Криотерапия в России

Специалистам

• основные положения теплофизической теории криогенной терапии.
• физическая модель объекта криогенного физиотерапевтического воздействия
• математическая модель объекта криогенного физиотерапевтического воздействия
• сопоставительный анализ процедур основанных на охлаждении кожного покрова
• оптимизация технологии криогеной физиотерапии
• физические основы эффективности криотерапевтического воздействия
• рекомендации по выбору аппаратуры для криогенной физиотерапии
• общая аэрокриотерапия больных бронхиальной астмой
• о практике применения криогенной физиотерапии для лечения целлюлита (паникулита)
• методические указания по применению аэрокриотерапии
• Разработка техники и технологии криогенной терапии в СПб ГУ Н и ПТ
• О преимуществах индивидуальных криотерапевтических кабин открытого типа (криосаун)
• VI международная, научно-практическая конференция «Криотерапия в России»

 СОПОСТАВИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕДУР ОСНОВАННЫХ НА  ОХЛАЖДЕНИИ КОЖНОГО ПОКРОВА

А..Ю. Баранов 

Криогенную физиотерапию часто относят к гипотермическим процедурам. Популяризаторы закаливающих процедур утверждают, что зимнее купание (ледяные ванны) лучше тренируют организм.

Для иллюстрации принципиальных выявления криогенной и гипотермической физиотерапии выполнен сопоставительный численный эксперимент на математической  модели покровных тканей [3]. Для анализа использованы  традиционные ванны с температурой воды 0 и +12 °С.

 Принято, что в объекте воздействия толщина эпителия составляет 2 мм, а жирового слоя  10 мм. Температура  газа используемого для криотерапевтических -130 °С.  Продолжительность  контакта поверхности объекта охлаждения с теплоотводящей средой (теплоносителем) ограничивается по  условиям защиты пациента от обморожения и переохлаждения (условиям гипотермической безопасности [3]). Не допускалось снижение температуры на поверхности эпителия ниже  -2 °С (внешнее условие) и переохлаждение внутренней границы жирового слоя более чем на 1°С (внутреннее условие). При нарушении одного из условий гипотермической безопасности моделирование процедуры прерывалось.

Полученные результаты хорошо согласуются с субъективными оценками ощущений в ходе процедур и величины достигнутого позитивного результата. Гипотермические ванны лучше отводят теплоту, поэтому вызывают больший дискомфорт. В ледяной воде индекс гипотермического дискомфорта достигает значения 5,8 К/с (см. табл.1), а при криотерапии только 1,7 К/с. Это вполне соответствует эмпирическим наблюдениям, так 95 % пациентов характеризует критерапевтические процедуры как «приятные», а число любителей зимнего плавания не превышает 5%. 

Таблица 1

Результаты сопоставительного эксперимента

 Другие результаты численного эксперимента  показывают, что сравниваемые процедуры имеют принципиальные отличия по характеру воздействия на зону размещения холодовых рецепторов. Важнейшим отличием является температура поверхности эпителия на разных фазах теплового контакта (см. рис.2).   В ледяной ванне температура поверхности тела в течении первых 10 секунд. опускается до 18 ˚С, быстрое снижение температуры кожи вызывает у пациентов болезненные ощущения «жгучий холод». Далее скорость охлаждения быстро снижается, а температура эпителия асимптотически приближается к 5˚С.   Процедура прекращается по внутреннему условию гипотермической безопасности (см. табл.1). При криотерапии скорость снижения температуры поверхности  почти постоянна.  Средний темп охлаждения составляет 0,7 ˚С/с, а минимальная температура эпителия -2˚С, что соответствует внешнему условию безопасности.

 
Рис. 2 Изменение температуры поверхности эпителия при контакте с различными охлаждающими средами. 

Различия в характере процессов, протекающих на поверхности объекта воздействия, определяют качественную разницу в физиотерапевтических результатах искусственного охлаждения. Гипотермические процедуры не способны без организма  охладить поверхности кожи до температуры обеспечивающей эффективное воздействие.  Как видно из графика к концу процедуры скорость падения температуры поверхности в водных средах снижается  до уровня 0,1 К/с. А температура остается на уровне не ниже +5˚С , при таких условия для перехода гипотермического раздражения в гиперболическую фазу необходимо увеличить продолжительность контакта с водой на 300 – 400 с. , что невозможно так как приведет существенному переохлаждению тела. При криотерапии гиперболическая фаза процедуры наступает после 120 с охлаждения. До конца процедуры остается достаточно времени чтобы оказать на систему терморегуляции существенное лечебное действие.

