Исследование факторов повреждения биотканей для создания криохирургического оборудования

УДК 616-7

DOI 10.21685/2072-3032-2016-4-13

А. В. Пушкарев, А. О. Васильев, С. А. Шептунов, Д. И. Цыганов

ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ ПОВРЕЖДЕНИЯ БИОТКАНЕЙ ДЛЯ СОЗДАНИЯ КРИОХИРУРГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ1

Аннотация.

Качество оказания медицинской помощи связано с внедрением новых достижений науки и техники. На практике использование лазерных, ультразвуковых, криогенных, робот-ассистированных комплексов привело к возникновению и быстрому развитию современных методов диагностики и лечения. К таким методам относится применение низкотемпературного воздействия на целевые участки биологической ткани - криохирургия. На сегодня существует большое количество разнообразного криохирургического оборудования. Но конструкция и рабочие характеристики данных аппаратов требуют доработки и усовершенствования в соответствии с известными факторами, влияющими на процессы криодеструкции. Цель работы - обзор факторов, которые оказывают влияние на повреждение и разрушение биообъектов для выявления необходимых характеристик криохирургического оборудования.

Ключевые слова: криохирургическое оборудование, низкотемпературное воздействие на биоткани, комбинированное воздействие, усиление криовоз-действия, характеристики криооборудования.

A. V. Pushkarev, A. O. Vasil'ev, S. A. Sheptunov, D. I. Tsyganov

RESEARCH OF BIOLOGICAL TISSUES INJURY FACTORS FOR CRYOSURGERY EQUIPMENT DESIGN

Abstract.

The quality of medical aid rendering is connected with introduction of new achievements in science and technology. Usage of laser, ultrasonic, cryogenic, robot -assisted complexes has led to occurrence and development of modern methods of diagnostics and treatment. One of these methods is low-temperature impact on target areas of biological tissues - cryosurgery. Today there is a large amount of various cryosurgical equipment. However, the design and performance data of these devices demand improvement according to the known factors influencing cryodestruction processes. The purpose of the work is to review factors that have an impact on damaging and destructing of bioobjects in order to reveal necessary characteristics of the cryosurgical equipment.

Key words: cryosurgical equipment, low-temperature impact on tissues, combined influence, reinforcement of cryo-influence, characteristic of cryoequipment.

Введение

Применение охлаждения в качестве эффективного средства ослабления боли, лечения травм и воспалений было известно еще со времен древних греков, но криохирургия получила признание как приемлемая медицинская методика

1 Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект 16-1910567).

лишь с 1960-х гг. История развития и практическое применение криохирургии описано во множестве публикаций [1-6].

Сфера применений данного типа хирургии постоянно расширялась и в настоящее время охватывает почти все разделы медицинской науки, начиная от патологии ЛОР-органов, пищеварительного канала и заканчивая гинекологией и урологией [5].

Сегодня за рубежом в качестве метода выбора криохирургия широко используется в онкохирургии предстательной железы, почек и печени, также часто используется в лечении недоброкачественных и доброкачественных опухолей и других локализаций, таких как кожа, прямая кишка, мозг, кости, легкие, молочная железа. Данный метод перспективен в качестве альтернативного метода с минимальным повреждением окружающих опухоль здоровых тканей [7, 8]. Кроме этого, криохирургия имеет и другие как экспериментальные, так и клинические применения. Николай Корпан представил следующие направления применения данного метода, помимо приведенных выше: поджелудочная железа, келоидные и гипертрофированные рубцы, пластическая криохирургия, шея, лимфатические узлы, проктология [9].

В РФ в настоящий момент внедряются технологии многозондовой ма-лоинвазивной криохирургии, которые используется в первую очередь в урологии [10, 11].

На практике врачи встречаются с трудностями при проведении криохирургических операций, выражающимися в сложности прогнозирования тепловых полей в целевой зоне, недостаточности холодопроизводительности криохирургического оборудования, а также отсутствии расчетных режимов работы криоинструментов, основанных на факторах повреждения конкретного типа биологического новообразования с учетом индивидуальных особенностей пациента. Следовательно, важно понимать факторы и механизмы, оказывающие влияние на повреждение и разрушение биообъектов для создания оборудования, отвечающего необходимым требованиям.

Повреждения биоткани при низкотемпературном воздействии можно разделить на первичное, связанное с непосредственной деструкцией клеток под действием низких температур, и вторичное - в результате нарушения гемодинамики и в ходе асептического воспаления целевой зоны [12].

1. Первичное повреждение ткани при низкотемпературном воздействии

Основными факторами, оказывающими влияние на первичное повреждение и разрушение биотканей, являются достигаемая температура в целевой области, скорость охлаждения, скорость оттаивания, время выдержки достигнутой температуры, механические напряжения в объеме ткани вследствие разницы удельных объемов жидкости и льда. Следует выделить отдельные факторы, которые относятся к способам усиления криогенного воздействия - многократные циклы замораживания-оттаивания, введение в зону воздействия различных растворов, предварительное сверхвысокочастотное (СВЧ) или ультразвуковое (УЗ) воздействие, создание предварительной ишемии, многозондовое вмешательство.

