Основные положения теплофизической теории криогенной терапии

Основные положения теплофизической теории криогенной терапии 

А.Ю. Баранов 

Человек не располагает органами чувств, способными оценить температуру охлаждающей среды. Оценка внешних температурных условий построена на информации поступающей от кожных холодовых рецепторов, которые контролируют температуру поверхности кожного покрова.

Холодовые рецепторы залегают ближе к поверхности (0,17 мм), чем тепловые (0,3 мм). Общее число терморецепторов около 280 тысяч, в том числе 250 тысяч холодовых. Преобладание холодовых рецепторов позволяет предположить, что воздействие низкими температурами способно оказывать большее стимулирующее действие. Способ размещения рецепторов обеспечивает точное наблюдение за изменением температуры поверхности эпителия, которая определяется интенсивность отвода теплоты к охлаждающей среде.

Известно, что оболочка тела легко переносят переохлаждение, а ткани при охлаждении на 10 - 12 С прекращают нормальную работу. Для широкого применения криогенной физиотерапии, распространение зоны переохлаждения следует ограничить объемом ядра. 

Холодовые рецепторы кодируют информацию о температуре кожи, она преобразуется в универсальные для мозга сигналы - нервные импульсы. Увеличение интенсивности раздражителя связано с увеличением частоты импульсной активности. 

Количественная связь между интенсивностью раздражителя и частотой сигналов определяется законом Стивенсона, который утверждает, что между ощущением и интенсивность физического раздражителя существует степенная зависимость. В качестве фактора раздражающего систему терморегуляции предложено рассматривать пороговый сигнал, т.е. сигнал, связанный с приближением температуры, регистрируемой рецепторами, к значению соответствующему терминальному порогу tтерм = -2,5 ?С . Учитывая инерционность терморегуляторных процессов справедливо предложить реакция анализатора на приближение температуры кожи к терминальному порогу имеет гиперболический характер, т.е. интенсивность сигналов от рецепторов кожного покрова многократно возрастает по мере приближения температуры кожи к пороговому значению.

Оценить интенсивность гипотермического раздражения Iрд в любой момент времени позволяет выражение:



где tэ - текущая температура поверхности эпителия, tтерм =-2,5 С - температура начала холодового поражения, а = 2, n = 2.



Рис. 1 Интенсивность гипотермического раздражения при различных значениях температуры поверхности эпителия.

Выражение 1 позволяет количественно описать интенсивность сигнала поступающего с единицы поверхности кожного покрова при различных значениях ее температуры. График изменения интенсивности гипотермического раздражения по мере снижения температуры поверхности эпителия приведен на рис.1. По графику видно, что при температуре эпителия более 2 С, интенсивность сигналов от холодовых рецепторов невелика. Но, по мере приближения к пороговому значению -2 С интенсивность тревожного сигнала возрастает гиперболически .

Основу реакции системы терморегуляции на приближение температуры эпителия к терминальному порогу обеспечивает информация, поступающая через экстралемнисковую сенсорную систему (подробнее в "Проводящие пути осознанной чувствительности"). Эта система эволюционно наиболее древняя, ее основу составляют первично-чувствующие, в частности холодовые рецепторы. Порог чувствительности первично-чуствующих рецепторов высок, они активируются только при сильных раздражениях, которые создают угрозу необратимого повреждения тканей. Экстралемнисковая системы имеет следующие отличительные характеристики. Она плохо распознает локализацию раздражения. Её рецепторы реагируют только на воздействие терминального уровня. Скорость проведения сигналов низкая: 0,4-1,5 м/с. Сигналы системы распределяются по всему отделу терморегуляции, поэтому сильный, но локализованный, сигнал не вызывает мощной ответной реакции и наоборот. При передаче информация утрачивает дискретность, теряется значительная доля сведений о локализации. Для активации экстралемнисковой системы необходимы грубые, на грани разрушения, воздействия на ткани. 

Экстралемнисковая сенсорная система интегрирует кодированные сигналы, поступающие от всех участков кожного покрова, поэтому общий объем информации об опасности, угрожающей организму, определяется не только интенсивностью, но площадью и продолжительностью раздражения. 

Когда интенсивность раздражения холодовых рецепторов для всех точек тела одинакова, суммарное раздражающее действие криогенной физиотерапии определяется из выражения:

(2)



где f - поверхность контакта теплоносителя и эпителия, Tmax - максимальная безопасная продолжительность процедуры. 

Для упрощения записей введена единица измерения раздражающего действия epд: ерд = (м2*с) / К , Sрд = [ерд], Iрд = [ ерд/( м2 * с) ]. 

Субъективное восприятие контакта с криогенной средой искажается тем, что изменение температуры кожи раздражает рецепторы, реагирующие на скорость изменения контролируемого параметра. Эти рецепторы принадлежат другому сенсорному каналу - лемнисковой сенсорной системе. 

Лемнисковая сенсорная система эволюционно появилась значительно позднее, она наиболее хорошо развита у приматов и человека. Скорость проведения сигналов высокая: 15 м/с. Система проводит точную информацию о локализации и интенсивности раздражения, поэтому является проводящим путем "быстрой" температурной чувствительности. Этот проводящий путь не отвечает за интерпретацию раздражения, а только различает и локализует его. 

Субъект острее воспринимает сигналы, поступающие по второму каналу холодовой чувствительности. Опираясь на субъективные ощущения многие врачи и пациенты связывают лечебный эффект процедуры именно с этими ощущениями и стремятся усилить гипотермический дискомфорт процедуры. В этом случае мощные сигналы лемнисковой системы могут вызывать тяжелые осложнения вплоть до острых сердечных приступов. Усиление дискомфорта пациента в ходе процедуры бесполезно с лечебной точки зрения, поэтому следует стремится к снижению дискомфорта. Для количественной оценки ощущений субъекта в ходе криотерапии введено понятие индекса гипотермического дискомфорта:

Kгд = òTэ/òt [K/c] 

Предложенная система количественных критериев позволяет анализировать эффективность работы гипотермических систем, совершенствовать гипотермические технологии без использования опасных для пациента методик.

Широкое применение основных положений теплофизической теории в сочетании с методами математического моделирования процессов охлаждения покровообразующих тканей позволило за короткий срок выполнить большой объем исследований и получить много новой информации. Результаты исследований неоднократно докладывались на международных конференциях и получили признание и поддержку.