6 курс / Медицинская реабилитация, ЛФК, Спортивная медицина / Физиотерапия, лазерная терапия / Пути_практического_использования_интенсивного_теплолечения_Сувернев

ний вязкости липидов. При физиологической температуре липиды в мембране находятся в основном в жидком состоянии, но встречаются и гелеобразные островки (Cullins, Kruijff, 1979; MassicotteNolan, 1981).

Отдельные функции мембран обеспечиваются специфическими белками (Singer S.J., Nicolson G.L., 1972). Белки выполняют роль насосов, каналов, рецепторов и преобразователей энергии. Белки мембран встроены в липидный бислой, который следует рассматривать как оптимальную среду для проявления их активности (Glynn I.M., Karlish S.J.D., 1975).

Исходя из изложенного, можно предполагать, что изменение температуры среды, способное вызывать изменение физико-хими- ческого состояния липидов, неминуемо отразится на структуре и функциях клеточных мембран и приведет к дезорганизации функций клетки и в конечном счете к ее гибели (Волков Е.И., Полежаев А.А., 1983; Bowler K., 1981; Lepock J.R., 1982).

Нарушение структуры мембран при действии температурного фактора может быть связано не только с изменением физико-хи- мического состояния липидов, но и с усилением их перекисного окисления, которое, влияя на структуру клеточных мембран, действует на многие внутриклеточные процессы (Владимиров Ю.А., Арчаков А.И., 1972).

Образующиеся липидные перекиси способствуют нарушению целостности мембран, разобщению окислительного фосфорилирования вследствие повышения проницаемости мембран для ионов водорода, денатурации белков. Ингибируя многие ферменты, они вызывают деградацию и лизис субклеточных частиц, гибель клеток и появление очагов некроза в тканях, накопление биологически инертных полимеров.

Появление перекисных полярных групп в липидах может приводить к изменению силы гидрофобных взаимодействий и оказывает существенное влияние на липид-белковые взаимоотношения. Незначительное изменение концентрации свободных радикалов может вызывать заметное нарушение структуры и функции клеточных мембран. По данным А.П. Шепелева (1976), перегревание организма сопровождается повышением в тканях уровня конъюгированных диенов и гидроперекисей, причем некоторое увеличение содержания указанных соединений в мозге, печени, легких и скелетных мышцах отмечено автором уже на 2–3 минуте от начала перегревания; при развитии теплового удара количество гидроперекисей в тканях повышалось в 8–10 раз.

21

Содержание одного из постоянных продуктов перекисного окисления липидов – малонового диальдегида – достоверно увеличивалось на фоне хронической гипертермии (Мелихов О.Г., 1989).

Резкая интенсификация перекисного окисления в агональном периоде могла быть обусловлена не только прогрессивным снижением концентрации липидных антиоксидантов, но и изменением конформации клеточных мембран вследствие температурных переходов в липопротеидных мембранных комплексах (Шепелев А.П., 1976).

Стабилизация структуры мембран является одним из факторов, лимитирующих скорость свободнорадикального окисления липидов. При повышении температуры тела до 40 °С в клеточных мембранах наблюдается вспышка хемилюминесценции, свидетельствующая о резком усилении свободнорадикальных реакций и распадов липопротеидных комплексов биологических мембран (Тарусов, 1972; Тарусов, Веселовский, 1978).

Токсическое действие липидных перекисей проявляется главным образом не в момент действия высокой внешней температуры, которое в ряде случаев бывает весьма кратковременным, а в более позднем периоде, как результат предшествующей высокой гипертермии, являющейся пусковой в цепи происходящих в организме изменений (Козлов, Забросаева, Лейтман, 1980).

Таким образом, в условиях гипертермии необходимо учитывать в основном два фактора: возможность температурных фазовых переходов липидов и усиление перекисного окисления.

Энергетический обмен в организме при повышении температуры окружающей среды изучали многие исследователи (Быков, 1947; Слоним, 1952; Ахмедов, Каримов, 1980).