В большинстве случаев в качестве температуры некроза (необходимая температуры для разрушения целевой зоны) используют значение минус 40 °С [13-16]. Были проведены испытания на крысах, в которых подвергали крио-

воздействию ткани колоректального рака печени. По всему объему зоны была достигнута температура минус 38 °С, и впоследствии не было рецидивов [17]. Это дало основания выдвинуть гипотезу о том, что для достижения некроза достаточна температура минус 40 °С. Для тканей предстательной железы температурой некроза принята также температура минус 40 °С [3]. По тканям легкого у исследователей данные расходятся. Так в работах [18, 19] приводится температура минус 30 °С, тогда как в [20] - минус 50 °С. Клетки тканей почек подвергаются некрозу при температуре минус 20 °С [3], для печени рекомендуют минус 50 °С [21]. Некоторые исследователи приводят минус 20 °С как температуру, при которой погибают клетки ткани и комплекс капилляров ней, при этом не ссылаются на определенный тип [22].

Как утверждает L. R. Hayes, скорость охлаждения является решающим фактором выживаемости замороженных клеток [23]. Однозначно характер образования твердой фазы в клетках ткани зависит от того, образуются затравочные кристаллы или нет, а также от скорости изменения температуры при понижении температуры (рис. 1).

Рис. 1. Характер процесса в клетках и межклеточном пространстве при низкотемпературном воздействии: 1 - медленное охлаждение; 2 - быстрое охлаждение; 3 - сверхбыстрое охлаждение; 4 - внеклеточные кристаллы льда; 5 - дегидратированная клетка; 6 - аморфная структура

Скорости охлаждения в численном виде классифицируются согласно табл. 1 [22, 24].

Таблица 1

Скорость охлаждения Числовой диапазон скорости охлаждения

1. Очень медленное до 10 °С/ч

2. Медленное от 10 °С/ч до 10 ° С/мин

3. Быстрое от 10 °С/мин до 60 °С/мин

4. Очень быстрое от 1 °С/с до 100 °С/с

5. Сверхбыстрое Более 100 °С/с

Каждый тип клеток обладает так называемой своей «кривой выживаемости» (сигнатура выживаемости), в соответствии с которой наиболее веро-

ятная выживаемость обеспечивается оптимальной скоростью охлаждения, с двух других сторон от этой скорости вероятность разрушения клетки увеличена [3]. При оптимальной скорости замораживания должна происходить умеренная дегидратация клеток, что препятствует образованию крупных кристаллов внутри клетки (рис. 2).

Vonm Vcxn. ° С/мин

Рис. 2. Кривая выживаемости

В большинстве работ по определению кривой выживаемости для того или иного типа клеток использовались тесты сразу после замораживания и оттаивания [25]. Был разработан атлас выживаемости клеток на карте скоростей охлаждения для различных типов клеток [26]. Стоит подчеркнуть, что данные кривые выживаемости имеют приблизительный характер, так как они получены при исследовании клеток и их суспензий, а не цельных биологических тканей, представляющих собой более сложную многокомпонентную структуру.

При медленной скорости охлаждения происходит внеклеточная (межклеточная) кристаллизация. В зарубежной литературе данный процесс носит название Solution effect [21, 27, 28]. В работах [29, 30] этот эффект называют одной из главных причин разрушения клетки от замораживания. Внеклеточная кристаллизация состоит из нескольких этапов. Сначала кристаллы начинают расти. Так как межклеточные растворы содержат много растворенных веществ с различными температурами эвтектики, следовательно, при их замерзании компоненты системы охлаждаются в различное время и относительная концентрация растворенного вещества повышается вместе с общей концентрацией раствора [31]. Внутриклеточная жидкость покидает клетку через мембрану благодаря явлению осмоса. Осмос представляет собой процесс односторонней диффузии через полунепроницаемую мембрану клетки молекул растворителя в сторону большей концентрации растворенного вещества из объема с меньшей концентрацией растворенного вещества. Создается гиперосмотическая окружающая среда с дегидратацией клеток и последую-

щим обезвоживанием и гибелью клеток [32, 33]. Также потеря воды является причиной сокращения клеток, повреждения мембран и компонентов. Наступает момент, когда сокращение клетки достигло максимального значения, хотя внеклеточная концентрация продолжает расти. Когда градиент концентрации значительный, растворы внеклеточной жидкости пропускаются в клетку, что приводит к воздействию механической силы на клетки, которая повреждает и разрушает клетки. То есть при внеклеточной кристаллизации разрушение клетки происходит или из-за обезвоживания вследствие дегидратации клетки, или из-за воздействия механической силы на клетку.

При быстрой скорости охлаждения происходит внутриклеточная кристаллизация. Внутриклеточная жидкость не может быстро покинуть клетку для поддержания осмотического равновесия между внутри- и внеклеточными растворами и переохлаждается, становится все более нестабильной. Эта неустойчивость приводит к образованию зародышей льда и внутриклеточной кристаллизации. Внутриклеточные кристаллы льда необратимо разрывают мембрану клетки из-за расширения в объеме. В то же время нарушается правильное функционирование органелл клетки и разрушаются раковые клетки [21, 25, 30]. Показано, что увеличение скорости охлаждения на периферии целевого опухолевого узла в пределах от 2-3 °С/мин до 12-15 °С /мин, а также снижение температуры в диапазоне от 268 до 228 К (от -5 до -45 °С) сопровождается достоверным усилением деструктивного эффекта в 2-3 раза [34].

