Методы и техника для лечения холодом

Вид материала

Документы

Содержание Русская криосауна Где достать холодный пар для криосауны Криотерапевтическое оборудование

Подобный материал:

• Лечение апикального периодонтита постоянных зубов с незаконченным формированием корней., 139.11kb.
• Лекция тема: Малоинвазивные методы лечения варикозной болезни, 42.06kb.
• Медицинская техника и технологии. Методы лечения. Терапевтическая практика время проведения, 192.67kb.
• Физиотерапия и курортология не стоят на месте, появляются новые методы лечения, новая, 48.39kb.
• «Современные методы диагностики и лечения в реаниматологии», 25.71kb.
• Государственная больница "Рамбам" г. Хайфа Отделение дерматологии Центр по лечению, 74.23kb.
• Учебная программа (Syllabus) Дисциплина: Модели и методы управления Специальность:, 310.84kb.
• Г. М. Щекотов (12) после лечения варикозного расширения вен пи­явками, помимо местного, 78.56kb.
• Организационная структура стоматологической службы. Методы обследования челюстно-лицевой, 793.73kb.
• Ао «Медицинский университет Астана», 51.11kb.

РУССКАЯ КРИОСАУНА

Техническая сторона разработки и изготовления, отечественных криокамер увлекательна, как детективный роман, но только для специалистов. Для читателя, не обладающего подробными познаниями в области сверхнизких температур, подробности борьбы за дешевую установку малоинтересны. В тоже время просто заявить, "мы сделали лучше и дешевле!", нельзя, поэтому попробуем рассказать эту историю в общих чертах.

Поставив перед собой два вопроса - " Как это происходит?", и, " Почему обходится дорого?", мы пришли к выводу: Происходит это так же, как при заполнении ванны водой. Вода, заполняя объём ванны, вытесняет из него атмосферный воздух и постепенно всё тело купальщика погружается в новую среду. Вода не пригодна для дыхания, поэтому мы локализируем зону её воздействия на наше тело и погружаемся только по плечи. Если своевременно не прикрыть кран вода будет сливаться в верхние сливное отверстие, а если это отверстие недостаточно велико то и через края ванны. По описанной схеме работает криотерапевтическая камера локализованного воздействия.

Допустим, что ванну принимает человек амфибия, для которого вода роднее, чем воздух, не трудно предположить, что он расположит свою голову ниже уровня верхнего сливного отверстия и полностью погрузиться в водяную среду.

Заменив в рассмотренном примере привычную эмалированную ванну, на круглый бассейн с теплоизолирующими стенками, а воду на криогенную среду (теплоноситель) повторим оба эксперимента.

Эксперимент первый локализированное криотерапевтическое воздействие, газ, подаваемый в криогенный бассейн для дыхания не пригоден. Пациента надо расположить так, что бы газ - теплоноситель не попал в органы дыхания, или проще говоря, что бы голова осталась вне зоны криотерапевтического воздействия. Этого можно добиться тремя путями:

1. Изменяя высоту стенок бассейна в зависимости от роста пациента.

2. Изменяя уровень, на котором пациент стоит в бассейне.

3. Изменяя уровень, на котором расположено отверстие, собирающее отработанный газ - теплоноситель.

При проведении криопроцедур газ, подаваемый в криобассейн локализированного воздействия, имеет температуру -180 C.

При такой температуре он в три раза тяжелее воздуха поэтому предложная выше аналогия с водой достаточно справедлива. Тяжелый холодный газ так же легко вытесняет атмосферный воздух и стекает через стенки бассейна или в сливное отверстие. Надо отметить, что, взаимодействуя со стенками бассейна, газ подогревается, причём существенно на 40 - 80 градусов, но всё же остается на 160-120 градусов холоднее атмосферного воздуха. В ряде случаев , отработанный газ, собирают, охлаждают и снова подают в зону кроивоздействия.

Размеры камеры локального воздействия составляют примерно около 400 литров, поэтому для первичного заполнения криобассейна необходимо 1 - 1.2 килограмма холодного газа.

В случае полного погружения объём бассейна увеличивается до 600 литров, на первичное заполнение требуется 1.8 килограмма холодного воздуха.


ГДЕ ДОСТАТЬ ХОЛОДНЫЙ ПАР ДЛЯ КРИОСАУНЫ


Итак, чтобы заполнить бассейн для локализированного криовоздействия надо произвести 1 - 1.2 килограмма азотного пара. Как и где взять этот пар? Учитывая то, что большинству людей с азотом в виде пара встречаться не приходилось, несколько слов о свойствах жидкого азота и температуре его кипения. Жидкий азот получают при конденсации азота газообразного, который составляет около 80% атмосферы земли. Чтобы газообразный азот "захотел" сконденсироваться, необходимо лишить его запаса теплоты (охладить). Ранее, обсуждались условия, при которых теплота перетекает от одних тел и веществ, к другим. Основным из них является перепад температуры между источником и приемником теплоты, причём последний должен быть холоднее первого. Сам процесс превращения газа в жидкость идёт в два этапа: сначала газ, в нашем случае азот, охлаждаясь, превращается в насыщенный пар, а затем насыщенный пар, конденсируясь, становиться жидкостью.