Характерной чертой биохимических процессов, протекающих в организме при воздействии неблагоприятных факторов внешней среды, является постепенное истощение ресурсов важнейших субстратов метаболизма и энергетики. Наступает снижение насыщенности тканей кислородом, что в свою очередь приводит к нарушениям в системах энергообразования: разобщению процессов окисления и фосфорилирования, уменьшению содержания в органах и тканях энергоемких субстратов (АТФ, креатинфосфата, глюкозы, гликогена), торможению цикла трикарбоновых кислот и переключению энергетического обмена на гликолитический путь.

Снижается эффективность антиоксидантной защиты, что приводиткактивациисвободнорадикальныхпроцессов.Выявляются изменения в насыщенности тканей витаминами, кофакторами, мик-

22

роэлементами. Истощение ресурсов наблюдается и во многих других метаболических системах организма. В частности, изменяется уровень восстановленного глутатиона и гистидина в различных органах и тканях. В условиях высокой температуры показатель гистидина в плазме крови заметно возрастает, что свидетельствует о наличии в стадии компенсации гипертермии резервов данного субстрата и их целенаправленной мобилизации в функциональные системы срочной и долговременной адаптации организма.

Скорость ферментативных реакций (в живом организме практически все химические реакции ферментативные) определяется прежде всего активностью ферментов. Поэтому, рассматривая вопрос о влиянии гипертермии на интенсивность реакции обмена в организме, нельзя не учитывать возможность изменения при этом активности ферментов. Было показано, что никакого однозначного изменения активности ферментов в процессе перегревания организма не происходит. Активность одних ферментов в тех или иных органах может понижаться (моноаминоксидаза, липаза), других – повышаться (амилаза, гексокиназа, глюкозо-6-фосфатдегид- рогеназа, фосфорилаза), третьих – не изменяться (лактатдегидрогеназа, альдолаза). При этом активность одних и тех же ферментов в различных тканях при одной и той же степени перегревания организма может изменяться по-разному.

Перегревание организма сопровождается достоверным повышением активности амилазы в печени, а непосредственно перед гибелью животных активность амилазы увеличивается также в сердечной мышце. В скелетных мышцах при незначительной степени перегревания отмечается повышение активности фосфорилазы при неизмененной активности фосфофруктокиназы; при более сильном перегревании (тепловой удар) активность фосфорилазы и фосфофруктокиназы снижается. Все это может свидетельствовать о том, что изменение активности ферментов в различных тканях в процессе перегревания организма в основном связано не с непосредственным влиянием температуры на белки-ферменты, а с общей реакцией организма, включающей изменение функций нервной и эндокринной систем, других органов, нарушение структуры мембран, изменение состава внутренней среды организма.

Рассматривая биохимические основы патогенеза перегревания, нельзя не остановиться на изменении функционального состояния эндокринных желез, поскольку обмен веществ в организме неразрывно связан с деятельностью эндокринной системы (Козлов Н.Б., 1978).

23

В опытах на белых мышах (Симпсон, 1937) было показано, что в зависимости от длительности нагревания изменяются число и площадь островков Лангерганса. Е.А. Кирст (1948), занимаясь определением массы эндокринных желез различных животных, установил, что относительная масса щитовидной железы и гипофиза сезонно меняется. Щитовидная железа и надпочечники имеют минимум массы в самый жаркий период, а максимум – в холодный; масса поджелудочной железы и гипофиза меняется в обратном направлении. В опытах на морских свинках и белых крысах показано, что нагревание животных приводит к дегрануляции клеток островков Лангерганса (Тюков, 1970).

Усиление глюкокортикоидной функции надпочечников у людей, подвергнутых острому действию высокой внешней температуры, наблюдали Gwozd D. (1962), Collins K.J., Few J.D. (1968, 1969). Однако в ряде работ отрицается сколько-нибудь существенное изменение уровня кортизола в крови при остром действии тепла (Hellman et al., 1956; Okada, Matsuoka et al., 1972; Yashiaki, Torn et al., 1972). Более того, A.L. Lungu, F.L. Cocu (1968) пришли к заключению, что высокая внешняя температура не только не усиливает, но даже тормозит секрецию глюкокортикоидов.