Скорость оттаивания влияет на вероятность выживаемости/гибели клеток после низкотемпературного воздействия. При медленной (естественной) скорости оттаивания возрастает вероятность рекристаллизации внутри клетки, так как небольшие кристаллы льда в процессе отогрева агрегируются с образованием более крупных кристаллов, что в свою очередь приводит к повреждению содержимого клетки и повышению вероятности разрушения клетки. При высокой скорости оттаивания вероятность выживания клетки возрастает [3, 35]. Оценено влияние скорости отогрева при криовоздействии на опухоли в условиях in vivo. Выявлено, что увеличение скорости отогрева в 2-3 раза, по сравнению с естественным, приводит к уменьшению повреждающего эффекта низкотемпературного воздействия [34].

В зарубежной литературе фактор времени выдержки носит название hold time. Это время работы криохирургической установки, когда температура некроза в целевой области уже достигнута или ниже. В большинстве медицинских центров время выдержки составляет 15 мин [13, 36].

На повреждение тканей при криовоздействии оказывают влияние механические напряжения, возникающие в объеме биоткани из-за разницы в удельных объемах жидкости и льда, а также термомеханические напряжения, которые возникают в объеме увеличивающейся зоны заморозки под действием разницы температур и фазового перехода жидкости в твердое вещество. Такие напряжения могут приводить в деформации, сопровождающейся вспучиванием, взаимным смещением участков ткани, образованием трещин, что в итоге приводит к повреждению и разрушению биологической ткани [12].

Для перекрытия зоной замораживания и некроза всей целевой области используется технология многозондовой криохирургии [37]. Применяются криозонды диаметром не более 1,5 мм, что позволяет проводить малоинва-зивные пенетрационные операции с минимальной потерей крови. В качестве

рабочего вещества используется аргон высокого давления. Криоинструменты представляют собой микродроссельные устройства. Недостатком данной системы является небольшая холодопроизводительность зондов и, следовательно, небольшие скорости охлаждения вокруг него.

2. Способы усиления криогенного воздействия

К способам усиления криогенного воздействия на биообъекты относятся многократные циклы замораживания-оттаивания, которые увеличивают зону замораживания и некроза в среднем на 15-20 % [3, 38]. На практике в большинстве криоопераций используют двойной цикл замораживания с естественным оттаиванием. Использование тройного цикла заморозки было предложено для большего цитотоксического эффекта в более волокнистых опухолях и тканях [27, 39]. Усиление зоны гибели клеток происходит, как считает Б. К. WЫttaker, по причине зависимости размеров кристаллов льда от числа циклов заморозки [40]. Дополнительно следует добавить, что зона замораживания и некроза увеличивается на втором и последующем охлаждении, так как начальная температура целевой области ниже начальной температуры перед первым замораживанием и уменьшается влияние мелких кровеносных сосудов, которые попали в зону замораживания при первом воздействии.

К усилению низкотемпературного воздействия приводит введение в область разрушения раствора лидокаина, адреналина, дистиллированной воды, что приводит к возрастанию зоны крионекроза на 15-20 % [12, 41]. Увеличение жидкой фазы в целевой области воздействия ведет к увеличению интенсивности замораживания ткани ниже криоскопической температуры, так как коэффициент теплопроводности льда примерно в 4 раза выше, чем у воды.

Низкотемпературное воздействие в сочетании с предварительным сверхвысокочастотным излучением или ультразвуковым воздействием приводит к повышению эффективности метода. Сторонние исследования показали, что объем зоны замораживания увеличивается от 60 до 100 % после комбинированного СВЧ и криовоздействия по сравнению с обычным из-за более интенсивного вымерзания влаги [42, 43]. Проводились исследования по динамике льдообразования при СВЧ-криовоздействии на образцах печени кролика методом ядерного магнитного резонанса. Выявлено, что количество вымерзшей воды в данных образцах на 10-15 % больше, чем в контрольных, подвергшихся только низкотемпературному воздействию [44]. Существует предположение, что точкой приложения СВЧ-поля являются дипольные структуры, основную часть которых представляет связанная вода [45]. Под действием СВЧ полярные молекулы переходят в возбужденное состояние, возникают резонансные явления. Могут меняться зоны гидратации, возникать разрывы межмолекулярных связей [46]. Все перечисленное дестабилизирует структуру воды, приводит ее в более подвижное состояние и в более чувствительное к различным воздействиям. То есть СВЧ-поле воздействует на водную решетку биологических тканей, в результате чего возрастает содержание свободной жидкости и повышается доля замороженной воды при низких температурах. Это ведет к увеличению коэффициента теплопроводности зоны воздействия. Проводились исследования, направленные на выявление оптимальных режимов СВЧ-воздействия для максимального крионекроза. За основу было взято изучение коэффициента теплопроводности ткани в зависи-

