Гіпотермія

Ім. Андрея Крупинського

Методичні рекомендації

з дисципліни

«Основи біофізики та медична апаратура»

до практичного заняття

на тему:

«Визначення фізичних характеристик теплового випромінювання організму людини та його терморегуляції»

для студентів спеціальності

«Сестринська справа»

Л Львів, 2013

Укладач – Довжна І.Є., викладач вищої кваліфікаційної категорії, викладач-методист

Заслухано та схвалено

на засіданні циклової комісії

природничо-наукових дисциплін

Протокол № ___від____2013р.

Голова комісії_______Панкевич М.С.

Тема: Вивчення фізичних характеристик теплового випромінювання організму людини та його терморегуляції.

Мета роботи: закріпити знання про основні характеристики теплового випромінювання, особливості теплового випромінювання тіла людини, терморегуляцію в живому організмі, використання термографії в медичній практиці, способи вимірювання температури тіла людини та застосування холоду

Конкретні цілі:

- знати види теплообміну людини;

- знати сучасні методи теплолікування;

- розрізняти методи теплолікування нагрітими середовищами;

- знати характеристики інфрачервоного випромінювання;

- розрізняти джерела інфрачервоного випромінювання, що

застосовуються в медицині;

- знати застосування термографії в клінічній медицині;

- розрізняти сучасні медичні методи, в яких застосовується охолодження;

- знати переваги кріохірургічного методу;

- знати заходи безпеки при роботі з

- вміти вимірювати температуру людини медичним термометром та електротермометром.

Випромінювання - це теплообмін внаслідок електромагнітних коливань між тілами, які розділені магнітним середовищем. Теплова енергія перетворюється на поверхні тіла в коливну, передається на другу (холодну), де знову перетворюється в теплову. У виробничих умовах людина сама випромінює тепло, теплові випромінювання від нагрітого обладнання, від сонця тощо.

На конвективний теплообмін людини з навколишнім середовищем впливає швидкість руху повітря, а також відносна вологість, оскільки коефіцієнт теплопровідності повітря є функцією барометричного тиску і вологоємкості повітря. Величина конвективного теплообміну значною мірою залежить від швидкості руху повітря. Тепловіддача С>3 залежить від інтенсивності випаровування вологи шкірним покривом людини.

Кондукція—це теплообмін, котрий відбувається при безпосередньому дотику людини до гарячих чи холодних машин, верстатів, інструментів, матеріалів:

Людина ще в давні часи використовувала тепло сонячних променів, води, вогню, чисте повітря не тільки для комфорту в житті, а й з лікувальною метою для зцілення. Розвиток науки й техніки дав можливість ширше використовувати фізичні фактори, зокрема тепло, з профілактичною, діагностичною та терапевтичною метою.

Теплолікування.

Сучасні методи теплолікування діляться на три групи:

• контактний (накладання нагрітих середовищ);

• безконтактний (світло-теплове опроміювання);

• використання тепла, що виникає в тканинах при дії високочастотного електричного струму (поля).

Зупинимось більш детально на методах використання тепла нагрітих середовищ та світлового опромінювання.

Оскільки тепло є одним із фізичних факторів, то при використанні його в фізіотерапії необхідно пам'ятати, що теплова дія повністю визначається характером поглинання теплової енергії тканинами організму та їх теплофізичними властивостями (теплоємність та теплопровідність).

Для теплолікування нагрітими середовищами використовують речовини, які мають велику теплоємкість, тепло від яких поступово передається тілу людини під час проведення процедури.

Частіше всього використовують воду, торф, парафін, лікувальні грязі.

У залежності від речовини теплоносія розрізняють:

• грязелікування;

• загальні та часткові аплікації.

Грязь наноситься на все тіло, або частину тіла за спеціальною методикою, при цьому температура повинна бути для мулової грязі 38-42°С, а для торфяних - 38-48°С. Процедура триває 15-20 хв., але не більше 30 хв.

Парафінолікування проводяться аплікацією. Розплавлений парафін температурою 52-55 °С наносять шаром 1-2 см на відповідну ділянку шкіри марляним тампоном, потім обгортають пергаментним папером і замотують бавовняною хусткою, або рушником. Парафін можна наносити тільки на суху шкіру, щоб не було опіків.