Считается, что в условиях влияния на организм высокой внешней температуры усиливается функция надпочечников и наряду с этим мобилизируются различные механизмы по снижению активности выделяемых гормонов.

Снижение функции щитовидной железы при действии умеренно высокой температуры или при адаптации животных к повышенной температуре среды обнаруживали E.W. Dempsey, E.B. Astwood (1943), K. Hellman, K.J. Collins (1957), H.D. Johnson et al. (1964), R.J. Chaffee, J.С. Roberts (1971). Что касается действия более высокой температуры окружающей среды, то литературные данные весьма противоречивы.

В.Я. Быков, М.В. Константинов (1963) показали, что острое тепловое воздействие на крыс (40 °С) сопровождается признаками усиления функции щитовидной железы: выраженной гиперемией, увеличением объема эпителиальных клеток, явлениями десквамации эпителия. Однако Ф.Ф. Султанов (1962) не обнаружил уменьшения скорости и степени поглощения J131 клетками щитовидной железы в условиях перегревания животных, что расценивалось как снижение ее функциональной активности. Подобные же результаты были получены И.З. Ахметовым (1973). О подавлении функции

24

Глава 2

КОНТАКТНЫЙ ИММЕРСИОННО-КОНВЕКЦИОННЫЙ МЕТОД ОБЩЕЙ ИСКУССТВЕННОЙ ПИКОВОЙ ГИПЕРТЕРМИИ В КЛИНИКЕ.

ПРОБЛЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ

2.1. Термодинамические основы метода

Важнейшей функцией кровотока кожи является участие в механизмах терморегуляции. Благодаря высокой теплопроводности кожи этот механизм служит чрезвычайно эффективным способом передачи тепла.

Разные участки кожи не одинаково воспринимают одно и то же раздражение. Считается, что на одном квадратном сантиметре кожи находится 100–200 болевых точек, 12–15 холодовых, 1–2 тепловых и около 25 точек давления. Большинство кожных рецепторов по своей функции поливалентны. Под влиянием различных факторов окружающей среды количество функционирующих чувствительных рецепторов может изменяться. Развивается адаптация, особенно к температурным раздражениям.

Площадь поверхности тела человека равна 1,5–2 м2 (в зависимости от роста, пола, возраста). Кожа состоит из эпидермиса, дермы и подкожной клетчатки – гиподермы. Кожа богата различными воспринимающими нервными окончаниями. В ней находятся многочисленные вегетативные нервные волокна, иннервирующие кровеносные сосуды, гладкие мышцы и железы.

Как искусственно повысить температуру тела человека, причем максимально быстро?

Из термодинамики известно, что для быстрого нагрева необходимо, с одной стороны, обеспечить интенсивный подвод тепла к телу, а с другой – уменьшить его тепловые потери в окружающее пространство. Поскольку человек – животное теплокровное, и в его организме тепло вырабатывается непрерывно за счет химических реакций, то соответственно имеются и механизмы сброса излишков в окружающую среду.

Практически весь теплообмен с окружающей средой происходит через кожу. Важнейшую роль в этом процессе играет кровоток кожи, поскольку участие в механизмах терморегуляции – одна из важнейших его функций. При тепловом стрессе величина общего

26

кровотока в коже может значительно возрасти. Увеличение кожного кровотока в условиях высокой внешней температуры связано с закрытием множества артериовенозных анастомозов, по которым часть крови оттекает в вены, минуя капилляры. Управление кровотоком осуществляют соответствующие системы регуляции. С кровью на кожу переносятся избытки тепла из сердцевины организма. За счет теплопроводности тепло от капилляров транспортируется на поверхность кожи и далее в окружающую среду.

В данном изложении нас больше всего интересуют механизмы передачи излишков тепла от поверхности кожи в окружающую среду. Всего существует три таких механизма: радиационный, конвективный и отвод тепла за счет парообразования.