мости от времени и параметров СВЧ-излучения. Использовался прибор «Плот» с длиной волны 33 см, диаметром облучателя 3 см и частотой колебаний 915 МГц. Объектом исследования была печень кроликов как in vitro, так и in vivo. Выявлено, что для максимальной эффективности низкотемпературного воздействия достаточно СВЧ-излучение с мощностью 10 Вт и временем 3 мин in vitro и 3-5 мин in vivo. Было показано, что наиболее оптимальное время криовоздействия - сразу после СВЧ-излучения и первые 5 мин после него, далее идет резкое снижение коэффициента теплопроводности. Это подтвердилось в дальнейшем на эксперименте, который показал, что после облучения в течение первых 5 мин зона некроза значительно повышается по сравнению с контрольной группой, тогда как через 30 мин после облучения не отмечается увеличение зоны некроза. Также было показано, что морфологическая картина СВЧ-крионекроза принципиально ничем не отличается от картины обычного крионекроза. Это доказывает, что микроволны не влияют на положительные стороны низкотемпературного воздействия [47]. Следовательно, повышением коэффициента теплопроводности можно в определенной степени объяснить усиление криовоздействия. Но есть версия, что усиление воздействия из-за СВЧ-излучения связано с его тепловым эффектом. Опирается это предположение на то, что мощность используемого излучения достаточна для гипертермии биообъектов, а также на то, что глубина замораживания близка к глубине прогрева. Прогрев тканей стимулирует нервную систему и систему кровообращения, что проявляется на микроуровне в повышении проницаемости физиологических «фильтров» между кровью и тканевой жидкостью, стимуляции окислительно-восстановительных и обменных процессов. Вероятно, вследствие этих процессов происходит снижение устойчивости биологических образований к понижению температуры [3].

Применение комбинированного ультразвукового низкотемпературного воздействия способствует повышению диаметра зоны некроза на 20 %, объем зоны повышается в два раза [3].

3. Вторичное повреждение ткани при низкотемпературном воздействии

Вторичное повреждение биоткани происходит из-за нарушения гемодинамики и в ходе асептического воспаления. Изменяются реологические свойства крови - вязкость и текучесть. Это характерно для коагуляционного воздействия и охлаждения, идет возникновение стазов, тромбозов. Также присутствуют рефлекторные реакции со стороны сосудистого русла, приводящие к блокаде кровотока в очаге криовоздействия и, следовательно, формированию очага ишемии и развитию воспалительной реакции. В настоящее время общепризнано, что вклад сосудистых нарушений не уступает значению термического сопротивления [12].

Заключение

Как показывает литературный обзор, существует две группы факторов, влияющих на процессы деструкции при низкотемпературном влиянии на биоткани. При проектировании и создании криохирургического оборудования в первую очередь следует учитывать факторы, оказывающие первичное повреждение. Основными из них являются температура некроза, а также скорость охлаждения. Современные криоаппараты не могут обеспечить достаточно

быструю скорость изменения температуры по всему объему целевой области. Поэтому ключевым параметром криохирургического оборудования должна стать возможность создания необходимой скорости замораживания во всей зоне. Решением этой задачи является применение многозондовой технологии, при этом необходима разработка более эффективных зондов с повышенной холодильной мощностью.

Следует учитывать объем новообразования и его теплофизические свойства при выборе или проектировании криохирургического оборудования. При больших значениях объемов невозможно осуществить заморозку биообъекта с необходимым дозированием. В этих случаях требуется разработка специальных аппаратов, сочетающих в себе комбинированное воздействие. При этом параметры проектируемого оборудования должны быть научно обоснованы с точки зрения приведенных факторов.

Для прогнозирования низкотемпературного воздействия важны характеристики применяемого оборудования. На стадии проектирования есть возможность осуществлять теплофизическое моделирование на биообъекты и анализировать результаты при различных вариантах параметров создаваемого оборудования. Учет факторов повреждения биоткани при создании криохирургического оборудования является необходимым условием для достижения положительного результата лечения при последующем использовании аппаратов.

Список литературы

1. Kecheng, Xu. Modern Cryosurgery for Cancer / Xu Kecheng, N. Nikolai, N. Lizhi. -Singapore, World Scientific Publishing, 2012. - P. 940

2. Говоров, А. В. Опыт криоаблации предстательной железы / А. В. Говоров,

B. Ю. Иванов, Д. Ю. Пушкарь // Экспериментальная и клиническая урология. -2011. - № 2-3. - С. 40-42.

3. Цыганов, Д. И. Криомедицина: процессы и аппараты : моногр. / Д. И. Цыганов. - М. : САЙНС-ПРЕСС, 2011. - 304 с.

4. Budrik, V. V. Physical fundamentals of cryomethods in medicine (cryosurgery, cry therapy, hypothermia and cryopreservation) : Training Manual : trans. from Rus. / V. V. Budrik ; ed. by F. Lugnani, L. N. Semenova. - ISC, 2010. - 140 p.

5. Альперович, Б. И. Исторический очерк криохирургии в России. Криохирургия в гепатологии / Б. И. Альперович // Достижения криомедицины : материалы Междунар. симпозиума. - СПб., 2001. - С. 4-21.

6. Васильев, С. А. Применение криохирургического метода в нейрохирургии /

C. А. Васильев, С. Б. Песня-Прасолов // Нейрохирургия. - 2009. - № 4. - С. 63-70.

7. Riikstails, D. Handbook of Urologic Cryoablation / D. Rukstails, A. Katz. - Informa UK Ltd, 2007. - P. 192.

8. Tanaka, D. Two-phase computerized planning of cryosurgery using bubble-packing and force-field analogy / D. Tanaka, K. Shimada, Y. Rabin // Journal of Biomechanical Engineering. - 2006. - Vol. 128. - P. 49-58.

