Авторы

Моделирование динамики изменения температуры кожных покровов в процессе общего криотерапевтического воздействия

DOI: 10.17586/1606-4313-2018-17-2-71-77
УДК 621.593

Моделирование динамики изменения температуры кожных покровов в процессе общего криотерапевтического воздействия

Ережеп Д. ., Миникаев А.Ф. , Пронин В. А., Захаренко В. П.

Ссылка для цитирования: Ережеп Д., Миникаев А.Ф., Пронин В.А., Захаренко В.П. Моделирование динамики изменения температуры кожных покровов в процессе общего криотерапевтического воздействия // Вестник Международной академии холода. 2018. № 2. С. 71-77

Аннотация
В статье приводятся результаты численного моделирования распределения температурных полей и тепловых потоков в кожных покровах человека в ходе общекриотерапевтического воздействия. Результаты получены с использованием математической модели теплообмена между потоком газовой среды (пары жидкого азота) и биологическим объектом (пациентом общекриопевтического воздействия) в трехмерной нестационарной постановке. Исследование выполнено с применением метода конечных элементов в пакете прикладных программ Comsol Multiphysics. Модель включала в себя слои биологической ткани (эпидерма, дерма, внутренняя ткань, подкожный слой) и воздушную среду (пары азота). Расчеты процессов теплопереноса в биологической ткани производились с использованием модуля Bioheat Transfer. В уравнении теплопроводности было учтено выделение теплоты биологических тканей человека. Поток газообразного азота считался ламинарным. Расчеты ламинарного потока проводились в модуле Laminar Flow и описывались уравнением Навье-Стокса. Два модуля были объедены с помощью стандартных мультифизических средств программы Comsol Multiphysics. Для проверки сходимости результатов выполнен анализ модели стандартными инструментами. При расчетах все материалы приняты изотропными. Созданная нестационарная компьютерная модель позволяет описать распределение тепловых полей в кожных покровах в процессе общекриотерапевтического воздействия. Полученные результаты могут быть применены для модернизации режимов криосаун и конструирования новых криосаун с улучшенным криотерапевтическим эффектом, без вреда пациенту.

Ключевые слова: моделирование, тепловой поток, теплопроводность, температура, общее криотерапевтическое воздействие, криотерапевтический эффект.

Список литературы

1. Dugué B., Leppanen E. Adaptation related to cytokines in man: effects of regular swimming in ice-cold water. Clinical physiology functional imaging. 2000. V. 20. No 2. P. 114-121. Doi: 10.1046/j.1365-2281.2000.00235.x.

2. Banfi G., Melegati G., Barassi A. and d'Eril GM. Effects of the whole-body cryotherapy on NTproBNP, hsCRP and troponin I in athletes. J Sci Med Sport. 2009. V. 12. No 6. P. 609-10. Doi: 10.1016/j.jsams.2008.06.004.

3. Bouzigon R., Grappe F., Ravier G., Dugue B. Whole- and partial-body cryostimulation/cryotherapy: Current technologies and practical applications. Journal of Thermal Biology. 2016. V. 61. P. 67-81. Doi: 10.1016/j.jtherbio.2016.08.009.

4. Adam J. Cryothérapie corps entier: histoire, concept et materiel Whole-body cryotherapy: History, concept and equipment. Kinésithérapie, la Revue. 2014. V.14. P.41-44. Doi: 10.1016/j.kine.2014.06.005

5. Bertrand D., Mesure S. La cryothérapie corps entier: une nouvelle approche thérapeutique // Kinésithérapie, la Revue. 2014. V. 14 (152-153). P. 45-55. Doi: 10.1016/j.kine.2014.06.004.

6. Mesure S., Catherin-Marcel B. and Bertrand D. La cryothérapie corps entier : littérature et perspectives de recherché. Kinésithérapie, la Revue. 2014. V. 14(152-153). P. 56-60. Doi: 10.1016/j.kine.2014.06.003.

7. Polidori G., Marreiro A., Pron H., Lestriez P., Boyer F.C., Quinart H., Tourbah A. and Taïar R. Theoretical modeling of time-dependent skin temperature and heat losses during whole-body cryotherapy: A pilot study. Med. Hypotheses. 2016. V. 96. P. 11-15. Doi: 10.1016/j.mehy.2016.09.019.