Суммарное раздражающее криотерапии воздействие, при криотерапии в 10 раз выше (см. табл.1 и рис.2).

Рис.2 Суммарное раздражающее криотерапии воздействие гипотермических процедур.

Важное значение, для практической криотерапии, имеют субъективные ощущения пациентов в ходе процедур. При прочих равных условиях предпочтительней «приятные» физические воздействия.   Охлаждение кожи вызывает значительный  дискомфорт (см. рис 3), в ледяной воде индекс гипотермического дискомфорта достигает значения 5,8 ˚С/с (см.табл.2.3.1).

Это объясняется тем, что в условиях естественной конвекции градиент температуры на границе раздела фаз влияет на интенсивность отвода теплоты. В начале гипотермических процедур происходит быстрое значительное понижение температуры кожного покрова.  Затем темп охлаждения убывает. При криотерапии скорость охлаждения кожи меняется незначительно.

 В начале процедуры в ледяной воде разность температур кожи и жидкости составляет 32˚С,  к концу процедуры разность температур составляет всего 5˚С К. Соответственно в 5 раз снижается интенсивность отвода теплоты с поверхности кожи. При использовании криогенного теплоносителя разность температур между кожей и газом  уменьшается незначительно: от   165 К до 131 К, т.е. примерно на 26 %. Поэтому интенсивность отвода теплоты и скорость охлаждения изменяются незначительно.

 Рис. 3 Изменение индекса гипотермического дискомфорта в начале процедур основанных на охлаждении кожного покрова.

Очевидным преимуществом криотерапии является  то, что дискомфор пациента во время этой процедуры в три раза меньше, чем в ледяной воде, и в полтора раза меньше чем гипотермических ваннах при +12˚С.

 Плотность теплового потока, отводимого теплоносителем, также зависит от изменения градиента температур. Для ледяной ванны начальное значение этого параметра достигает 18 кВт/м² , а конечное – 1,8 кВт/м² . Криогенное воздействие гораздо стабильнее, на старте эксперимента тепловой поток составляет 5,1 кВт/м² , в конце – 3,7 кВт/м²  (см. рис. 4).

Выполненный сопоставительный эксперимент хорошо согласуется с данными о лечебных эффектах, сопровождающих  сравниваемые варианты воздействия. Выявлены качественные отличия в характере изменения температуры покровных тканях. Получены данные, объясняющие высокую эффективность и комфортность криогенной физиотерапии.

Рис.4 Изменение величины теплового потока с поверхности тела в ходе процедур жидкой и газообразной охлаждающей средой.

Исследования выполнены при средних значениях толщины эпителиального и жировых слоев. Интересно оценить влияние этих параметров на результаты эксперимента. Удачное сочетание свойств объекта криогенного физиотерапевтического воздействия и газообразного теплоносителя обеспечивает поверхностную локализацию тепловых потерь. Если отвод теплоты от наружной поверхности оболочки в вариантах с газообразным теплоносителем и ледяной водой близки по значению, то теплопотери ядра тела в водных процедурах в 1,4 раза больше. При криогенном охлаждении эпителия обеспечивается рациональный отвод теплоты – теплопотери, отнесенные к единице достигаемого лечебного эффекта, составляет всего 1,4 кДж/ерд. Для достижения равного лечебного эффекта в ледяной воде необходимо многократно увеличить общие теплопотери. При величине относительных теплопотерь 12,8 кДж/ерд для достижения 50 %   лечебной эффективности по сравнению с криогенным методом нужно отвести 2500 кДж теплоты, что примерно равно 25 % суточных тепловыделений человека.

Выполненные исследования показали качественные различия между традиционной гипотермией и криогенной физиотерапией. Важным преимуществом криогенного воздействия является возможность такого подбора факторов внешнего конвективного теплообмена, при котором снижается влияние внутреннего строения оболочки объекта воздействия.