9. Korpan, N. N. Modern Cryosurgery: Present and Future / Korpan N. N., S. Sumida // 16th World Congress of the ISC, Congress Book. - Vienna : University Facultas Publisher, 2011. - P. 29-30.

10. Говоров, А. В. Криоаблация предстательной железы : метод. рекомендации / А. В. Говоров, Д. Ю. Пушкарь, А. О. Васильев. - М., 2015. - 24 с.

11. Криоаблация простаты у пациентов с местнораспространенным раком предстательной железы: клинико-экспериментальное обоснование / А. В. Говоров,

А. О. Васильев, А. В. Пушкарев, Д. И. Цыганов, Д. Ю. Пушкарь // Качество. Инновации. Образование : сб. тр. науч.-практ. конф. «Роботические технологии в медицине». - М., 2016. - C. 33-38.

12. Современная концепция разрушения биологических тканей при локальной крио-деструкции / В. В. Шафранов, Е. Н. Борхунова, Д. И. Цыганов, А. И. Торба, А. В. Таганов, Л. П. Межов-Деглин, З. В. Калмыкова, О. А. Подшивалова // Гуманитарный вестник. - 2013. - № 12. - С. 1-19.

13. Comparison of ice-ball diameter and temperature distribution achieved with 3 mm ac-cuprobe cryopobes in porcine and human liver tissue and human colorectal liver metastases in-vitro / F. Popken, J. K. Seifert, R. Engelmann, P. Dutkowski, F. Nassir, T. Junginger // Cryobiology. - 2000. - № 40. - P. 302-310.

14. Cryoablation of unresectable malignant liver tumors / M. Shafir, R. Shapiro, M. Sung, R. Warner, A. Sicular, A. Klipfel // Am. J. Surg. - 1996. - № 171. - P. 27-31.

15. A model for the time dependent three dimensional thermal distribution within iceballs surrounding multiple cryoprobes / J. C. Rewcastle, G. A. Sandison, K. Muldrew, J. C. Saliken, B. J. Donnelly // Medical Physics. - 2001. - № 28 (6). - P. 1125-1137.

16. Larson, T. R. In vivo interstitial temperature mapping of the human prostate during cryosurgery with correlation to histopathologic outcomes / T. R Larson, D. W. Robertson, A. Corica, D. G. Bostwick // Urology. - 2000. - № 55. - P. 547- 552.

17. El-Shakhs, S. A. Effective hepatic cryoablation: Does it enhance tumor dissemination? / S. A. El-Shakhs, S. A. Shimi, A. Cuschieri // World J. Surg. - 1999. - № 23. -P. 306-310.

18. Расчет эффективности времени замораживания при криохирургии рака легкого на основе моделирования по методу Годунова / Т. Г. Котова, В. И. Коченов,

C. Н. Цыбусов, Д. Ю. Мадай, А. В. Гурин // Современные технологии в медицине (СТМ). - 2016. - № 1 (8). - С. 48-54.

19. Kumar, S. Numerical study on phase change heat transfer during combined hyperthermia and cryosurgical treatment of lung cancer / S. Kumar, V. K. Katiyar // Int. J. of Appl. Math and Mech. - 2007. - № 3 (3). - P. 1-17.

20. Comparison of dual- and triple-freeze protocols for pulmonary cryoablation in a Tibet pig model / N. Lizhi, L. Jialiang, C. Jibing, Z. Liang, W. Binghui, Z. Jianying, F. Gang,

D. Chunjuan, Y. Fei, C. Zhixian, L. Yin, D. Min, D. Chunmei, Bo Zhang, L. Maoxin, X. Keqiang, Z. Jiansheng, X. Kecheng // Cryobiology. - 2012. - № 64. - P. 245-249.

21. Chua, K. J. An analytical study on the thermal effects of cryosurgery on selective cell destruction / K. J. Chua, S. K. Chou, J. C. Ho // Journal of Biomechanics. - 2007. -№ 40. - P. 100-116.

22. Архаров, А. М. Разработка и исследование систем и оборудования для криохирургии. Часть 2 / А. М. Архаров, Е. И. Микулин, В. М. Чернышев, Б. А. Ярови-цын // Отчет по научно-исследовательской работе. - М., 1980. - 41 c.

23. Hayes, L. J. Prediction of local cooling rates and cell survival during the freezing of cylindrical specimens / L. G. Hayes, K. R. Diller, H. J. Chang, H. S. Lee // Cryobiology. - 1988. - № 25. - P. 67-82.

24. Лозино-Лозинский, Л. К. Очерки по криобиологии. Адаптация и устойчивость организмов и клеток к низким и сверхнизким температурам / Л. К. Лозино-Лозинский. - Л. : Наука, 1972. - 288 с.

25. Rubinsky, B. Cryosurgery / B. Rubinsky // Annual Review of Biomedical Engineering. - 2000. - № 2. - P. 157-187.

26. Bald, W. B. Optimizing the cooling block for the quick freeze method / W. B. Bald // J. Microsc. - 1983. - № 131 (1). - P. 11-23.