Озокеритове лікування - використовується озокерит. Його нагрівають до 55°С і наносять малярною щіткою на потрібні місця на шкірі, які необхідно змазати вазелином або риб'ячим жиром. Товщина шару повинна бути 1-2 см, після чого накладають клейонку, роблять пов'язку або укутують ковдрою.

Лікування нафталанською нафтою - використовують ванни температурою води 37-38 °С, тривалість 8-1° хв. Наносять аплікації нафтою на шкіру, потім прогрівають лампою "Солюкс".

Процедури проводяться в основному в лікувальних здравницях.

Глинолікування - використовується глина, продукти вулканічних порід. Теплоємкість і теплопровідність глини залежить від кількості води, що додають при її приготуванні. Глину підігрівають на водяній бані до 4°-46 °С і наносять на потрібну ділянку тіла. Тривалість процедури 2°-3° хв.

Лікування нагрітим піском - роблять піщані ванни. Для цього використовують нагрітий 45-5° °С річковий або морський пісок.

На пляжі людину засипають нагрітим піском товщиною 8-1° см, область серця повинна бути вільна, а голова знаходитись у затінку. Тривалість процедури 2°-3° хв. У лікувальних закладах пісок нагрівають на жаровнях або спеціальних приладах. Поміщають у ванни або дерев'яні ящики, а потім проводять процедури.

Водотеплолікування - вода використовується при теплових процедурах у вигляді загальних та часткових ванн. Температура води має бути до 40 °С. Тривалість процедури залежить від стану хворого.

Сучасна медицина використовує тепло видимого сонячного світла. Купання в басейні при температурі води 20-26 °С є одним із гартуюючих методів й одночасно лікувальною процедурою, тренуючи механізми терморегуляції, нервово-судинну систему й систему дихання. Купання в басейні з більшою температурою води (28-36⁰С) використовується для проведення гімнастики і як лікувальна процедура. Слід пам'ятати, що температура повітря при купанні в відкритих водоймищах повинна бути не нижче 22-20⁰С.

Бані - спеціальні приміщення для гігієнічних, профілактичних, лікувальних та реабілітаційних цілей. Розрізняють: російська баня - з температурою 45-60⁰С, високою відносною вологістю 90-100%, з паром; фінська баня - сауна з температурою 90-100⁰С, а відносна вологість повітря 10-15%. Дія гарячої і холодної води, сухого й вологого повітря спричиняє хороший лікувальний, профілактичний та реабілітаційний ефекти.

Теплолікування використовується при запальних процесах опорно-рухової системи, захворюваннях нервової системи, хронічних інтоксикаціях, подагрі, захворюваннях м'язів, хронічних шлункових захворюваннях, остеомієлітах, язвах, хронічних захворюваннях жіночої статевої системи.

Теплолікування не можна використовувати при хронічних швидко перебігаючих захворюваннях (туберкульозі, пухлинах), захворюваннях крові, при кровотечах, захворюваннях ЦНС, лихоманці, при вагітності.

Інфрахвильові промені та їх використання в медицині.

Інфрачервоне випромінювання займає в спектрі електромагнітних хвиль місце між видимим світлом і радіохвилями тобто в діапазоні °,76мкм до 1 мм. Весь діапазон інфрачервоного випромінювання ділиться на декілька областей (таблиця 1).

Таблиц я

Довжина хвилі (мкм)	Назва області
°,76 - 1,5	Близьке ІЧ-випромінювання
1,5 - 5,5	Короткохвильове ІЧ-випромінювання
5,6 - 25	Довгохвильове ІЧ-випромінювання
25 -1°°°	Дальнє ІЧ-випромінювання

Такий поділ умовний, але він враховує властивості ІЧ-випромінювання та практичне його використання. ІЧ-промені мають хвильові й квантові властивості, поширюються та поглинаються квантами. Енергія кванта залежить від довжини хвилі:

h • c

^E= —^,

де Е - енергія, с - швидкість світла, h - стала Планка, А-довжина хвилі.

