Пахмурин Денис Олегович, кандидат технических наук, доцент, ведущий научный сотрудник лаборатории съема, анализа и управления биологическими сигналами, заведующий лабораторией биомедицинских технологий, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 40;
доцент кафедры медицинской и биологической кибернетики, 634050, г. Томск, ул. Московский тракт, 22
Denis O. Pakhmurin, PhD, Associate Professor, Leading Researcher, Biological Signals Acquisition, Analysis and Control Laboratory, Head of Laboratory of Biomedical Technologies, 40, Lenin Ave., 634050, Tomsk;
Associate Professor of the Department of Medical and Biological Cybernetics, 2, Moskovsky Trakt, 634050, Tomsk
Пахмурина Виктория Викторовна, младший научный сотрудник лаборатории съема, анализа и управления биологическими сигналами,
634050, г. Томск, пр. Ленина, 40
Victoria V. Pakhmurina, Junior Researcher, Biological Signals Acquisition, Analysis and Control Laboratory,
40, Lenin Ave., 634050, Tomsk
Анисеня Илья Иванович, кандидат медицинских наук, ведущий научный сотрудник отделения общей онкологии,
634009, г. Томск, пер. Кооперативный, 5
Ilya I. Anisenya, MD, PhD, Leading Researcher, Department of General Oncology,
5, Kooperativny St., 634009, Tomsk
Ситников Павел Константинович, врач-онколог отделения общей онкологии,
634009, г. Томск, пер. Кооперативный, 5
Pavel K. Sitnikov, MD, Oncologist, Department of General Oncology,
5, Kooperativny St., 634009, Tomsk
Цель исследования – изучить динамику изменения температуры снаружи и внутри длинных трубчатых костей животных под воздействием разных температурных режимов в течение заданного времени.
Материал и методы. Эксперименты проводились с использованием свежезамороженных длинных трубчатых костей свиней. Нагрев осуществлялся с помощью поверхностных нагревателей, температура которых определялась выбранным режимом, в течение 1 ч; фиксация температурных значений проводилась ежеминутно. Экспериментальное исследование было построено на изучении четырех температурных режимов: трех с постоянной температурой (РПН) нагревателя (60, 70, 80 °C) и режима максимального нагрева (РМН), при котором специального ограничения температуры не устанавливалось, поэтому нагрев осуществлялся до 120 °C.
Результаты. Происходящие процессы можно описать следующим образом: в первые 10 мин нагрева происходит быстрый подъем температуры, при этом темпы прироста температуры на наружной поверхности опережают темпы прироста температуры внутри костномозгового канала, что приводит к формированию значительной температурной разницы. Далее наблюдается замедление темпов прироста температуры, что приводит к постепенному сближению температурных значений внутри и снаружи кости с последующей стабилизацией температуры на устойчивом уровне (плато), который различен для исследуемых областей. В этот период температурная разница составляет 3,5–6 °C и сохраняется на данном уровне до конца исследования. При РПН 60/70/80 °C стабилизация температуры происходит на уровне 55/61/70 °C в центре костномозгового канала и на уровне 58/67/75 °C под нагревателем соответственно. Период до выхода на температуру стабилизации составляет 30–40 мин. Также необходимо отметить, что устойчивые уровни температуры как внутри, так и снаружи кости были ниже уровня стабилизации температуры нагревателя. Следовательно, чтобы достичь планируемой температуры в центре кости, к ее наружной поверхности необходимо приложить большую температуру, т.е. формируется нисходящий температурный градиент: температура стабилизации нагревателя – температура на наружной поверхности – температура внутри костномозгового канала. Увеличение температуры воздействия позволяет сократить период нагрева, но способствует увеличению температурной разницы в период нагрева (до 25 °C на 5-й мин нагрева при использовании режима максимального нагрева).
Заключение. Для того, чтобы обеспечить выход на необходимую температуру (60 °С) в течение короткого времени (15–20 мин) при сохранении оптимальных температурных параметров, было предложено разработать режимы с переменной температурой, которые сочетали бы в себе первоначальное использование режима максимального нагрева до момента достижения заданной температуры в костномозговой полости с последующим переключением на режим с постоянной температурой, позволяющий поддерживать достигнутый температурный уровень во время лечебного воздействия.
Purpose: to study the changes in the temperature outside and inside the long tubular bones of animals under the influence of different temperature regimes for a given time.
Material and Methods. The experiments were conducted using fresh frozen pig long bones. The heating was carried out using surface heaters, the temperature of which was determined by the selected mode for 1 hour; fixation of temperature values was carried out every minute. Four heating modes were used: 3 modes of constant heating (60, 70, 80 °C) and the maximum heating mode, in which no special temperature limit was set, so heating was carried out up to 120 °C.
Results. During the first 10 min of heating, a rapid rise in temperature occurred. The temperature increase rate on the outer surface outstripped the temperature increase rate on the inner surface of the bone, thus leading to a significant temperature difference. Further, there was a slowdown in the rate of temperature increase, which led to a gradual convergence of the temperature values inside and outside the bone, followed by temperature stabilization at a stable level (plateau), which was different for the studied areas. During this period, the temperature difference was 3.5–6 °C and it remained at this level until the end of the study. At a constant heating mode (60/70/80 °C), temperature stabilization occurred at the level of 55/61/70 °C in the center of the medullary canal and at the level of 58/67/75 °C under the heater, respectively. The period before reaching the stabilization temperature was 30–40 min. The stable temperature levels both inside and outside the bone were below the temperature stabilization level of the heater. Therefore, to achieve the planned temperature in the center of the bone to its outer surface, it is necessary to apply a high temperature, i.e., a downward temperature gradient is formed: the heater stabilization temperature – the temperature on the outer surface – the temperature inside the medullary canal. Increasing the exposure temperature can shorten the heating period, but increase the temperature difference during the heating period (up to 25 °C in the fifth minute of heating when using the maximum heating mode).
Conclusion. To ensure reaching the required temperature (60°C) within a short time (15–20 min) while maintaining optimal temperature parameters, it was proposed to develop variable temperature modes that would combine the initial use of the maximum heating mode until reaching the desired temperature in medullary cavity, followed by switching to a constant temperature mode, which allowed maintaining the achieved temperature level during therapeutic exposure.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.