27. Liu, Z. A finite element model for ice ball evolution in a multi-probe cryosurgery / Z. Liu, K. Muldrew, R. Wan, J. C. Rewcastle // Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering. - 2003. - № 6 (3). - P. 197-208.

28. Mazu r, P. Kinetics of water loss from cells at subzero temperatures and likelihood of intracellular freezing / P. Mazur // J. Gen. Physiol. - 1963. - № 47. - P. 347-369.

29. Lovelock, J. E. The haemolysis of human red blood cells by freezing and thawing / J. E. Lovelock // Biochemical Biophysics Acta. - 1953. - № 10. - P. 414-426.

30. Orpwood, R. D. Biophysical and engineering aspects of cryosurgery / R. D. Or-pwood // Physics in Medicine and Biology. - 1981. - № 26 (4). - P. 555-575.

31. Разработка и исследование систем и оборудования для криохирургии. Часть 1 /

A. M. Архаров, O. A. Алентьева, B. M. Чернышев, B. B. Шишов, Б. А. Яровицын, М. И. Перельман, Л. М. Гудовский, М. Эшбеков // Отчет по научно-исследовательской работе. - М., 1977. - 32 с.

32. A model for the time-dependent thermal distribution within and iceball surrounding a cryoprobe / J. C. Rewcastle, G. A. Sandison, L. J. Hahn, J. C. Saliken, J. G. McKinnon,

B. J. Donnelly // Phys. Med. Biol. - 1998. - № 43. - P. 3519-3534.

33. Mazur, P. The role of intracellular freezing in the death of cells cooled at supraoptimal rates / P. Mazur // Cryobiology. - 1977. - № 14. - P. 251-272.

34. Трушина, В. А. Влияние различных температурно-временных режимов крио-воздействия на опухоли в эксперименте : дис. ... канд. биол. наук / Трушина В. А. -Киев ; М., 1984. - 169 c.

35. Maiwand, M. O. Biological effects of low temperature / M. O. Maiwan // Cryosurgery. - 2005. - № 11. - P. 11-12.

36. Die Kryotherapie von Lebermetastasen: Erste Ergebnisse / Th. Junginger, J. K. Seifert, T. F. Weigel, A. Heintz, K. F. Kreitner, C. D. Gerharz // Med. Klinik. - 1998. - № 93. -P. 517-523.

37. Теплофизическое моделирование криохирургической операции на примере рака предстательной железы / А. О. Васильев, А. В. Говоров, А. В. Пушкарев, Д. И. Цыганов, А. В. Шакуров // Технологии живых систем. - 2014. - № 11(4). -

C. 47-53.

38. Zacarian, S. A. Crysurgery effective for granuloma faciale / S. A. Zacarian // J. Dermatol. Surg. Oncol. - 1985. - № 11 (1). - P. 11-13.

39. Gage, A. A. Cryosurgery - the search for an optimal technique // Cryo 2001, 38th Meeting of the Society for Cryobiology. - Edinburgh : University of Edinburgh, UK, 2001. - P. 47.

40. Whittaker, D. K. Repeat freeze cycles in cryosurgery of oral tissues / D. K. Whit-taker // Br. Dental. J.V. - 1975. - № 139. - P. 359-465.

41. Passy, V. A comparison of clinical response to epinephrine / V. Passy, G. D'Ablaing, F. M. Jr. Turnbull, H. Von Leden // Laryngoscope. - 1971. - № 81. - P. 1917-1925.

42. Веденков, В. Г. Криогенная медицинская техника : метод. рекомендации / В. Г. Веденков, Н. И. Жолобов, T. П. Птуха ; под общ. ред. Б. И. Леонова. - М. : ВНИИМТ, 1991. - 54 с.

43. Грищенко, В. И. Практическая криомедицина / В. И. Грищенко, Б. П. Сандо-мирский. - Киев : Здоровье, 1987. - 245 с.

44. СВЧ- и криовоздействие на биоткани в эксперименте и клинике / В. В. Шафранов, Ю. В. Тен, В. Г. Резницкий, Д. И. Цыганов, В. А. Кожевников // Криобиология. -1988. - № 2. - С. 38-42.

45. Штемпер, В. М. Исследование некоторых сторон биологического действия микроволн : автореф. дис. ... канд. биол. наук / Штемпер, В. М. - М., 1974. - 31 с.

46. Келоидные рубцы. Новые технологии лечения. Часть 2 / В. В. Шафранов, Е. Н. Борхунова, А. В. Таганов, В. В. Гладько, Н. Г. Короткий, А. В. Гераськин,

A. В. Письменкова. - М. : РАЕН, 2009. - 191 с.

47. Комбинированное микроволновое и криовоздействие на биоткани в эксперименте и клинике / В. В. Шафранов, Ю. В. Тен, В. Г. Резницкий, Д. И. Цыганов,

B. А. Кожевников // Криобиология. - 1988. - № 4 - С. 27-32.

References

1. Kecheng Xu., Nikolai N., Lizhi N. Modern Cryosurgery for Cancer. Singapore, World Scientific Publishing, 2012, p. 940

2. Govorov A. V., Ivanov V. Yu., Pushkar' D. Yu. Eksperimental'naya i klinicheskaya urologiya [Experimental and clinical urology]. 2011, no. 2-3, pp. 40-42.