Основною характеристикою ІЧ-випромінювання є потужність випромінювання (променевий потік) - енергія випромінювання, що падає на дану площу за одну секунду. Коли розглядається енергія ІЧ-випромінювання що падає на одиницю площі за одну секунду вона називається інтенсивністю випромінювання. Одиницею інтенсивності є

Вт/м², але частіше використовують Вт/см². ІЧ-випромінювання поглинається, відбивається, заломлюється та розсіюється.

Поглинання, Поглинання ІЧ-променів відбувається згідно закону Бугера-Бера: поглинання швидко збільшується зі збільшенням товщини поглинаючого слою. Наприклад, якщо шар в 1 мм ослаблює випромінювання вдвічі, то шар товщиною 5 мм буде ослаблювати в 32 рази, а шар 10 мм - більше чим в 1000 разів.

Тканини організму поглинають ІЧ-випромінювання по різному і залежить це від довжини ІЧ-променів. Прикладом може бути шкіра людини.

Відбивання. Металеві поверхні добре відбивають як видиме, так і ІЧ-випромінювання. Але картина відбивання буде різна й відрізнятиметься від звичайної. Трава, листя добре відбиваючи ІЧ-світло, здаються набагато світлішими, світлішими як і радужна оболонка, темне волосся. Текст, написаний на білому папері червоним і жовтим кольором, майже не змінюється в ІЧ-променях, але іншими кольорами - змінюється, тому це використовують при підробці документів, реставрації картин.

Шкіра людини поглинає та відбиває ІЧ-світло по-різному, це використовується для розпізнавання шкірних хвороб у судовій медицині і криміналістиці.

Заломлення, ІЧ-промені добре заломлюються, але показник заломлення для ІЧ-променів менший, вони менше відхиляються при переході із одного середовища в інше, що необхідно враховувати при фотографуванні в ІЧ-променях.

Розсіювання. Велике практичне значення має розсіювання 14-прменів, так як вони розсіюються менше ніж видиме світло. Розсіювання будь-якого випромінювання малими частинками (туман, пил, пухирці повітря) залежить від природи, величини й форми частинки, а також від довжини хвилі. Якщо розміри частинок малі по відношенню до довжини хвилі випромінювання, то залежність описується формулою Релея: тобто розсіювання обернено пропорційне четвертій степені довжини хвилі.

Для більших частинок залежність від довжини хвилі буде слабша. Довжина хвиль ІЧ-променів більша ніж видимого світла, вони розсіюються менше, що дає можливість використовувати їх в аероспостереженнях, умовах поганого бачення.

Джерела ІЧ-випромінювання.

Широко використовуються в медицині лампи розжарювання. Освітлювальна електролампочка, заповнена аргоном, 12% випромінює енергію у видимій частині спектра, 74% перетворюється в енергію ІЧ-випромінювання, а 14% витрачається при теплопровідності.

У наш час у медичній практиці використовуються лампи "ЛИК-5М", "Солюкс", стаціонарну ЛЛС-6М та настільну ЛСН-1М, 14-випромінювачі (інфраруж).

Використання інфрачервоного випромінювання в медицині.

Розвиток та удосконалення приладів та електрично-оптичних перетворювачів дало можливість широко в медичній практиці використовувати фотографування, мікроскопію, спектрометрію в 14-променях. Інфрачервона фотографія використовується для обстеження поверхневих вен. Поглинання світла кров'ю залежить від вмісту в ній оксигемоглобіну й відновленого гемоглобіну. В ІЧ-області ці пігменти поглинаються слабо та майже однаково. Тому незалежно від ступеня насиченості гемоглобіном кров прозора для ІЧ-променів. Розсіювання кров'ю також невелике. ІЧ-випромінювання, яке падає на кров'яні судини, проходить через них і проникає в глибші шари шкіри (або підшкірної клітковини), ніж у тих місцях, де судин немає. Тому ділянку де проходить вена буде ємним на фотографії. Видимість вен значною мірою буде залежати від індивідуальних особливостей людини (кількості крові в судинах, підшкірного жирового шару, товщини судин, статі, віку). Це має велике значення для діагностики, досліджування судинної системи, кровообігу вагітних, хворих цирозом печінки, тромбозом судин, судин нижніх кінцівок.

ІЧ-промені в медицині широко використовуються для дослідження стану кришталика, радужки та інших структур ока при пальпості й більма або помутнінні роговиці. Здоровий кришталик прозорий для ІЧ-променів, а незначне помутніння відбивається від кришталика й дає зображення на фотографії.