Каждый из нас на практике знаком с процессом превращения жидкости в газ и газа в жидкость. Наиболее удачным примером русская парная и сауна. В русской бане мы паримся при температуре 100-110 градусов, в сауне 130-150 градусов. Соответственно в первом случае вода, заполняющая парную, является паром насыщенным, во втором паром перегретым или газом.

Основное отличие пара от газа заключается в том, что на попытку охладить его пар реагирует частичным превращением в жидкость, при этом температура пара не меняется. Газ же охлаждается до тех пор, пока не превратиться в пар. В любом случае и в сауне и в русской бане пар без жидкости (воды) не получить.

Возвращаясь к фазам превращения азота, надо отметить, что его кипение и конденсация происходят при температуре -196оС. Жидкий азот невероятно холодная среда, в которой, привычные материалы проявляют неожиданные свойства. Резина становиться хрупкой, как стекло, а свинцовый колокольчик звенит чистым звуком.

Оставляя в стороне способы превращения газообразного азота в жидкость, следует сказать , что эта работа требует большого расхода энергии и сложной аппаратуры.

Затраты электроэнергии на производство 1 килограмма жидкого азота достигают 1.5 кВт час, а стоимость азота в Санкт-Петербурге составляет 0.3 доллара за килограмм. При этом сбывается поговорка: "За морем телушка - полушка, да рубль перевоз ". Жидкий азот из крана не потечёт, производят его, как правило, на крупных предприятиях и для доставки в медицинские учреждения необходимо иметь специальные ёмкости (сосуды Дюара) или специальный транспорт.

Несмотря на то, что схема сосуда сравнительно проста - это привычный бытовой термос, но больших размеров и выполненный из нержавеющей стали, цена на сосуды очень высока. Например, 30 литровый сосуд стоит порядка 500 долларов.

Учитывая все соответствующие производству, доставке и хранению жидкого азота расходы, себестоимость его в медицинском учреждении возрастает до 0.8 - 1.0 доллара за килограмм. Поэтому снижение расхода жидкого азота на заполнение бассейна низкотемпературным теплоносителем, важнейшая задача проектировщиков и эксплуатационников.

Зная сколько нужно газа теплоносителя и из чего его можно получить, можно рассмотреть следующий вопрос: "Каким образом получить достаточное количество теплоносителя?".

Если криовоздействие локализованное, то в качестве газа - теплоносителя можно применять пары азота. Но как превратить жидкость в пар? Ответ на первый взгляд очевиден - нагреть жидкость. Но на деле всё сложнее. Сразу возникает вопрос: чем нагреть? Например, использовать бытовой кипятильник нельзя. Сразу после включения он окутается паровой оболочкой и начнёт нагреваться, в плоть, до красного каления, а затем перегорит. Дело в том, что чем ниже температура кипения жидкости, тем меньше её свойства похожи на свойства обычной воды. Описанный выше эффект разогрева до красна электронагревателя можно наблюдать и в воде, но для этого надо резко увеличить его мощность. Смелый естествоиспытатель сможет подключить бытовой кипятильник к сети с напряжением в 1000 Вольт и будет награждён (при благоприятном течении событий) зрелищем раскаляющегося в воде нагревательного элемента.

Налицо нарушение хорошо знакомого нам, процесса кипения жидкости. Если поверхность нагревателя горячее воды на 40 градусов, поток пара от неё возрастает настолько, что жидкость не успевает возвращаться на место испарившейся. Наступает кризис кипения, после которого отвод теплоты от поверхности резко снижается, а её температура стремительно нарастает. Для жидкого азота кризис кипения наступает уже при перегреве поверхности в 16 градусов. Плохо и то, что пар, полученный в режиме за критического температурного, пленочного кипения, гораздо горячее жидкости и малопригоден для использования в терапевтических целях.

Можно рассчитать и изготовить специальные кипятильники пригодные для работы в жидком азоте, но это только пол дела.

Эти "азотные" кипятильники должны обладать большой мощностью. Так для заполнения одноместной камеры локализованного криовоздействия парами азота и поддержания в ней температуры около -140оС, ее необходимо снабдить "кипятильником" с мощностью 15 кВт. Для кабинета физиотерапии это гигантское значение, питание и управление столь мощными электроприборами создает дополнительные трудности. Но, не смотря на это, метод прямого испарения жидкого азота часто используется западными разработчиками.

