• Введение
• 1. Криотерапия и биологические клетки
• Применение криотерапии в биологических исследованиях
• Кровь. Реологические свойства крови
• Атомно-силовая микроскопия в исследованиях биологических объектов
• Характеристики атомно-силового микроскопа NT-206
• Принцип работы и возможности атомно-силового микроскопа
• 2. Объекты и методики исследования клеток
• Подготовка образцов лимфоцитов для АСМ исследований
• Атомно-силовая микроскопия
• Определение локального модуля упругости с помощью силовой спектроскопии
• 3. Исследование влияния холодового воздействия на клетки крови человека IN VIVO
• Морфология лимфоцитов
• Результаты эксперимента и обсуждение
• 4. Термографический мониторинг кожных покровов пациента при общей газовой криотерапии
• Термография в медицине
• Технические характеристики тепловизора ИРТИС-2000 и принцип работы
• Экспериментальное исследование восстановления температуры кожи после интенсивного общего газового охлаждения
• Заключение
• Список использованных источников
• Приложения

Перечень условных обозначений

АВА - артериовенозные анастомозы

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:

Криотерапия - физиотерапевтическая процедура, основанная на кратковременном контакте кожного покрова тела с газом охлажденным до температуры минус 180°С.

По современным представлениям криотерапия - это физиотерапевтическая процедура, лечебное действие которой основано на ответных реакциях организма на переохлаждении наружного (рецепторного) слоя кожи до температуры минус 2°С. Такое субтерминальное переохлаждение не приводит к повреждению тканей, но оказывает мощное раздражающее действие на ЦНС, которое вызывает ряд положительных сдвигов в иммунной, эндокринной, кровеносной и других системах организма [5].

Следует различать общую, и локальную криотерапию, которые несмотря на сходство физического воздействия, дают принципиально разные результаты. Общая криотерапия (ОКТ) раздражает все рецепторное поле кожи и оказывает воздействие на центральную нервную систему. Локальная криотерапия вызывает местные эффекты, которые можно обеспечить посредством более дешёвых хладоносителей [6].

Общая криотерапия оказывает на пациента действие, которое несколько отлично от гипотермических процедур, в том числе моржевания. Процедура не так сильно нагружает систему терморегуляции человека, не оказывает столь высокого стрессогенного действия, не вызывает столь высокого выброса адреналина, повышения АД и ЧСС. Благодаря этому процедуры можно принимать без специальной подготовки, возрастных ограничений и даже при склонности к простудным заболеваниям.

Общая криотерапия развивалась как метод лечения ревматоидного полиартрита и является методом восстановительного лечения этого тяжёлого заболевания. Сегодня ОКТ это экспериментальное средство лечения эндокринных, обменных, аутоиммунных, нервных заболеваний.

Следует отметить, что один сеанс криотерапии сопровождается для пациента потерей теплоты до 150 ккал., что сопоставимо с теплопотерями в течение часа. Утверждения о том, что во время сеанса пациент теряет 1000 ккал. в минуту, являются рекламной выдумкой. Невозможно, при таких условиях теплообмена, отвести от тела такое количество теплоты за 3 минуты, которые длится процедура. А если бы это удалось, пациент скончался бы от переохлаждения прямо во время сеанса. При потере 1000 ккал теплоты средняя температура ядра тела снизится на 15°С и составит 22°С. Сердце остановится уже при 25°С [7].

В то же время общую криотерапию успешно используют для профилактики и лечения ожирения, но эффект достигается не за счёт потерь энергии, а благодаря нормализации обменных процессов и гормонального фона. Применяется криотерапия в таких областях как: профилактика заболеваний, общее оздоровление, спортивная медицина и реабилитация после травм, косметология, продление жизни и омоложение.

Предпосылки к применению криотерапии

Подготовка спортсменов высокого класса, интенсификация тренировочного процесса часто осложняется тенденцией как количественного, так и качественного роста острых и хронических спортивных травм. Снятие острой спортивной травмы, снижение риска отдаленных негативных последствий, в том числе и от специфических хронических спортивных травм, присущих отдельным видам спорта, остается очень актуальной.

Практика лечебного применения этой эффективной методики, дает достаточно фактов, на основании которых можно рассчитывать на быстрое проникновение криотерапии в профессиональный и любительский спорт. Наиболее привлекательным и очевидным свойством криотерапии является способность быстро и надолго снимать боль и скованность суставов. Обезболивание наступает уже через 5-10 минут после воздействия холодом и длится 6-8 часов [8].

