ПерЕчень условных обозначений

АВА — артериовенозные анастомозы

АД — артериальное давление

ИКТ — инфракрасное тепловидение

ОГКТ — общая газовая криотерапия

ОГХВ — общее газовое холодовое воздействие

ОКТ — общая криотерапия

ОЦК — объём циркулирующей крови

ЧСС — частота сердечных сокращений

Введение

Общая газовая криотерапия (ОГКТ) находит все большее применение как в клинике при лечении различного рода заболеваний, так и в спортивной медицине для активации резервных возможностей организма, повышения работоспособности, сокращения сроков реабилитации спортсменов после перенесенных травм или больших физических нагрузок. Процедура состоит в общем охлаждении организма человека в течении нескольких минут при температуре хладагента минус 110°С и даже еще более низкой. Она сопровождается существенным изменением интенсивности кожного кровотока и температуры поверхности кожи [1]. Кратковременность холодового воздействия позволяет предотвратить сколь либо существенное изменение температуры ядра тела и мозга, а рациональный выбор режимов проведения процедуры (в частности, ее продолжительности) — обморожений кожных покровов.

Задача описания или предсказания теплового состояния человека при общей газовой криотерапии, равно как и в случае общей гипер- или гипотермии, не является задачей тривиальной и сугубо теплофизической. Любое сколь либо реалистичное описание процессов теплопереноса в организме человека и его теплообмена с окружающей средой должно учитывать функционирование системы терморегуляции, т.е. физиологические процессы, обуславливающие потение, мышечное дрожание, изменение интенсивности внутритканевого кровотока. Существующие математические модели, описывающие эти физиологические процессы, в сочетании с известными антропометрическими моделями и классическими уравнениями переноса энергии позволяют ставить и решать тепловую задачу при различных тепловых и холодовых воздействиях на организм человека. Актуальность в постановке и решении таких задач обусловлена как необходимостью разработки оптимальных режимов лечебного применения тепла или холода в медицине, так и потребностями медицинской инженерии при создании соответствующих комплексов по применению тепла или холода в лечебных целях [2]. Применительно к условиям ОГКТ такая информация полезна для оптимизации режима проведения процедуры и снижения риска каких либо неблагоприятных ее последствий. Подчеркнем, что в настоящее время не существует обоснованных индивидуальных методик проведения ОГКТ, а анализ временных эволюций температуры кожи пациента до, во время и после проведения ОГКТ может быть полезен при разработке такой методики.

Интенсивность установившегося, т.е. неизменного на протяжении некоторого времени, кожного кровотока является параметром, характеризующим, с одной стороны, величину тепловой (холодовой) нагрузки, с другой — эффективность работы системы терморегуляции при локальном или общем нагреве или охлаждении организма человека. Усиление кожного кровотока, например, при разогреве организма во время напряженной мышечной работы, обусловлено включением в работу артериовенозных анастомозов (АВА) и обеспечивает повышенный сброс тепла организмом или его частью, предохраняя таким образом биоткань от перегрева и термического повреждения. При холодовом воздействии на организм человека имеют место выключение части АВА и, как следствие, снижение уровня тканевого кровотока (перфузии крови) и увеличение теплового сопротивления оболочки тела Знание величины перфузии крови через кожу до (во время и после) локальной и общей криотерапии может быть полезно с точки зрения установления корреляционных связей между режимными параметрами проведения этой процедуры, различными индивидуальными параметрами спортсмена и изменением его работоспособности по окончании всех медико-терапевтических мероприятий [3].

Медицинская термография — это метод обследования пациентов с помощью специального прибора — тепловизора, позволяющего улавливать инфракрасное излучение и преобразовывать его в изображение – термограмму, которая регистрирует распределение тепла на поверхности тела.

Температура кожи является интегральным показателем, и в ее формировании принимают участие несколько факторов: сосудистая сеть (артерии и вены, лимфатическая система), уровень метаболизма в органах и теплопроводность кожи. При анализе термограмм должны учитываться все эти факторы. Главным из них является все-таки сосудистый, который и определяет основные направления использования инфракрасного тепловидения (ИКТ) в клинической медицине. Увеличение притока крови или, наоборот, его уменьшение, вызванное сужением сосудов (стеноз) или их закупоркой (окклюзия), приводит к повышению или снижению температуры тканей соответственно [4].

К несомненным достоинствам современной тепловизионной диагностики относится его способность определять заболевание задолго до его клинического проявления и даже при бессимптомном течении болезни. Кроме того, возможно обследовать весь организм сразу и в рамках одного обращения получить достоверную информацию о состоянии здоровья пациента.

Цели магистерской диссертации:

1. Определение влияния ОГКТ на морфологию поверхности клеток, их упругие характеристики, в частности, на модуль упругости.

2. Анализ изменения температуры некоторых участков кожи пациента после проведения сеанса общей газовой криотерапии.

3. Разработка программного обеспечения для построения графиков зависимости температуры точек тела от времени и расчёт среднего значения температуры для каждой точки.

Задачи:

1. Выделение форменных элементов крови и подготовка образцов для исследования.

2. Проведение оценки морфологических особенностей клеток с помощью атомно-силового микроскопа.

3. Проведение исследования локальных упругих характеристик клеток.

4. Визуализация форменных элементов крови человека в формате 3D.

5. Проведение термографического мониторинга кожных покровов тела пациента до и после ОГКТ.

Результаты представленной работы включаются в отчетные материалы ГПНИ «Междисциплинарные научные исследования, новые зарождающиеся технологии как основа устойчивого инновационного развития» (Конвергенция) задание 3.2.03.1 «Исследование процессов переноса тепла и массы в биологических объектах при температурном воздействии, создание математических моделей описания мембранных механизмов и процессов биосинтеза в клеточном ядре и разработка методических рекомендаций по созданию новых надотраслевых технологий будущего для медицины и биологии по повышению резистентности организма человека к неблагоприятным внешним воздействиям» (научный руководитель старший научный сотрудник, канд. техн. наук М.Л.Левин), а также договора с БРФФИ № 13-147 от 16 апреля 2013 г. «Влияние индивидуальных особенностей человека на теплообмен и тепловое состояние при общей газовой криотерапии» (научный руководитель старший научный сотрудник, канд. техн. наук М. Л. Левин).