Добре видно зрілі катаракти, можна оцінити структуру більма. Величина й форма зіниці, характер їх реакції на світло - дуже важливі показники для дослідження нервової системи, процесу адаптації.

Широке використання нічного бачення, інфрачервоні біноклі для санітарів, дало можливість використати ІЧ-промені у військовій медицині (чітко видно на відстані 150-200 м можна розшукати, евакуйовати поранених і близько на відстані до 30-50 см надати першу медичну допомогу).

Велику роль відіграють ІЧ-промені в судовій медицині й експертизі, встановлення відстані пострілу, розмірів рани, татуювання.

Добре проводиться діагностика шкіряних захворювань: вовчанки, раку шкіри, порушення пігментації шкіри, псоріазу, екземи, добре видно межу патологічних змін тканини.

Вивчення поведінки п'явок, клопів, кліщів, комарів-переносників інфекційних захворювань дало можливість розвитку паразитології лише при використанні ІЧ-променів. Будова лікарських препаратів, антибіотиків, вітамінів, гормонів стала відомою лише при використання ІЧ-елктроскопії.

Біологічний ефект дії інфрачервоного випромінювання на організм пояснюється локальним підвищенням температури, включенням даної ділянки в систему регуляції температурного гомеостазу й регуляції молекулярнозалежних хімічних реакцій. Спочатку спостерігаються спазми судин, що призводить до збільшення швидкості кровообігу. В наслідок дії інфрачервоного випромінювання відбувається активація обмінних процесів ферментативних реакцій, знижується чутливість больових рецепторів. ІЧ-промені мають добрий клінічний ефект при захворюваннях шкіри, опіках, обморожуваннях, для розсмоктування гематом, при запальних процесах.

Застосування термографії в клінічній медицині

Термографічні дослідження широко входять у лікарську практику з метою отримання додаткових даних для діагностики різних захворювань.

Онкологічні захворювання. Перші ж дослідження показали, що розвиток пухлин дуже часто супроводжується появою на термограмі гарячої зони. Однак на теплову картину пухлин впливає багато факторів, виявлені також термонегативні пухлини.

Найкраще розроблена термографічна діагностика раку молочної залози. До його основних критеріїв відносять вогнищеву гіпертермію, коли в ділянці однієї із залоз знаходять гарячу пляму, розміри якої можуть коливатись від кількох міліметрів до 2-3 квадрантів. При цьому протилежна молочна залоза залишається більш холодною. Часто спостерігається розігрів всієї залози з підвищеним свіченням судинної сітки. Термографічна диференціальна діагностика раку молочної залози з доброякісними пухлинами й гормональними мастопатіями залишається нерозробленою.

Захворювання серцево-судинної системи. Останнім часом термографія широко використовується в комплексі з іншими функціональними й інструментальними методами дослідження серця та кровоносних судин. У хворих на облітеруючий атеросклероз та ендатеріт на термограмах знижується інфрачервоне випромінювання враженої кінцівки, нерідко виникає її теплова "ампутація". Показовим є перепад температури між великим пальцем ступні й середньої третини стегна: чим більше виражені ішемічні розлади, тим вищій температурний градієнт -досягає 8⁰С. Приєднання запального процесу спричиняє різке підвищення випромінювання тепла.

Особливе місце термографія займає в обстеженні хворих на цукровий діабет, кількість захворювань яких продовжує зростати.

За допомогою термографії, теплової та холодової проб діабетичну ангіопатію вдалось виявити в кожного другого на діабет. Більш того, ознаки мікроангіопатії діабетичного типу діагностовано в частини найближчих родичів хворих, що може служити ознакою спадкової схильносі до цукрового діабету.

Термографія дає змогу слідкувати за станом здоров'я після інфаркту міокарда, краще підбирати ліки й реабілітаційні заходи. На його ранній стадії в проекції серця спостерігається зона гіпотермії з перепадом температури.

Захворювання органів дихання. У 7°-8°% хворих на початковій стадії гострого запалення легень на стороні враження виникає зона гіпертермії. Термоасиметрія дорівнює 1-3 °С.

