эффективности нагрева.

Заметим, что время нагрева до одной и той же температуры для графиков с кровотоком 8 и 40 л/мин отличается не в 5 раз, как казалось бы должно быть в соответствии с уравнением (1), а менее чем в 2 раза. Этот факт связан с поверхностным, неваскуляризованным, слоем кожи, который передает тепло только за счет теплопроводности. При больших потоках подводимого тепла перепад температуры на этом слое становится большим, в силу чего снижается температура сосочкового слоя и тем самым ограничивается поток тепла, переносимый периферическим кровотоком к сердцевине.

На рис. 8 приведены расчетные зависимости значений мощности подводимых к пациенту тепловых потоков в тех же условиях, что и на рис. 7. На графиках мощность теплового потока до-

33

стигает 6 кВт, но нужно понимать, что в момент погружения пациента в ванну величина кровотока не может составлять 40 л/мин. Такое значение мощности может быть получено только в специально смоделированных условиях предельного кровотока. Очевидно, что при погружении пациента в ванну с температурой воды 46 °С тепловой стресс присутствует и кровоток на уровне 8 л/мин реален. По-видимому, при дальнейшем нагреве кровоток еще возрастет. Поэтому реальные кривые зависимостей, представленных на рис. 7 и рис. 8, должны лежать где-то между вторым и третьим расчетными графиками, но даже при тепловом стрессе (кривая 2) время достижения температуры 43,5 °С составляет около 17 мин. При этом подводимая к пациенту мощность в начальный момент времени достигает 3 кВт! К моменту достижения пациентом температуры 43,5 °С подводимая мощность падает до 1 кВт, но даже тогда она намного превосходит неучтенные в наших расчетах процессы, такие как собственное теплопроизводство организма, радиационный нагрев и теплопроводность тканей сосочкового слоя, что делает принятые нами ранее допущения оправданными.

В наших расчетах не были учтены потери тепла, связанные с дыханием, и теплопотери через кожу головы, не погруженную в воду. Для полноты картины сделаем и эти оценки.

Дыхание. Предположим, что аппарат искусственного дыхания снабжает пациента абсолютно сухой кислородной смесью, а в выдыхаемом газе устанавливается 100%-я влажность при температуре сердцевины организма. Расход кислородной смеси при проведении процедуры гипертермии составляет не более 30 л/мин. Абсолютная влажность при температуре 43,5 °С – около 0,06 г/л. То есть за секунду в легких пациента может испаряться до 0,03 г воды, что приведет к потерям около 75 Вт тепла. (Удельная теплота парообразования 2,4 кДж/г.)

Кожа головы. Площадь поверхности головы составляет около 10% от общей поверхности. Поскольку, как мы убедились ранее, мощность всех процессов тепловыделения человека пропорциональна площади кожи, участвующей в процессе, то следует предположить, что потери также будут составлять 10% от максимальных возможностей тепловыделения здорового организма. Некоторые авторы считают, что собственная теплопродукция человека в тяжелых условиях может достигать 400 Вт. Следовательно, ожидаемые теплопотери через кожу головы составят около 40 Вт.

Как видно из приведенных оценок, неучтенные тепловые потери в сумме могут достигать примерно 115 Вт, что даже меньше теп-

34

лопродукции человека в комфортных условиях. В приведенных выше расчетах (см. рис. 7, 8) собственная теплопродукция вообще не учитывалась, что позволяет говорить о расчетах, как о достаточно точной и корректной оценке скорости нагрева пациента в ванне.

Таким образом, можно нагреть пациента в ванне до температуры 43,5 °С менее чем за 20 мин. При этом температура воды в ванне вполне безопасна для организма.

Попутно отметим, что для других способов искусственной гипертермии (высокочастотной, экстракорпоральной и др.) время разогрева до 41,5–42 °С в среднем составляет 120 мин. Такую скорость нагрева, как в ванне, не обеспечивает ни один метод.

Теоретические расчеты полностью согласуются с практическим применением способа ОПГ, выполненным нами при проведении более чем 2000 процедур гипертермии.

2.2. Методика искусственного согревания

При проведении ОПГ гидромассажная ванна (типа «Хирана»- 54) предварительно заполняется горячей водой с исходной температурой до 45 °С, повышающейся до 46 °С к середине сеанса нагревания.

Общая анестезия больного осуществляется внутривенным методом. Проводится интубация больного и присоединение к аппарату искусственной вентиляции легких (ИВЛ). После введения термодатчика в пищевод больного погружают в воду. Общая пиковая гипертермия проводится с использованием тотальной внутривенной анестезии с миоплегией и высокочастотной искусственной вентиляцией легких кислородно-воздушной смесью.