Радиационный механизм заключается в потере энергии за счет фотонов, излученных с поверхности кожи, как с любого нагретого объекта. Излучаемая мощность в этом процессе пропорциональна четвертой степени температуры, зависит от площади и формы излучающей поверхности и, конечно же, от ее оптических свойств.

Конвективный механизм предполагает непосредственный нагрев окружающей среды и зависит от теплоемкости среды, скорости ее движения относительно охлаждаемой поверхности кожи и разности температур среда–поверхность. Необходимо отметить, что среда всегда приходит в движение, если в нее поместить нагретое тело. Нагреваясь от тела, воздух начинает двигаться вверх, и при комнатной температуре скорость его движения может достигать 0,5 м/с. Эта скорость и определяет эффективность сброса излишков теплопродукции организма в окружающую среду.

Отвод тепла за счет парообразования – процесс образования пара при неощутимой перспирации и потоотделении. На переход воды из жидкого состояния в пар затрачивается энергия (2,4 кДж/г при 40 °С), что приводит к остыванию кожи. Этот процесс теплоотдачи очень эффективен, но возможен только при условии малой относительной влажности в окружающей среде. Если в среде относительная влажность достигла 100%, то вода не испаряется и охлаждения за счет парообразования не происходит.

Перечисленные процессы отвода тепла давно и хорошо изучены в практической медицине, и на данный момент известно, что в условиях комфорта (при температуре 20 °С и относительной влажности 40–60%) из общих 120 Вт потерь тепла 62,9 Вт (52,4%) отводится излучением, 30,2 Вт (25,2%) – конвекцией, включая кондукцию, и 26,8 Вт (22,3%) – испарением (Бегун П.И., Шукейло Ю.А. «Биомеханика»).

27

Таким образом, для эффективного снижения теплопотерь организма нужно остановить все три вышеуказанных процесса одновременно. Для снижения потерь тепла по радиационному механизму достаточно поместить пациента в объем с температурой стенок, равной или более высокой, чем температура тела. Тогда мощность излучения поверхности кожи будет скомпенсирована за счет поглощения теплового излучения стенок. Установится баланс между излученной и поглощенной мощностями. Для уменьшения потерь по оставшимся двум механизмам нужно поднять температуру среды, окружающей пациента, до температуры его кожи и создать в ней 100%-ю влажность.

Оказывается, что обеспечить все эти условия одновременно можно поместив пациента в ванну с водой, нагретой до температуры тела. При этом потери энергии излучением будут скомпенсированы за счет поглощения кожей излучения ванны. Конвективные потери исчезнут, так как передача тепла без наличия градиента температуры между кожей и окружающей средой невозможна, а испарения пота в водной среде не происходит.

Если поднять температуру воды в ванне до 45–46 °С, то организм пациента будет нагреваться не только за счет собственного теплопроизводства, но и за счет контакта кожи с более горячей водой.

Следует заметить, что любая попытка нагреть пациента «всухую» (термокостюм, бокс и др.) окончится тем, что сначала все пространство вокруг тела будет заполнено парами воды со 100%-й влажностью и продуктами работы потовых желез. Только после этого система терморегуляции организма перестанет справляться со своими функциями и начнется принудительный нагрев, так сказать, «в собственном соку», в отличие от гигиеничного прогревания в ванне.

Теперь рассмотрим механизмы подвода тепла к организму в ванне с горячей водой. В общем случае поток тепла тем больше, чем больше разность температуры между теплоносителем и нагреваемым объектом. Процесс нагрева характеризуется полем температур, которое зависит от распределения источников тепла, геометрических размеров и формы объекта, а также механизмов теплопередачи внутри него. Однако в случае живого организма существуют ограничения на локальную температуру. То есть в процессе нагрева в поле температур не должно быть значений, превосходящих предельно допустимое. В случае нагрева теплоносителями (горячая вода, пар и др.) достаточно ограничить температуру последних, что-

28

бы заведомо оказаться в допустимых пределах. Последнее утверждение, вообще говоря, справедливо только с точностью до собственного теплопроизводства организма. Но, как мы убедимся впоследствии, собственная тепловая мощность организма чрезвычайно мала по сравнению с мощностью внешнего нагрева, осуществляемого в ванне.