С теплотехнической точки зрения этот метод просто преступление, сначала потратить 1.5 кВт час на получение 1 кг жидкого азота, а затем тратить электроэнергию на испарение. Это в то время когда нужную для образования пара теплоту азот сам готов отнять у кого угодно. Вспомним - холод это тепловая бедность. По сравнению со средним уровнем обладания теплотой в окружающей среде жидкий азот беспросветный бедняк. Надо только дать ему доступ к чужим запасам теплоты.


Криотерапевтическое оборудование


Развитие криотерапевтической техники на Западе сопровождалось разработкой большого круга технологий и конструкций. Обзор известной из литературных источников информации о криотерапевтических установках, устройствах для проведения крипроцедур и технологиях получения газа - теплоносителя, представляет интерес не только для специалистов в области криогенной медицины, но и для широкого круга читателей. Сопоставление эксплуатационных и энергетических параметров криомедицинских объектов, определение возможных путей оптимизации данного класса низкотемпературных установок.

Конструирование гипотермического, а затем криотерапевтического оборудования происходило по мере освоения практической медициной все более низких температур. Гипотермические установки, в которых в качестве источника холода использовались паровые холодильные машины (подобные холодильному агрегату бытового холодильника), применяли для длительного (до несколько суток) воздействия газовой средой с температурой 260 - 280оК. Использование качестве источника холодопроизводительности криопродуктов, в частности жидкого азота, позволило существенно увеличить размах температуры в ходе процедуры и скорость достижения рабочей температуры в зоне воздействия, качественно изменился физиотерапевтический эффект низкотемпературного воздействия. Криотерапия основана кратковременном (до 3 - 4 минут) контакте кожного покрова и газовой среды. Оптимальное время понижения температуры газа в рабочей зоне не должно превышать 60 секунд.

Все известные криотерапевтические установки образованы из двух основных частей: устройства для размещения пациента (камеры) и блока подготовки теплоносителя. Оба элемента находятся в тесной технологической и конструктивной связи, определить какая из составных частей играет определяющую роль достаточно трудно. Конструкция аппаратов должна обеспечивать безусловную безопасность криотерапевтических процедур. На основании накопленного практического опыта, выделяют два источника опасности для пациента - возможность возникновения низкотемпературных ожогов при контакте с поверхностью камеры и гипоксии из-за снижения концентрации кислорода в воздухе, вдыхаемом пациентом.

При проведении криовоздействия, камера заполняется подготовленным (охлажденным и осушенным) теплоносителем, при этом технология производства теплоносителя оказывает определяющее влияние на конструкцию камеры. В криотерапевтических установках в качестве среды заполняющей камеру с пациентом используют пары азота, обогащенный азотом воздух и воздух с нормальной концентрацией кислорода. В первых - двух случаях теплоноситель для дыхания непригоден и в конструкции камеры предусматриваются системы защиты от гипоксии. Например, в установке компании " Medizintechnik Kirschеman + Schweizer " (ФРГ) предусмотрен принудительный подвод атмосферного воздуха к органам дыхания пациента, а в установке компании " Messer Griesheim " (ФРГ) введены системы, предупреждающие вдыхание обогащенного азотом воздуха.

Использование обогащенного азотом теплоносителя позволяет значительно упростить процесс получения газа - теплоносителя, но упрощение технологии получения теплоносителя подчас сопряжено с существенным усложнением конструкции камеры для пациента. Для защиты органов дыхания разработчики часто прибегают к такому приему, как фиксация пациента относительно источника пригодного для дыхания воздуха: специального отсека с принудительной подачей воздуха или окна в тепловом ограждении. Установки этого типа в основном рассчитаны на индивидуальные процедуры.

Примером того, какую цену приходится платить за упрощение технологии получения криогенного газа может служить камера компании " Medizintechnik Kirschеman + Schweizer ".

Пациент размещается в камере таким образом, чтобы голова оказывалась в пространстве отделенном от рабочей зоны камеры перегородкой . Кроме того, в объем ограниченный перегородкой при помощи вентиляторов нагнетается атмосферный воздух. Излишки воздуха отводятся через вентиляционные отверстия . Из описания конструкции неясно, каким образом компенсируются различия в росте пациентов. Камера снабжена сложной системой подвода-отвода теплоносителя, который поступает по трубопроводам с двух сторон и равномерно распределяется по высоте камеры через систему отверстий . Отработанный теплоноситель удаляется через коллектор . Следует отметить, что конструкция неоправданно усложнена и трудоемка в эксплуатации. Известны примеры камер с фиксированным размещением пациента, в которых проблема дыхания пациента во время процедур решена гораздо проще. Так в криотерапевтической установке, которая эксплуатируется в медицинском центре "Криомед" (Москва) для дыхания пациента используется профилированное окно, через которое больной во время процедуры дышит обычным атмосферным воздухом и непосредственно общается с врачом.