После вводного наркоза и введения мышечных релаксантов пациента интубируют, переводят на установку ВЧ ИВЛ; устанавливаются термодатчики (два датчика в средней трети пищевода и один в носовом ходу) с точностью измерения 0,1 °С. Температура фиксируется по максимальному показателю. При необходимости устанавливается назогастральный зонд. После обезболивания пациента погружают в ванну с водой (температура воды 45–45,5 °С). После периода адаптации (1–2 мин) начинается согревание пациента с постоянной конвекцией теплоносителя. Постепенно температура воды доводится до 46–46,5 °С. Во время процедуры пациенту вводятся метаболические и симптоматические препараты. За 15–20 мин температура тела пациента доводится до 42 ± 1 °С, и нагревание прекращается. Устанавливается мочевой катетер, про-

35

водится инфузионная терапия для устранения волемических расстройств. Пассивное охлаждение пациента и экстубация происходит в течение 30–50 мин.

Возможные осложнения. После процедуры возможно возникновение у пациента тошноты и рвоты, которые купируются обычными способами.

2.3.Обеспечение безопасности

2.3.1.Обоснование необходимости клинического применения общей пиковой гипертермии высокого уровня

Известно, что техническое проведение искусственной гипертермии, а также обоснование оптимальных и рациональных ее темпе- ратурно-экспозиционных режимов не имеют однозначных решений. При этом варианты локальной и общей гипертермии различными волновыми, иммерсионными и перфузионными методами не должны противопоставляться. Необходимо учитывать конкретные клинические ситуации и достигать максимального лечебного эффекта.

Ниже мы приводим аргументы, которые учитывались при изучении и обосновании применения общей гипертермии высокого уровня (до 44,0 °С).

Прежде всего необходимо ответить на вопрос: почему нужна искусственная гипертермия выше 43 °С? Ответ на этот вопрос очевиден не только для онкологии, но и для тех областей медицинской практики, где требуется селективный повреждающий эффект применяемого способа санации. В частности, это актуально для онкологической, вирусологической и аллергологической практики, когда необходимо достичь некробиоза и апоптоза злокачественных клеток, подавить ВИЧ-инфекцию или разрушить парапротеины и патологические иммуноглобулины (циркулирующие иммунные комплексы). В этом отношении уже получены внушающие доверие результаты исследований некоторых авторов. Еще Е. Kano (1987) установил, что «…энергия активации тепловой гибели злокачественной клетки при температурах свыше 43,0 °С и ниже 43,0 °С равна 150 ккал/моль и 360 ккал/моль соответственно…» Таким образом, можно длительно, как это делают во всем мире, подвергать организм ракового больного перегреванию до 41 °С в течение 1– 3 ч, в надежде на то, что раковые клетки в его организме окажутся менее устойчивы к повышенной температуре. А возможен и другой вариант, когда искусственно, в условиях адекватной анестезиоло-

36

гической защиты, обеспечивается быстрый выход на уровень 43,0– 43,5–44,0 °С и запускается биологический механизм апоптоза в раковых клетках. Отметим, что доктор Е. Каnо с сотрудниками в течение последующих 10 лет неоднократно подтверждал достоверность зарегистрированного феномена, принятого нами во внимание. Следует также отметить, что известный европейский авторитет профессор Ж. Матэ на 24-м гипертермическом конгрессе в Риме (сентябрь 2001 г.) также подтвердил, что «…апоптоз в опухолевых клетках запускается только при достижении температуры в 43,0 °С…»

Авторитет этих и других известных ученых позволяет достаточно обоснованно считать использование высокой температуры (выше 43 °С) принципиальным для онкологической практики. Более того, применение общей гипертермии в интервале 39–41 °С таит опасность диссеминации злокачественных клеток и стимуляции их роста.

2.3.2. Факторы риска при осуществлении общей гипертермии выше 43 °С и патогенетическое обоснование возможности их преодоления

Известно, что гомойотермные организмы «…приютились у самого порога тепловой смерти». Искусственное воспроизведение физической общей гипертермии даже в интервале 41–42 °С сопряжено

сриском развития опасных осложнений. Таковыми являются:

–тепловой шок;

–отек – набухание головного мозга;

–острая недостаточность кровообращения;

–гепаторенальный синдром;

–ARDS (острый респираторный дистресс-синдром);

–диссеминированное внутрисосудистое свертывание. Вероятность возникновения указанных осложнений особенно

велика у больных с онкологической патологией пожилого и старческого возраста, которым вынужденно применяют гипертермию на фоне уже существующих полиорганных дисфункций и общего плохого самочувствия.