3. Tsyganov D. I. Kriomeditsina: protsessy i apparaty: monogr. [Cryomedicine: processes and equipment: monograph]. Moscow: SAYNS-PRESS, 2011, 304 p.

4. Budrik V. V. Physical fundamentals of cryomethods in medicine (cryosurgery, cry therapy, hypothermia and cryopreservation): Training Manual: trans. from Rus. ISC, 2010, 140 p.

5. Al'perovich B. I. Dostizheniya kriomeditsiny: materialy Mezhdunar. Simpoziuma [Achievements of cryomedicine: proceedings of the International symposium]. Saint-Petersburg, 2001, pp. 4-21.

6. Vasil'ev S. A., Pesnya-Prasolov S. B. Neyrokhirurgiya [Neurosurgery]. 2009, no. 4, pp. 63-70.

7. Rukstails D., Katz A. Handbook of Urologic Cryoablation. Informa UK Ltd, 2007, p. 192.

8. Tanaka D., Shimada K., Rabin Y. Journal of Biomechanical Engineering. 2006, vol. 128, pp. 49-58.

9. Korpan N. N., Sumida S. 16th World Congress of the ISC, Congress Book. Vienna: University Facultas Publisher, 2011, pp. 29-30.

10. Govorov A. V., Pushkar' D. Yu., Vasil'ev A. O. Krioablatsiya predstatel'noy zhelezy: metod. rekomendatsii [Cryoablation of prostate gland: guidelines]. Moscow, 2015, 24 p.

11. Govorov A. V., Vasil'ev A. O., Pushkarev A. V., Tsyganov D. I., Pushkar' D. Yu. Kachestvo. Innovatsii. Obrazovanie: sb. tr. nauch.-prakt. konf. «Roboticheskie tekhnologii v meditsine» [Quality. Innovations. Education: proceedings of the scientific conference "Robotic technologies in medicine"]. Moscow, 2016, pp. 33-38.

12. Shafranov V. V., Borkhunova E. N., Tsyganov D. I., Torba A. I., Taganov A. V., Mezhov-Deglin L. P., Kalmykova Z. V., Podshivalova O. A. Gumanitarnyy vestnik [Bulletin of humanities]. 2013, no. 12, pp. 1-19.

13. Popken F., Seifert J. K., Engelmann R., Dutkowski P., Nassir F., Junginger T. Cryobiology. 2000, - № 40. - P. 302-310.

14. Shafir M., Shapiro R., Sung M., Warner R., Sicular A., Klipfel A. Am. J. Surg. 1996, no. 171, pp. 27-31.

15. Rewcastle J. C., Sandison G. A., Muldrew K., Saliken J. C., Donnelly B. J. Medical Physics. 2001, no. 28 (6), pp. 1125-1137.

16. Larson T. R., Robertson D. W., Corica A., Bostwick D. G. Urology. 2000, no. 55, pp. 547- 552.

17. El-Shakhs S. A., Shimi S. A., Cuschieri A. World J. Surg. 1999, no. 23, pp. 306-310.

18. Kotova T. G., Kochenov V. I., Tsybusov S. N., Maday D. Yu., Gurin A. V. Sovremen-nye tekhnologii v meditsine (STM) [Modern technologies in medicine]. 2016, no. 1 (8), pp. 48-54.

19. Kumar S., Katiyar V. K. Int. J. of Appl. Math andMech. 2007, no. 3 (3), pp. 1-17.

20. Lizhi N., Jialiang L., Jibing C., Liang Z., Binghui W., Jianying Z., Gang F., Chunjuan D., Fei Y., Zhixian C., Yin L., Min D., Chunmei D., Bo Zhang, Maoxin L., Keqiang X., Jiansheng Z., Kecheng X. Cryobiology. 2012, no. 64, pp. 245-249.

21. Chua K. J., Chou S. K., Ho J. C. Journal of Biomechanics. 2007, no. 40, pp. 100-116.

22. Arkharov A. M., Mikulin E. I., Chernyshev V. M., Yarovitsyn B. A. Otchetpo nauch-no-issledovatel'skoy rabote [ ]. Moscow, 1980, 41 p.

23. Hayes L. J., Diller K. R., Chang H. J., Lee H. S. Cryobiology. 1988, no. 25, pp. 67-82.

24. Lozino-Lozinskiy L. K. Ocherki po kriobiologii. Adaptatsiya i ustoychi-vost' organiz-mov i kletok k nizkim i sverkhnizkim temperaturam [Essays on cryobiology. Adaptaion and stability of organisms and cells to low and extremely low temperatures]. Leningrad: Nauka, 1972, 288 p.

25. Rubinsky B. Annual Review of Biomedical Engineering. 2000, no. 2, pp. 157-187.

26. Bald W. B. J. Microsc. 1983, no. 131 (1), pp. 11-23.

27. Liu Z., Muldrew K., Wan R., Rewcastle J. C. Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering. 2003, no. 6 (3), pp. 197-208.

28. Mazur P. J. Gen. Physiol. 1963, no. 47, pp. 347-369.

29. Lovelock J. E. Biochemical Biophysics Acta. 1953, no. 10, pp. 414-426.

30. Orpwood R. D. Physics in Medicine and Biology. 1981, no. 26 (4), pp. 555-575.

31. Arkharov A. M., Alent'eva O. A., Chernyshev B. M., Shishov B. B., Yarovitsyn B. A., Perel'man M. I., Gudovskiy L. M., Eshbekov M. Otchet po nauchno-issledovatel'skoy rabote [A research work report]. Moscow, 1977, 32 p.