Очевидно, что при равной безопасности эта конструкция камеры значительно проще немецкого аналога. Вместе с тем, наличие окна создает определенные трудности, связанные с разностью роста пациентов. Сотрудники "Криомед" используют набор пенопластовых шайб, которые укладывают на дно камеры под ноги больного.

При лечении больных с пониженной подвижностью, в частности ревматологических, такая конструкция неудобна. Смена набора шайб в камере создает дополнительную нагрузку на обслуживающий персонал.

Во второй конструкции обеспечивается увеличение площади контакта кожи пациента с криогенной газовой средой. При этом увеличение относительно небольшое. Кроме того, из-за волосяного покрова на голове, физиотерапевтический эффект от воздействия на затылочную часть головы выражен слабее. Можно утверждать, что применение для защиты пациента от гипоксии локализованного (по плечи) криовоздействия не вызывает существенного снижения физиотерапевтической эффективности процедуры. В тоже время использование в конструкции криотерапевтических камер принципа локализации обогащенного азотом теплоносителя, позволяет значительно повысить удобство эксплуатации и снимает ряд ограничений на форму и пространственную ориентацию камеры. Подтверждением этих выводов является функциональное и конструкционное разнообразие криотерапевтических устройств этого класса.

Компанией "Messer Griesheim" (ФРГ) разработана криотерапевтическая камера, в которой локализация зоны контакта с криогенным газом обеспечивается за счет того, что стенки камеры имеют в верхней части подвижный элемент.

Высоту стенок камеры устанавливают в зависимости от высоты плеча пациента. Теплоноситель, достигая верхнего обреза стенок, стекает через их край и рассеивается в атмосфере. Благодаря высокой плотности газа при температуре -150оС, криогенная среда выше плеч подняться не может.

Там же были разработаны системы с "активной" локализацией криогенного газа, при которой струи движутся строго горизонтально.

Обращает внимание повышенный интерес разработчиков к организации равномерного распределения газового потока вдоль тела пациента, а также заложенная в конструкции горизонтальной камеры возможность перераспределять поток теплоносителя. Практика применения криотерапевтического оборудования в России показала, что подача теплоносителя в нижнюю часть камеры приводит к тому, что температура газа в верхней части камеры оказывается значительно выше, чем в нижних сечениях. Соответственно перераспределяется интенсивность раздражения тепловых рецепторов, ноги и нижняя часть тела теряют больше теплоты, а компенсаторные реакция гораздо сильнее. В ряде случаев, например для больных, с вегетососудистой дистонией или расширением вен, процедуры в вертикальных камерах противопоказаны. Горизонтальное размещение пациента значительно расширяет палитру физиотерапевтических приемов, позволяет, например, снизить интенсивность теплоотвода с нижних конечностей и снять ограничения на применение криотерапии для выделенных выше групп больных.

Развитие идеи зонального дозирования криогенного раздражающего фактора, привело к созданию горизонтальных криотерапевтических камер туннельного типа.

!истемаР4озированнойР?одачиРBеплоносителяРGерезРBангенциальныеРAопловыеРCстройстваЬ 2РAовокупностиРAР0ппаратуройР4ляР4озированногоР>тбораР>тработанногоР3азаЬ ?озволяетРDормироватьР2округР?ациентаР:онцентрическиеР8лиРAпиральныеР?отокиРBеплоносителяЮ !охраняетсяР2озможностьР8зменятьРBепловоеР2оздействиеР=аР@азличныеРGастиР:ожногоР?окроваЮ

Система дозированной подачи теплоносителя через тангенциальные сопловые устройства, в совокупности с аппаратурой для дозированного отбора отработанного газа, позволяет формировать вокруг пациента концентрические или спиральные потоки теплоносителя. Сохраняется возможность изменять тепловое воздействие на различные части кожного покрова. Важно то, что в этих конструкция сохраняется та же тенденция - активное формирование потока теплоносителя, возможность локального регулирования скорости газа и горизонтальное расположение пациента. Можно предположить, что использование в криотерапевтических установках горизонтальных камер позволяет точнее учесть индивидуальные особенности пациента, снять некоторые ограничения на применение гипотермических процедур.

Ориентация пациента во время контакта с криогенной средой качественно изменяет характер теплообмена. Благодаря тому, что расстояние между источником и приемником криогенного газа невелико, различия температуры теплоносителя в различных точках криокамеры значительно меньше, чем, в устройствах с вертикальной ориентацией. Экспозиция воздействия для всех частей тела одинакова, чего невозможно добиться в вертикальных камерах, особенно в системах с подачей теплоносителя в нижнее сечение. Кроме того, принудительный подвод и отвод теплоносителя позволяют точнее дозировать интенсивность криогенного стресса и величину потерь теплоты.