Совсем иначе обстоит дело с нагревом электромагнитным излучением. Для быстрого нагрева необходимо использовать большие мощности излучения. Однако организм – среда заведомо неоднородная, и поглощение энергии в разных его частях может оказаться неодинаковым. Это означает, что всегда есть опасность локальных перегревов (ожог) при фиксированной средней мощности излучения. Поэтому аппараты с электромагнитным нагревом типа «Яхта» имеют до 18 точек контроля локальной температуры пациента при относительно невысокой мощности нагревающего излучения (менее 1 кВт). К тому же в теле пациента могут оказаться металлические протезы, осколки и др., о которых не знают ни пациент, ни врачи. Аппараты с электромагнитным нагревом удобны при проведении локальной гипертермии, но этот вопрос в данной публикации мы не рассматриваем.

Таким образом, мы достаточно логично и последовательно доказали, что нагрев пациентов при общей искусственной гипертермии необходимо проводить в ванне с горячей водой и никак иначе.

Пионеров этого способа нет, так как его использовали и Гиппократ, и Парацельс, и Залманов. А вот у применения метода гипертермии для лечения рака автор есть. Это физик Манфред фон Арденне, ученик Отто Варбурга.

Итак, рассмотрим процесс нагрева пациента в ванне. Непосредственно с горячей водой контактирует только кожа человека. В ее поверхностных слоях (вплоть до сосочкового слоя) теплопередача может идти только за счет собственной теплопроводности. Глубже кожа насыщена капиллярами и теплопередача возможна не только за счет теплопроводности, но и за счет переноса тепла кровью, участвующей в периферическом кровообращении. Сразу оговоримся, что теплоперенос периферическим кровообращением более эффективен, чем теплопроводность. Радиационным нагревом мы тоже пренебрегаем. Ниже будет понятно, что его роль в условиях нагрева в ванне несущественна.

Существуют компьютерные модели теплообмена человека, но, чтобы не перегружать повествование вычислениями, мы ограничимся простыми оценками. В нашей модели тепло за счет тепло-

29

проводности верхних слоев кожи достигает сосочкового слоя, откуда уносится периферическим кровотоком и распределяется по всему организму. Такие допущения оправданны, так как количество капилляров на единицу площади велико и, соответственно, среднее расстояние между ними меньше или сопоставимо с толщиной верхнего, неваскуляризованного, слоя кожи. В частности, при капилляроскопии ногтевого ложа наблюдают от 20 до 65 групп капиллярных петель на 1 мм2, а по данным, приводимым Болинжером и Фагрелом (1990), число видимых капилляров на 1 мм2 составляет 10–30.

Известно, что температура крови в капиллярах равна температуре окружающих тканей. Следовательно, можно принять температуру крови, поступающей в организм с периферии, равной температуре сосочкового слоя, в то время как на периферию поступает кровь со средней температурой «сердцевины организма». Таким образом, поток тепла, вносимый в организм кровью, рассчитывается по формуле

где Q – поток тепла; Cк – теплоемкость крови; Vп – объемный расход периферийного кровотока; ρ – плотность крови; Tc – температура сосочкового слоя; Tт – температура «сердцевины организма». Тогда уравнение для температуры сердцевины организма выглядит следующим образом:

Однако в уравнении (2) величина Vп зависит от времени, так как при нагреве включаются функции терморегуляции организма и периферийный кровоток может изменяться в разы. Для получения оценок зависимости температуры тела от времени эти изменения можно считать медленными, и тогда можно пользоваться уравнением (2), подставляя в него конкретные значения Vп. В литературных источниках нам не удалось найти зависимость значения Vп от температуры тела, приводятся только отдельные данные. Вероятно, эта характеристика организма очень индивидуальна, а прямые измерения крайне затруднительны.

Заметим, что, измеряя в ходе процедуры гипертермии зависимость Tт от времени, можно вычислить текущее значение Vп и построить интересующую нас зависимость периферического крово-

30