Но, существуют и другие, скрытые от наблюдения, результаты холодового воздействия, которые обеспечивают высокий интерес к криотерапии со стороны тренеров и спортивных врачей.

Применение криотерапии в различных областях показало, что эта методика оказывает на организм неспецифическое стимулирующее действие. Именно этим объясняется необычайно широкий спектр практического применения криогенных газовых ванн. В отдельных случаях применение криотерапии позволяет корректировать полярные состояния важнейших систем организма. Например, криотерапию применяют для лечения аллергии и иммунодефицитов. При этом схема проведения процедур в обоих случаях одинаковая, но в результате активность иммунной системы сдвигается в сторону нормы. Можно утверждать, что криотерапевтическое воздействие вызывает в организме процесс автокоррекции, при котором выявляются и устраняются отклонения от физиологической нормы [9].

Суммируя практические результаты, достигнутые при лечебном при-менении криотерапии можно утверждать, что криотерапевтическое воздействие обеспечивает: выброс эндорфинов, нормализацию иммунной системы, нормализацию обменных процессов, интенсификацию периферийного кровообращения, ускорение регенеративных процессов. После процедуры наблюдается быстрое и длительное подавление болей любого происхождения, преодоление скованности суставов, нормализация кожного кровотока.

Исходя из приведенного перечня позитивных результатов от криотерапии, можно наметить перспективные направления ее применения в спорте.

Спортивная медицина - обезболивающее и регенеративное действие криотерапии позволяет ускорить процесс лечения травм, переломов, ожогов, без применения анальгетиков и медикаментов.

Реабилитация - подавление болей и преодоление скованности суставов, облегчает реабилитацию после травм, пациент может активно нагружать травмированный орган, что значительно ускоряет восстановление физической форму и предупреждает осложнения. Повышение болевого порога и разогрев кожного покрова повышают эффективность массажа.

Профилактика заболеваемости - инфекционные и простудные заболевания нарушают плановую подготовку к соревнованиям, снижают результаты, поэтому профилактика заболеваний имеет важнейшее значение. Систематическое применение криотерапии обеспечит спортсменам высокий иммунный статус и предупредит заболевания.

Психологическая поддержка - выброс эндорфинов компенсирует психологические перегрузки от интенсивных тренировок, создает стимул к повышению двигательной активности. Спустя 6 - 8 часов на после процедуры наступает период релаксации, снимается дневная усталость, наступает глубокий и здоровый сон.

Интенсификация тренировочного процесса - корректирующее действие криотерапии на короткое время (1 - 2 часа) лишает субъекта индивидуальных преимуществ. Тотальная коррекция функций организма в сторону номинальных параметров приводит к тому, что после криотерапии у людей с высокой скоростью реакции, эта функция снижается. И, наоборот, при стабильно замедленной реакции криотерапия вызывает у субъекта ее ускорение. Аналогичное действие оказывается на другие физические параметры спортсменов: выносливость, мощность. Временно лишая субъекта его прирожденных способностей можно значительно интенсифицировать тренировочный процесс, так как выполнение обычной тренировочной программы потребует гораздо большего напряжения [9, 10].

Факторы, сдерживающие распространение криотерапии

Таблица 1.1 - Технология воздушной криотерапии

Кровь - жидкость, циркулирующая в кровеносной системе и переносящая газы и другие растворенные вещества, необходимые для метаболизма либо образующиеся в результате обменных процессов. Кровь состоит из плазмы (прозрачной жидкости бледно-желтого цвета) и взвешенных в ней клеточных элементов. Имеется три основных типа клеточных элементов крови: красные кровяные клетки (эритроциты), белые кровяные клетки (лейкоциты) и кровяные пластинки (тромбоциты).

Красный цвет крови определяется наличием в эритроцитах красного пигмента гемоглобина. В артериях, по которым кровь, поступившая в сердце из легких, переносится к тканям организма, гемоглобин насыщен кислородом и окрашен в ярко-красный цвет; в венах, по которым кровь притекает от тканей к сердцу, гемоглобин практически лишен кислорода и темнее по цвету [25].

Кровь представляет собой концентрированную суспензию форменных элементов, главным образом, эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов в плазме, а плазма, в свою очередь, является коллоидной суспензией белков, из которых наибольшее значение для рассматриваемой проблемы имеют: сывороточные альбумин и глобулин, а также фибриноген.