Однако, камеры с активным формированием газового потока значительно сложнее по конструкции, дороже в изготовлении и сложнее в эксплуатации. Время на размещение пациента в таких камерах сравнительно велико, поэтому их пропускная способность ниже, чем у вертикальных аппаратов. Анализ движения газового потока позволяет предположить, что и расход теплоносителя на проведение одной процедуры в этих системах несколько возрастает.

К классу устройств, предназначенных для локализованного криотерапевтического воздействия, относится камера, разработанная в Санкт- Петербургской государственной академии холода и пищевых технологий (СПбГАХПТ).

Камера выполнена в виде теплоизолированного бассейна и в верхнем сечении свободно сообщается с атмосферой.

Для защиты органов дыхания пациента от обогащенного азотом теплоносителя, в камере предусмотрен принудительный отвод отработанного теплоносителя, причем уровень, с которого отводится теплоноситель, выбирается в зависимости от роста пациента. Таким образом, на уровне плеч пациента искусственно формируется зона, в которую в избытке поступает атмосферный воздух. По сути, обеспечиваются те же условия, что камере с вентилируемым отсеком для головы , но без применения дополнительных конструкций.

Интересы крупных медицинских центров полнее всего учитывает другое направление развития криотерапевтических камер - разработка аппаратов для проведения групповых процедур.

Например, трех секционная камера компании "Zimmer" (ФРГ) рассчитана на одновременное пребывание 7 - 8 пациентов.

В отличие от рассмотренных выше систем рабочее пространство этой камеры заполняется воздухом с нормальным содержанием кислорода, температура в центральной секции -110оС . Учитывая значительный объем центральной камеры, необходимо предупредить потери низкотемпературного газа при входе и выходе пациентов. Для этого предусмотрены промежуточные секции (шлюзы), в которых температура воздуха составляет - 50оС. Очевидно, что эксплуатация столь крупной криотерапевтической установки оправдана лишь в условиях крупных специализированных клиник. Для России, с учетом низкой распространенности криопроцедур, камеры этого типа пока интереса не представляют.

Однокамерные криоустановки с подачей в зону воздействия атмосферного воздуха производятся компанией " Nichon Sanso " (Япония).

Использование в качестве теплоносителя охлажденного и осушенного воздуха обеспечивает надежную защиту от гипоксии, значительно облегчает эксплуатацию установки, снижает уровень требований к квалификации обслуживающего персонала. При проведении процедур нет необходимости учитывать индивидуальные особенности пациента (рост и т.д.), поэтому конструкция камеры значительно упрощается. Для организации процедур криотерапевтичесих устройствах этого класса, используют теплоизолированные камеры прямоугольного сечения с объемом около 1,5 м3. Для наблюдения за ходом процедуры камеры снабжают смотровым люком.

Все элементы криотерапевтической установки находятся, связаны между собой, конструкция устройства для размещения пациента разрабатывается с обязательным учетом способа, использованного для получения теплоносителя, и наоборот выбор технологии получения криогенного газа предполагает обязательный учет конструкции камеры, в которой осуществляются процедуры.

Сравнительный анализ наиболее распространенных способов получения теплоносителя позволяет определить возможные направления оптимизации конструкции криотерапевтических установок.

С технологической точки зрения наиболее просты установки, в которых функции теплоносителя исполняют пары криоагента (азота). В криотерапевтической установке, разработанной фирмой " Medizintechnik Krischеman + Schweizer " (ФРГ), предусмотрена защита пациента от гипоксии, что предельно упрощает технологическую схему установки. Отпадает необходимость в оборудовании для побуждения расхода и осушки теплоносителя. Но, перечисленные технологические преимущества достигаются за счет значительного усложнения конструкции камеры.

Схема получения теплоносителя путем испарения жидкого азота за счет подвода теплоты от электронагревателя применяется для систем локальной криотерапии, в которых объем зоны заполняемой теплоносителем во много раз меньше, чем в рассматриваемом случае. Экстенсивное решение задачи получения достаточного потока теплоносителя, сопровождается существенными трудностями при практической реализации. Для заполнение рабочей зоны криотерапевтической установки парами криоагента (гидравлический объем зоны не менее 300 л.), необходимо испарить около 1 кг жидкого азота. С учетом ограниченного времени заполнения (30 - 40с) мощность электронагревателя составит не менее 5 кВт, а для получения насыщенного пара, предупреждения кризисных процессов в кипении азота, теплопередающая площадь нагревателя должна быть не менее 0,5 м2. Изготовление такого нагревателя представляет собой самостоятельную теплотехническую задачу, так как использование для рассеивания теплоты традиционных конструкций, неизбежно вызовет значительное увеличение тепловой инерционности всей схемы. Кроме того, опыт эксплуатации криотерапевтических установок для локализованного воздействия показывает, что суммарные тепловыделения в рабочей зоне, даже после заполнения ее низкотемпературным теплоносителем, сохраняются на уровне 2- 3 кВт. С учетом затрат на первоначальное заполнение камеры, затраты жидкого азота в системах этого типа составляют не менее 2.5 - 3 кг на пациента.