Важливо відзначити, що в третини хворих, в яких під час рентгенологічного дослідження пневмонію виявити не вдається, знайдено термографічні зміни, характерні для гострого запалення.

Захворювання органів травлення. Не менш цінні дані можна отримати з допомогою термографії при набряковій і деструктивній формах панкреатиту. У хворих розрізняють типовий, центральний і змішаний варіант розміщення місць підвищеної радіації. При типовому варіанті, який спостерігається в 7°-75% випадків, однаково гіпертермічні обидва підребер'я та надчеревна ділянка. Центральний варіант (у 8-15% хворих) характеризується розташуванням зони гіпертермії тільки в надчерев'ї. У решти хворих спостерігається переважне потепління підреберних областей з деяким розповсюдженням гіпертермії на надчеревну ділянку. Форма цих зон може бути різна: трапецієвидна, трикутна, стрічкоподібна, підковоподібна. Величина інфрачервоного випромінювання залежить не тільки від місцевих змін, а й рівня інтоксикації організму. Середній температурний перепад становить 1,1­1,3 °С.

Холод є одним з найбільш давніх відомих людині анестезуючих, кровоспинних і протизапальних засобів. Навіть античні дослідники відзначали його цілющі властивості. Але окремі емпіричні знахідки й спостереження не могли стати основою повноцінного методу. Тільки досягнення фізики низьких температур і кріогенної техніки дозволили ефективно використати всі потенційні можливості цього засобу.

Сучасні медичні методи, в яких застосовується охолодження, можна поділити як за ступенем охолодження й технічним засобам його здійснення, так і за ефектами, які досягаються, на дві великі групи: гіпотермія та кріомедицина. До першої групи можна віднести ті методи, які не передбачають охолодження нижче 0 °С, а до другої - методи значно більшого охолодження, з використанням кріогенних рідин.

Гіпотермія.

Гіпотермія, за величиною частини тіла людини, що підлягає охолодженню, простягається від місцевої до загальної гіпотермії. Місцеве знеболювання охолодженням досягається обприскуванням відповідної ділянки поверхні тіла хлоретилом, температура кипіння якого 12 °С. Швидке випаровування хлоретилу з поверхні призводить до значного її охолодження.

Місцева гіпотермія застосовується при травмах, запаленнях, а також для досягнення гемостатичного ефекту при кровотечах, у тому числі паренхіматозних. Можлива також гіпотермія досить значних ділянок тіла, наприклад, гіпотермія під джгутом цілої кінцівки.

Досить широке застосування в наш час має краніоцеребральна гіпотермія (КЦГ) - метод охолодження головного мозку через зовнішні покрови, який застосовується для купірування різноманітних психосоматичних розладів та неврологічних порушень.

При глибокій КЦГ температура мозку (вимірювання біля барабанної перетинки) знижується до 24 °С, а температура тіла (ректальна) - до 28 °С. Таке зниження температури досягається примусовою циркуляцією охолодженої рідини в гумовому шлемі з подвійними стінками, який одягається на голову. Терапевтичний ефект при КЦГ досягається можливістю регулювання нейрометаболізму, а саме за рахунок підвищення стійкості до кисневого голодування.

Саме цьому загальна гіпотермія, тобто охолодження всього організму, використовується при операціях на серці, особливо у випадку виключення серця із кровообігу, для зниження обміну речовин, а значить і потреби в кисні в усіх органах. При цьому зниження температури до 31 -28 °С дозволяє виключити серце на 5 хвилин, зниження температури до 19 °С - на 20 хвилин і до 8 ⁰С - на 120 хвилин. Глибока загальна гіпотермія можлива тільки при використанні апарату штучного кровообігу. Загальну гіпотермію спричиняють, як охолодженням поверхні тіла, так і охолодженням крові поза організмом. Охолодження поверхні тіла досягається, як правило, зануренням хворого у холодну воду, а охолодження крові поза організмом проводять у спеціальному теплообміннику, який вмонтовано в апарат штучного кровообігу.

Кріосауна. Виключно популярна процедура з усіх “кріо”. Температура, завдяки різним газам, тут різко падає до мінус 100-150^о С. Тіло пронизує різкий шок. Тіло вкривається синіми смугами, може позеленіти. Це триває до двох хвилин. Після того на обличчі – живий рум’янець, відсутні ознаки обмороження.