Кровь - довольно вязкая жидкость, причем вязкость ее определяется содержанием эритроцитов и растворенных белков. От вязкости крови зависят в значительной мере скорость, с которой кровь протекает через артерии (полуупругие структуры), и кровяное давление. Текучесть крови определяется также ее плотностью и характером движения различных типов клеток. Лейкоциты, например, движутся поодиночке, в непосредственной близости к стенкам кровеносных сосудов; эритроциты могут перемещаться как по отдельности, так и группами наподобие уложенных в стопку монет, создавая аксиальный, т.е. концентрирующийся в центре сосуда, поток [26].

Объем крови взрослого мужчины составляет примерно 75 мл на килограмм веса тела; у взрослой женщины этот показатель равен примерно 66 мл. Соответственно общий объем крови у взрослого мужчины - в среднем около 5 л; более половины объема составляет плазма, а остальная часть приходится в основном на эритроциты [27].

Реологические свойства крови оказывают значительное влияние на величину сопротивления току крови, в особенности периферической кровеносной системы, что сказывается на работе сердечно-сосудистой системы, и, в конечном счете, на скорости обменных процессов в тканях спортсменов.

Реологические свойства крови играют важную роль в обеспечении транспортных и гомеостатических функций кровообращения, особенно на уровне микрососудистого русла. Вязкость крови и плазмы вносит существенный вклад в сосудистое сопротивление кровотоку и влияет на минутный объем крови [28]. Повышение текучести крови увеличивает кислородтранспортные возможности крови, что может играть важную роль в повышении физической работоспособности. С другой стороны, гемореологические показатели могут быть маркерами ее уровня и синдрома перетренировки.

Функции крови:

1. Транспортная функция. Циркулируя по сосудам, кровь транспортирует множество соединений - среди них газы, питательные вещества и др.

2. Дыхательная функция. Эта функция заключается в связывании и переносе кислорода и углекислого газа.

3. Трофическая (питательная) функция. Кровь обеспечивает все клетки организма питательными веществами: глюкозой, аминокислотами, жирами, витаминами, минеральными веществами, водой.

4. Экскреторная функция. Кровь уносит из тканей конечные продукты метаболизма: мочевину, мочевую кислоту и другие вещества, удаляемые из организма органами выделение.

5. Терморегуляторная функция. Кровь охлаждает внутренние органы и переносит тепло к органам теплоотдачи.

6. Поддержание постоянства внутренней среды. Кровь поддерживает стабильность ряда констант организма.

7. Обеспечение водно-солевого обмена. Кровь обеспечивает водно-солевой обмен между кровью и тканями. В артериальной части капилляров жидкость и соли поступают в ткани, а в венозной части капилляра возвращаются в кровь.

8. Защитная функция. Кровь выполняет защитную функцию, являясь важнейшим фактором иммунитета, или защиты организма от живых тел и генетически чуждых веществ.

9. Гуморальная регуляция. Благодаря своей транспортной функции кровь обеспечивает химическое взаимодействие между всеми частями организма, т.е. гуморальную регуляцию. Кровь переносит гормоны и другие физиологически активные вещества [29].

Плазма крови представляет собой жидкую часть крови, коллоидный раствор белков. В ее состав входит вода (90 - 92%) и органические и неорганические вещества (8 - 10 %). Из неорганических веществ в плазме больше всего белков (в среднем 7 - 8%) - альбуминов, глобулинов и фибриногена (плазма, не содержащая фибриноген, называется сывороткой крови). Кроме того, в ней содержатся глюкоза, жир и жироподобные вещества, аминокислоты, мочевина, мочевая и молочная кислота, ферменты, гормоны и т.д. Неорганические вещества составляют 0.9 - 1.0 % плазмы крови. Это в основном соли натрия, калия, кальция, магния и др. Водный раствор солей, который по концентрации соответствует содержанию солей в плазме крови, называется физиологическим раствором. Он используется в медицине для восполнения недостающей в организме жидкости [30].

Таким образом, кровь обладает всеми функциями ткани организма - структурой, особой функцией, антигенным составом. Но кровь является тканью особой, жидкой, постоянно циркулирующей по организму. Кровь обеспечивает функцию снабжения других тканей кислородом и транспорт продуктов метаболизма, гуморальную регуляцию и иммунитет, свертывающую и противосвертывающую функцию. Вот почему кровь является одной из самых изучаемых тканей организма.

Исследования реологических свойств крови и плазмы спортсменов в процессе общей аэрокриотерапии показали достоверное изменение вязкости цельной крови, показателя гематокрита и гемоглобина. У спортсменов с низким значением показателя гематокрита, гемоглобина и вязкости - повышение, а у спортсменов с высоким показателем гематокрита, гемоглобина и вязкости - понижение, что характеризует избирательный характер воздействия ОАКТ при этом не наблюдалось достоверного изменения вязкости плазмы крови [31].