Учитывая отмеченные сложности организации испарения жидкого азота за счет подвода теплоты от электронагревателя, целесообразно воспользоваться в качестве источника теплоты парообразования атмосферного воздуха. Так как величина теплота, отводимая при охлаждении 1 кг атмосферного воздуха до состояния насыщения, близка по величине теплоте парообразования 1 кг азота. Смешение жидкого азота и атмосферного воздуха в равных долях, приводит к получению теплоносителя с температурой около 90 К. Такая схема получения теплоносителя, часто применяется в устройствах для локальной криотерапии, в которых жидкость и воздух соединяются в сопловом устройстве непосредственно у объекта криовоздействия. Следует сразу оговориться, что и в этом случае теплоноситель для дыхания не пригоден, т.к. содержит не более 10% кислорода.

Компанией " Messer Griesheim " предложена схема криотерапевтической установки, в которой теплоноситель получают за счет контактного теплообмена между атмосферным воздухом и жидким азотом. В результате в устройство для размещения пациента поступает обогащенная азотом газовая смесь, поэтому необходимо защищать пациента от гипоксии. В комплекте этого устройства могут быть использованы камеры с локализованным контактом пациента и теплоносителя.

Принципиальная технологическая схема блока подготовки теплоносителя предусматривает три режима работы: пусковой, заполнения и опорожнения. В пусковом режиме атмосферный воздух вентилятором нагнетается в теплообменник . После теплообменника воздух поступает в смеситель, где смешивается с жидким азотом. Полученная газовая смесь, направляется в линию обратного потока теплообменника, обменивается теплотой с прямым потоком и сбрасывается в атмосферу. Постепенно температура воздуха на входе в смеситель снижается до 100 К, что соответствует окончанию пускового режима.

В режиме заполнения газ смесителя поступает в камеру для криовоздействия. При этом обратный поток через теплообменник отсутствует , а атмосферный охлаждается за счет теплоемкости металлических частей. При опорожнении камеры в конце процедуры, охлажденный воздух из ее объема откачивается нагнетателем в линию обратного потока теплообменника .

Подогрев отводимого из камеры потока достигается за счет теплообмена с конструкцией теплообменника. После опорожнения камеры 8 блок вновь переводится в пусковой режим.

Рассмотренная схема криотерапевтической установки обладает значительными отличиями, которые определяют ее высокую эффективность. За счет изменения способа производства теплоносителя, значительно снижаются затраты жидкого азота. Для первичного заполнения камеры в этом случае потребуется 0,5 кг криоагента, а для покрытия текущих тепловыделений 0,02 кг/с или 1.2 кг в минуту. Суммарный расход азота составит около 2 кг на пациента. Предусмотренный в схеме режим опорожнения камеры обеспечивает некоторое снижение затрат на первичное заполнение. В целом схема учитывает специфику работы криотерапевтической установки и способна подавать теплоноситель импульсами. Интересным представляется решение проблемы утилизации отработанного теплоносителя в конце процедуры. Действительно, по окончанию процедуры в камере криотерапевтического воздействия остается около 1 кг газа с температурой не выше 170оК, при выходе пациента он рассеивается в окружающей среде. В рассмотренной технологической схеме отработанный теплоноситель отводится в атмосферу через теплообменный аппарат, что позволяет утилизировать неиспользованный в камере холод. Очевидным недостатком данного технологического решения, является пониженное содержание кислорода в теплоносителе.

Схема подготовки теплоносителя с нормальным содержанием кислорода, предложена компанией " Nichon Sanso " (Япония). В камеру направляется осушенный и охлажденный до 90-100 К атмосферный воздух. Подготовка (осушка и охлаждение ) атмосферного воздуха осуществляется в блоке состоящем из адсорберам и рекуперативного теплообменника. Теплообмен между криоагентом и теплоносителем впервые происходит через разделяющую их, теплопередающую поверхность. Ранее, при перемешивании криоагента и теплоносителя, пары азота полностью растворялись в потоке воздуха. В новой схеме для рационального использования паров кипящего азота необходимо значительно увеличить теплопередающую поверхность, следовательно, вес и себестоимость теплообменника. Из-за роста металлоемкости оборудования увеличиваются затраты жидкого азота при пуске устройства.

Для преодоления, отмеченных выше, недостатков устройств с заполнением зоны воздействия атмосферным воздухом сотрудниками СПбГАХПТ была предложена установка с организацией подготовки теплоносителя в насадочном теплоаккумулирующем аппарате (среднецикловом регенеративном теплообменнике).