32. Rewcastle J. C., Sandison G. A., Hahn L. J., Saliken J. C., McKinnon J. G., Donnelly B. J. Phys. Med. Biol. 1998, no. 43, pp. 3519-3534.

33. Mazur P. Cryobiology. 1977, no. 14, pp. 251-272.

34. Trushina V. A. Vliyanie razlichnykh temperaturno-vremennykh rezhimov krio-vozdeystviya na opukholi v eksperimente: dis. kand. biol. nauk [Influence of various temperature/time modes of cryoimpact on tumours in the experiment: dissertation to apply for the degree of the candidate of biological sciences]. Kiev; Moscow, 1984, 169 p.

35. Maiwand M. O. Cryosurgery. 2005, no. 11, pp. 11-12.

36. Junginger Th., Seifert J. K., Weigel T. F., Heintz A., Kreitner K. F., Gerharz C. D. Med. Klinik. 1998, no. 93, pp. 517-523.

37. Vasil'ev A. O., Govorov A. V., Pushkarev A. V., Tsyganov D. I., Shakurov A. V. Tekhnologii zhivykh sistem. [Living system technologies]. 2014, no. 11(4), pp. 47-53.

38. Zacarian S. A. J. Dermatol. Surg. Oncol. 1985, no. 11 (1), pp. 11-13.

39. Gage A. A. Cryo 2001, 38th Meeting of the Society for Cryobiology. Edinburgh: University of Edinburgh, UK, 2001, p. 47.

40. Whittaker D. K. Br. Dental. J.V. 1975, no. 139, pp. 359-465.

41. Passy V., D'Ablaing G., Turnbull F. M. Jr., Von Leden H. Laryngoscope. 1971, no. 81, pp. 1917-1925.

42. Vedenkov V. G., Zholobov N. I., Ptukha T. P. Kriogennaya meditsinskaya tekhnika: metod. rekomendatsii [Cryogenic medical technology: guidelines]. Moscow: VNIIMT, 1991, 54 p.

43. Grishchenko V. I., Sandomirskiy B. P. Prakticheskaya kriomeditsina [Practical cry-omedicine]. Kiev: Zdorov'e, 1987, 245 p.

44. Shafranov V. V., Ten Yu. V., Reznitskiy V. G., Tsyganov D. I., Kozhevnikov V. A. Kriobiologiya [Cryobiology]. 1988, no. 2, pp. 38-42.

45. Shtemper V. M. Issledovanie nekotorykh storon biologicheskogo deystviya mikrovoln: avtoref. dis. kand. biol. nauk [A research of some aspects of biological impact of microwaves: author's abstract of dissertation to apply for the degree of the candidate of biological sciences]. Moscow, 1974, 31 p.

46. Shafranov V. V., Borkhunova E. N., Taganov A. V., Glad'ko V. V., Korotkiy N. G., Geras'kin A. V., Pis'menkova A. V. Keloidnye rubtsy. Novye tekhnologii lecheniya. Chast' 2 [Keloidal scars. New technologies of treatment. Part 2]. Moscow: RAEN, 2009, 191 p.

47. Shafranov V. V., Ten Yu. V., Reznitskiy V. G., Tsyganov D. I., Kozhevnikov V. A. Kriobiologiya [Cryobiology]. 1988, no. 4, pp. 27-32.

Пушкарев Александр Васильевич инженер первой категории, Научно-исследовательский институт «Энергомашиностроение», Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана

E-mail: pushkarev@bmstu.ru

Васильев Александр Олегович кандидат медицинских наук, ассистент, кафедра урологии, Московский государственный медико-стоматологический университет имени А. И. Евдокимова

E-mail: alexvasilyev@me.com

Шептунов Сергей Александрович доктор технических наук, профессор, директор, Институт конструкторско-технологической информатики Российской академии наук

E-mail: ship@ikti.ru

Цыганов Дмитрий Игоревич

доктор технических наук, профессор, ведущий инженер, Научно -исследовательский институт «Энергомашиностроение», Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана

E-mail: dtsiganov@yandex.ru

Pushkarev Aleksandr Vasil'evich 1st category engineer, Research Institute "Power machine building", Bauman Moscow State Technical University

Vasil'ev Aleksandr Olegovich Candidate of medical sciences, assistant, sub-department of urology, A. I. Yevdokimov Moscow State University of Medicine and Dentistry

Sheptunov Sergey Aleksandrovich Doctor of engineering sciences, professor, director of the Institute of engineering and design informatics of the Russian Academy of Sciences

Cyganov Dmitriy Igorevich Doctor of engineering sciences, professor, leading engineer, Research Institute "Power machine building", Bauman Moscow State Technical University

УДК 616-7 Пушкарев, А. В.

Исследование факторов повреждения биотканей для создания криохирургического оборудования / А. В. Пушкарев, А. О. Васильев, С. А. Шептунов, Д. И. Цыганов // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Медицинские науки. - 2016. - № 4 (40). - С. 122-134. Б01 10.21685/2072-3032-2016-4-13