В этой связи Окаяма (1994) справедливо заметил, что для клинического эффекта необходимо использование общей гипертермии до уровня в 43 °С, но летальность при этом достигает 17 %.

Однако с учетом нашего опыта использования методики общей пиковой гипертермии выше 43 °С, разработанной в Новосибирске и примененной более 2000 раз, причем пациенты успешно и

37

неоднократно переносили эту процедуру и у них не возникали осложнения и полиорганные дисфункции, есть основание утверждать, что принципиально возможно безопасное применение общей гипертермии высокого уровня.

Ниже приводятся некоторые патогенетические положения, которыми мы руководствовались в процессе разработки и совершенствования метода общей гипертермии высокого уровня (43,5– 44,0 °С).

Известно, что «…при реакциях клеток на действие повреждающих агентов и раздражителей белки протоплазмы претерпевают обратимые структурные изменения, не связанные с изменением атомного состава...» (Насонов Д.Н., 1964). Такие изменения осуществляются путем поворотов атомных групп вокруг одиночных связей.

Суть конформационных изменений белков заключается в перераспределении энергии связей и взаимодействий, которые могут приводить к разрывам существующих и установлению новых слабых взаимодействий, поддерживающих вторичную, третичную и четвертичную структуру белковой молекулы [Koshland, 1964].

Пространственная структура белковой молекулы поддерживается различными силами. Водородные мостики устанавливаются между кислородом карбонильной группы одной аминокислоты с иминным азотом другой (N–H…O=C). Они в основном поддерживают вторичную структуру белковых молекул. В архитектонике третичной структуры могут участвовать ковалентные дисульфидные связи (–S–S–). Влияние гидрофильных и гидрофобных участков белковой молекулы на расположение воды в ближайшем их окружении создает четвертичную структуру, определяющую стабильность белковой макромолекулы.

Также известно, что температурный максимум стабильности большинства белковых макромолекул лежит значительно ниже температуры их жизненного оптимума. Следовательно, повышение температуры относительно оптимума должно снижать стабильность белковых молекул. Причем повышение температуры в большей степени лабилизирует периферические, наиболее реактивные части макромолекулы, которые удалены от внутреннего гидрофобного ядра глобулы.

Процесс денатурации – это более или менее полное разрушение четвертичной, третичной и вторичной структур без гидролитического расщепления пептидных связей. Повышенная температура, по сравнению с другими хорошо известными денатураторами (мочевина, спирт, ацетамид), является наиболее универсальным

38

«разрушителем» макромолекулярной структуры. Конечно, при повышении температуры, в зависимости от ее уровня и времени воздействия, изменения макромолекул происходят стадийно: от легких нарушений стереохимической конфигурации до образования более или менее беспорядочного клубка полипептидных цепей с полной потерей функции.

Если процесс нарушения структуры макромолекулы незначителен, то прекращение нагревания и снижение температуры до исходного уровня дает возможность ренатурации. Восстановление исходной (нативной) структуры и возобновление функции – процесс значительно более длительный, чем повреждение, и зависит как от глубины обратимой денатурации, так и от вида белковых макромолекул.

По нашему мнению, процесс восстановления функции у различных белковых структур после нагревания пациента до 43–44 °С длится от 2 до 8–16 ч. За этот срок (после гипертермии) при соблюдении определенных условий постепенно восстанавливаются структура и функция всех здоровых белковых макромолекул. Однако для указанной закономерности имеется исключение, касающееся фермента с уникальными свойствами – трипсина. Известно, что этот фермент с относительно простой структурой и небольшой молекулярной массой после нагревания до 43–44 °С способен полностью восстановить свою функцию за 10–20 мин(!) (рис. 9). При этом возникает опасная патогенетическая ситуация: с одной стороны, огромное поле частично денатурированных белков организма (субстрат) и, с другой – активная, неспецифичная экзо-эндопро- теиназа трипсин (фермент), «готовый к бою». Недаром А. Ленинджер и А. Сент-Гьерги сравнивали его с «пружиной» или с «застеж- кой-молнией», поскольку протеиназы также являются денатураторами, причем они не ограничиваются нарушением структур высшего порядка и рвут пептидные связи, ломая первичную структуру белка. Высокий уровень протеолиза в перегретом организме создает условия для накопления большого количества олигопептидов средней молекулярной массы, что сопровождается развитием эндотоксемии. Другими словами, для многих белковых структур высокая температура вызывает частичную денатурацию макромолекул, а протеолиз их разрушает (рис. 10).

Отметим, что приведенная выше патогенетическая закономерность, на наш взгляд, является одним из ключевых положений, которое необходимо учитывать при обеспечении безопасности общей искусственной гипертермии.

39

Рис. 9.

Рис. 10.

40