Кріомасаж. Діє локально, застосовують для лікування зморшок, набряків, запалення сальних залоз. Швидше проходять синці, шкіра набуває здорового вигляду.

Кріоелектрофорез. Заморожені препарати вводяться

підшірно із застосуванням пульсуючого струму і повільно там розтають.

Кріодеструкція і кріодембразія дозволяють вивести темні плями, рубці та інші видимі пошкодження шкіри. Безболісні процедури.

Переваги кріохірургічного методу:

- кріовплив дозволяє цілком зруйнувати певну ділянку нормальної чи патологічної тканин, розташованої як на поверхні тіла, так і в глибині органа;

- доступ до глибоко розташованих тканин може бути здійснений з мінімальною травматизацією тканин тонким кріохірургічним інструментом;

- локальний кріохірургічний вплив на живі тканини безболісний, не вимагає знеболювання;

- вогнище кріонекрозу володіє біологічною інертністю, викликаючи мінімальні реакцію навколишніх тканин;

- локальне заморожування тканини може бути здійснене без ушкодження здорових клітин, що оточують вогнище кріонекрозу;

- холодовий вплив блокує дрібні артеріальні і венозні судини, що дозволяє робити розрізи і видаляти вогнища практично безкровно у таких органах, як печінка, нирки, головний мозок і попереджує можливість вторинних кровотеч;

- висока резистентність стінок великих судин до низької температури зумовлює відновлення нормального кровообігу навіть після їхнього повного заморожування;

- зниження температури тканини, зокрема мозкової, дозволяє робити тимчасове оборотне вимикання функцій охолоджуваної структури, що служить функціональним тестом перед необоротною деструкцією;

- вогнища кріодеструкції швидко загоюються.

Кріохірургічний метод широко застосовують

в онкології, офтальмології, дерматології, урології, гінекології, педіатрії і проктології.

Підбиваючи підсумок вище сказаному, підкреслимо, що кріодеструкція в поєднанні з анестезуючим та гемостатичним факторами роблять кріохірургію одним з найбільш "фізіологічних" методів радикального хірургічного втручання в організм людини. Цей метод досить простий, доступний, легко переноситься хворими, після нього відновлювальні процеси протікають без грубого рубцювання зі збереженням головних функцій тканин і органів. Усе це дозволяє вважати кріохірургічні методи одними з найбільш перспективних.

Щодо конструктивних особливостей кріогенної медичної апаратури, то, схематично, вся вона складається з посудини Дьюара, призначеного для довгострокового зберігання рідкого азоту, трубопровода з подвійними стінками і вакуумованим проміжком між ними, призначеного для передачі кріоагента без тепловтрат та теплообмінника, призначеного для безпосереднього кріовпливу на відповідну тканину. За типом теплообмінника цю апаратуру можна поділити на три групи: кріозрошувачі, кріоаплікатори й кріозонди. Робоча температура кріогенних медичних приладів залежно від їх призначення може бути від -50 до -196 °С. Апарати мають різні назви, у яких частково або цілковито відбито їхнє призначення: кріокаутер,кріодеструктор, кріоаплікатор, кріоманіпулятор, кріофак, кріоекстрактор.

Для кріохірургічних апаратів застосовуються наступні холодоагенти:

1.Фреон-12 (температура кипіння – 29,8^о С при тиску 1 атмосфера) і фреон-22 (температура кипіння 40,8^оС при тиску 1 атмосфера); вони зберігають і транспортуються в рідкому стані в талевих балонах під тиском 5,7 і 98,3 атмосфер при 20^о С;

2. Двоокис вуглецю СО₂ (вуглекислота) у вигляді сухих кришталиків (температура випаровування – 78,48^о С при 1 атмосфері); зберігається в рідкому стані в талевих балонах під тиском 58,46 атмю при 20^о С;

3. Закис азоту NO₂ (температура кипіння - 89^о С при 1 атмосфері) зберігається і транспортується в рідкому стані в сталевих балонах при 60 атм;

4.Рідкий азот N₂ (температура кипіння -195,76^о С при 760 мм рт.ст.); зберігається і транспортується в посудинах Дьюара.