8. Cuttell S., Hammon L., Langdon D. and Costello J. Individualising the exposure of -110°C whole body cryotherapy: The effects of sex and body composition. J Therm Biol. 2017. V. 65. P. 41-47. Doi: 10.1016/j.jtherbio.2017.01.014.

9. De Nardi M., La Torre A., Benis R., Sarabon N. and Fonda B. Acute effects of whole-body cryotherapy on sit-and-reach amplitude in women and men. Cryobiology. 2015. V. 71. No 3. P. 511-513. Doi: 10.1016/j.cryobiol.2015.10.148.

10. Dugué B., Smolander J., Westerlund T., Oksa J., Nieminen R., Moilanen E. and Mikkelsson M. Acute and long-term effects of winter swimming and whole-body cryotherapy on plasma antioxidative capacity in healthy women. Scand. J. Clin. Lab. Invest. 2005. V. 65. No 5. P. 395-402. Doi: 10.1080/00365510510025728.

11. Lubkowska A. Cryotherapy: Physiological Considerations and Applications to Physical Therapy. Physical Therapy Perspectives in the 21st Century - Challenges and Possibilities (InTech). 2012. Chapter 7. P. 155-177. Doi: 10.5772/35055.

12.Баранов А.Ю., Савельева А.В., Сидорова А.Ю., Карцева Ю.А. Оценка величины теплопритоков через верхнее сечение индивидуальных криобассейнов // Вестник Международной академии холода. 2010. № 2.

13. Savica M., Fonda B. and Sarabon N. Actual temperature during and thermal response after whole-body cryotherapy in cryo-cabin. J Therm Biol. 2013. V.38 No(4. P. 186-191. Doi: 10.1016/j.jtherbio.2013.02.004.

14.Баранов А.Ю., Малышева Т.А. О выборе методики исследования эффектов общего криотерапевтического воздействия // Биомедицина. 2015. № 2. С. 37-46.

15. Xu F., Lu T. J., Seffen K. A., Ng E. Y. K. Mathematical Modeling of Skin Bioheat Transfer. Applied mechanics reviews. 2009. V. 62. N 5. P. 1-35. Doi: 10.1115/1.3124646.

16. Jiang S.C., Ma N., Li H.J., Zhang X.X. Effects of thermal properties and geometrical dimensions on skin burn injuries. Burns. 2002. V. 28. N. 8. p. 713-717. Doi: 10.1016/S0305-4179(02)00104-3.

17. Buzdov B.K. Mathematical modeling of biological tissue cryodestruction. Applied Mathematical Sciences. 2014. V. 8. N 57. P. 2823-2831. Doi: 10.12988/ams.2014.43148.

18. Haemmerich D., Chachati L., Wright A.S, Mahvi D.M., Lee F.T., Webster J.G. Hepatic radiofrequency ablation with internally cooled probes: effect of coolant temperature on lesion size. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 2003. V. 50. N 4. P. 493-500. Doi: 10.1109/TBME.2003.809488

19. Tungjitkusolmun S., Woo E.J., Cao H., Tsai J.Z., Vorperian V.R., Webster J.G. Thermal-electrical finite element modelling for radio frequency cardiac ablation: effects of changes in myocardial properties. Medical & biological engineering & computing. 2008. V. 38. N 5. P. 562–568. Doi: 10.1007/BF02345754.

20. Chang I.A. Considerations for thermal injury analysis for RF ablation devices. The open biomedical engineering journal. 2010. V. 4. P. 3-12. Doi: 10.2174/1874120701004020003.

21. Ibarra-Prieto M.F., Luna J.M., Hernandez-Guerrero A., Luviano-Ortiz J.L. Thermal recovery of cutaneous neoplasm during cryosurgery. ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition (IMECE 2015), Houston, USA, 2015. V 3. Doi:10.1115/IMECE2015-52816.

22. Gresho P.M. and Sani R.L. 2000 Incompressible Flow and the Finite Element Method, Volume 2: Isothermal Laminar Flow (John Wiley & Sons) p.1112.

23.Иванов К.П. Основы энергетики организма. Т. 1: Общая энергетика, теплообмен и терморегуляция. – Л.: Наука, Ленингр. отделение, 1990. 303 с.

Читать статью полностью

English

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License

Авторы

Архив выпусков

Моделирование динамики изменения температуры кожных покровов в процессе общего криотерапевтического воздействия

Моделирование динамики изменения температуры кожных покровов в процессе общего криотерапевтического воздействия

Учредители

Партнеры