Особенностью развития криотерапевтической техники в России является то, что технические решения значительно опережают готовность медицинских учреждений к их практическому использованию. Так, первые успешные испытания криотерапевтической установки были проведены в Ленинграде еще в 1988 году, а практическое использование отечественного оборудования и сегодня находится в начальной стадии. Процесс внедрения в значительной степени тормозился субъективным страхом врачей и пациентов перед столь необычной процедурой. Для преодоления этого страха сотрудниками СПбГАХПТ была предложена камера локализованного воздействия. Расчет на то, что устройство, в котором между врачом и пациентом сохраняется постоянный аудиовизуальный контакт быстрее найдет применение, т.к. не вызовет страха у пациентов, полностью оправдался. В настоящее время имеется большой опыт эксплуатации установок локализованного воздействия. В частности, установка медицинского центра "Криомед" спроектирована и изготовлена на базе устройства для локализованной криотерапии г. Геленджик, изготовленного в СПбГАХПТ. Учитывая то, что для систем локализованного криовоздействия допустим контактный теплообмен между теплоносителем и криоагентом, в блоках подготовки теплоносителя этих устройств используется принцип избыточного оросительного охлаждения газа.

Оросительное охлаждение с использованием жидкого азота широко известно в прикладной криогенике: распыляя в объеме мелкие капли азота, добиваются необходимого уровня температуры газа. Эта схема удовлетворительно работает в условиях, когда необходимая температура газа значительно выше температуры кипения жидкости, но, по мере снижения температуры газа добиться полного испарения жидкости становится все труднее, а при получении температур около 100оК правильная дозировка и достаточное диспергирование потока жидкого азота становятся неразрешимой проблемой. Для преодоления возникающих трудностей была использована схема избыточного орошения.

В установке для локализованной криотерапии камера для размещения пациента и блок подготовки теплоносителя, представляют собой сообщающееся, теплоизолированные объемы. Блок подготовки выполнен в виде канала, в котором посредством центробежного насоса создается нисходящий поток мелких капель жидкого азота, взаимодействуя с газом, капли частично испаряются, отвод теплоты к испаряющемуся азоту и выделение насыщенного азотного пара, приводят к тому, что температура в канале быстро снижается. Снижение температуры нарушает гидростатическое равновесие между каналом и камерой, поэтому газ из канала начинает перетекать в нижнюю часть камеры. Одновременно в верхнюю часть канала самотеком поступает газ из верхней части камеры, который, смешиваясь с каплями азота, подвергается оросительному охлаждению. Циркуляция тем сильнее, чем выше перепад температур между камерой и каналом. Циркуляция начинается сразу после включения циркуляционного насоса и прекращается сразу после его отключения. Неиспарившаяся жидкость собирается в распложенном в нижней части канала сосуде, и направляется на повторную циркуляцию. Интенсивность испарения жидкости пропорциональна отклонению температуры газа в канале от температуры кипения азота. Таким образом, достигается саморегулирование потоков теплоты между теплоносителем и криоагентом.

Обзор технических решений направленных на практическое использование криотерапии, целесообразно завершить наблюдениями практика криотерапии, руководителя центра «Криомед»

(Москва) дерматолога доктора Чернышева Е.В.


Оригинальный взгляд доктора Чернышова на лечебные возможности холода

Еще более 100 лет назад немецкий ученый Пфарер Кнайп (Кнейпп), прыгнув в ледяной Дунай, чтобы вылечить себя от лихорадочного воспаления легких, доказал сначала самому себе, что самое тяжелое заболевание можно победить благодаря стимуляции сил самоизлечения. В последующем, доктор Кнайп развил систему закаливания и теплолечения до такой высоты, что она еще и сегодня является составной частью современной медицины.

Достижения науки в области криогеники и криобиологии предопределили интерес практической медицины к новым возможностям холода. Наряду с традиционными носителями холода: холодная вода, лед, хлорэтил, углекислый снег, аккумуляторов холода в виде гелей и т. п., появились носители сверхнизких и ультранизких температур - сжиженные гелий,азот, аргон, кислород и т.д., а также аппараты, основанные на термоэлектрическом эффекте Пельтье, дросселирующем эффекте Джоуля-Томпсона, гальванотермомагнитном эффекте Этинсгаузена и т. п. до середины 80-х годов в широкой клинической практике использовали преимущественно криодеструктивное действие сверхнизких и ультранизких температур на ограниченные болезненно измененные ткани. Тем не менее, большинство исследователей были изумлены чрезвычайной эффективностью криодеструктивных операций. Однако, иллюзии и эйфория по поводу необъятных возможностей криохирургии столкнулись с жесткими реалиями распространения криогенного процесса в биологических тканях. Это обстоятельство, с одной стороны, на прочь оттолкнуло большинство научных стратегов, с другой, заставило более пристально и системно исследовать механизмы воздействия экстремальных температур на организм человека. Возникло новое научное направление, получившее название криомедицина. За последние 30 лет криомедицина достигла выдающихся результатов в лечении многих болезней. В хирургии и онкологии: удаление вирусопапиллом и других доброкачественных и некоторых злокачественных новообразований. В большой хирургии - операции в условиях гипотермии. В гинекологии: при лечении эрозий шейки матки.

Долгое время в ЛОР-практике индивидуальные анатомо-морфологические особенности носоглоточной области, деликатность и осмотрительность, с которой должна быть проведена хирурго-терапевтическая коррекция, ставила задачу криотерапии в разряд трудоемких и неблагодарных для любого вида лечения - традиционного и нетрадиционного. Криомедицинские технологии лечения лимфоидного глоточного кольца в полной мере выявили уникальное сочетание деструктивного фактора ультранизких температур и, в высшей степени благоприятное, оздоравливающее лимфоидные ткани, пенетрирующее действие холода, обусловливающее быстрые, безрубцовые репаративные процессы. У современного специалиста, владеющего в полной мере криометодиками лечения хронических тонзиллитов, фарингитов, вазомоторных насморков и некоторых форм средних отитов всегда не хватает превосходных эпитетов по поводу ближайших и отдаленных результатов криолечения.

В 1979 г. на ревматологическом конгрессе в Висбадене японский врач Ян Ямаучи рассказал о лечении ревматической болезни с использованием охлаждения всего тела в криовоздушной камере. Главной особенностью криотерапевтического процесса является использование только охлажденных воздушных газовых сред в сочетании с большими объемами главных камер. Больной через форкамеру попадал в главную камеру, дышал воздухом при -100 ...140°С, активно двигается во время процедуры. Безусловно, такая схема процедуры дает возможность провести криовоздействие в хорошем режиме. Тем не менее, потеря непосредственного контакта с врачом, вдыхание холодного, несмотря на все предосторожности, воздуха, крайне негативно влияет на психику пациента, и не без основания, так как случаи пневмонии имели место, особенно в начале освоения этой технологии.

Сдерживает распространение этой общей и локальной криоэкстремальной терапии, главным образом, значительная стоимость технологического оборудования, необходимого для подготовки (осушки и охлаждения) воздуха, направляемого в зону криовоздействия. Высоки также и эксплуатационные расходы, связанные с энергозатратностью, количеством технического персонала и сервисным обслуживанием.

Российские конструкторы предложили оригинальные и простые решения: профилированное окно, через которое больной во время процедуры дышит обычным атмосферным воздухом и непосредственно общается с врачом, а также особый импульсный характер режима работы криокамеры.

Это позволило применить технологию получения криогенного газа без применения дорогостоящего теплообменного и компрессорного оборудования.

В последующем были построены несполъко опытных образцов криокамер, один из которых более 2-х лет используют в городе Геленджике, в одном из домов отдыха, в режиме реабилитационно-оздоровительного лечения.

Воздейстие этой лечебной холодовой методы первоначально было применено в русле уже известных и изученных методик использования холодовых процедур при ревматических поражениях суставов. Однако, очень скоро эта технология стала стержневой при комплексном лечении широкого спектра тяжелейших заболеваний, ранее практически не поддававшихся или плохо поддававшихся лечению. По мнению зарубежных авторов, существенными областями применения криоэкстремальной терапии, в качестве ценнейшего элемента комбинированной терапии, являются: воспалительные заболевания суставов, дегенеративные заболевания суставов с вторичным воспалительным компонентом, заболевания позвоночника - воспаления и перерождения, воспаления мягких тканей, коллагенозы, фибромосиндром, аутоиммунные заболевания и т. п. Опытный образец отечественной криокамеры, установленной в городе Геленджике, в полной мере отвечает требованиям технологии, что и предопределило сферу ее применения. Подтверждены результаты японской программы закаливания детей в криоэкстремальных камерах. Простудная заболеваемость у детей, прошедших 10 общих криопроцедур значительно меньше чем в контрольной группе.


Можно оценить, как хорошие, результаты использования отечественной методики общей криоэкстремальной терапии при бронхиальной астме, хронических заболеваниях легких, поллинозах. Наиболее ценным является опыт применения общих криоэкстремальных процедур при депрессивных состояниях, для снятия стрессового синдрома, при лечении наркомании, в качестве стимулятора, расширяющего функциональные возможности организма. Нозологические формы, при которых терапевтическая эффективность превышает 85%, просто невозможно перечислить: это псориаз, атонический синдром, рассеянный склероз, ревматоидный полиартрит и т. д. Таким образом, эта технология может быть названа выдающимся достижением науки 20-го века.