«МЕДИЦИНСКИЕ ПРОФЕССИИ» ВОДЯНОЙ СТРУИ
Кандидат физико-математических наук, доктор биологических наук Владимир РОЗАНОВ, заместитель директора Научного и информационно-методического центра «Базис» Министерства образования и науки РФ, заместитель директора Научного центра гидрофизических исследований физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова; доктор биологических наук Игорь МАТВЕЙЧУК, руководитель научно-исследовательского и учебно-методического центра биомедицинских технологий ГНУ ВИЛАР «Всероссийский Научно-исследовательский институт лекарственных и ароматических растений» РАСХН (Москва); академик РАМН и РАСХН Валерий БЫКОВ; доктор физико-математических наук Николай СЫСОЕВ, декан физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова
Воздействие струи воды на организм людей врачи давно и успешно используют в своей медицинской практике. Некоторые исследователи считают: в Европу технику водолечения привез из Египта
философ Древней Греции Пифагор Самосский (570-490 гг. до н.э.). Позднее знаменитый врач Гиппократ (ок. 460 г. до н.э. — между 377 и 356 гг. до н.э.) развил это учение и подробно изложил его суть в своем широко известном в медицинских научных кругах трактате (V в. до н.э.) «О воздухах, водах и местностях» («De aere, aquis et locis»), приводя при этом
подробное обоснование методов физиотерапевтического водного воздействия на человека. А в II-I вв. до н.э. римский врач Асклепиад (Эскулап) выступил как последователь и продолжатель данной теории, широко применяя водные процедуры (в частности, обтирания и души) при лечении своих пациентов.
Фото струйного разреза печени. Поперек разреза хорошо видны сохранившиеся линейные структуры — сосуды и желчные протоки.
СТРУЙНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ В ФИЗИОТЕРАПИИ
Сама же техника физиотерапевтических процедур в виде струйного воздействия на организм человека берет начало от первых итальянских душей XIV в. В современной физиотерапии существует множество различных по технологии и назначению душей: струйный (широко известный «душ Шарко»), пылевой, игольчатый, восходящий или промежностный, дождевой, циркулярный (или мантель-душ)*, шотландский, подводный душ-массаж и др., объединяемых в четыре основные классификационные группы — нисходящие, восходящие, струевые и циркулярные. При этом какой бы конкретный вид ни использовали, на организм человека он всегда оказывает одновременно механическое и термическое воздействие. Причем первое определяется статическим и динамическим давлением струи (струй) на поверхность тела. А величина статического давления водяной струи в зависимости от вида самого душа меняется в широких пределах — от 0,5 до 4 атм.
В общем же случае локальное механическое воздействие водных струй в начальный момент приводит к кратковременному сужению просвета кровеносных сосудов в тканях, а затем — к сильному продолжительному их расширению. Под действием изменяющихся локальных напряжений повышается тонус сосудов и мышечных тканей, возрастает сила мышц,
*Душ циркулярный (мантель-душ) — одна из разновидностей душей среднего давления. Для его получения используют специальную установку, состоящую из системы вертикальных труб, расположенных по кругу и замыкающихся вверху и внизу неполным кольцом. На внутренней поверхности первых сделаны мелкие отверстия, через которые подают воду на больного. Принимая такой душ, человек подвергается воздействию большого количества горизонтальных струек, направленных на его тело под давлением. Последние оказывают возбуждающее действие на периферические рецепторы и тонизируют центральную нервную систему (прим. ред.).
их электрическая и механическая возбудимость, существенно меняется газовый состав крови. В результате такого струйного массажа повышается артериальное давление, заметно усиливается усвоение кислорода за счет установления не частого, но более глубокого дыхания. Существует обширный перечень показаний к применению душей, но есть и противопоказания, о которых не следует забывать гипертоникам, пациентам с пороками сердца, а также страдающим атерокардиосклерозом (один из видов изменения сердечной мышцы) и стенокардией.
Другая сфера медицинского применения струйных течений жидкости — это внутримышечные, внутривенные, чрезкожные инъекции лекарственных препаратов под давлением, создаваемым с помощью шприцев различной конструкции или безыгольных инжекторов.
Еще одна область использования струйных воздействий — обработка гнойных ран струей при небольших давлениях. Благодаря этому микробное обсеменение в ране может быть снижено до 101 на 1г ткани. Такой эффект достигается благодаря действию пульсирующей струи (частота пульсаций — от 60 до 1000 в мин) под давлением около 3 атм. Расход жидкости может достигать 700 мл /мин.
Не следует забывать и о таком важном применении струи воды, как необходимые ежедневные гигиенические процедуры — в быту, в условиях стационара (например, при подготовке хирурга и пациента к операции).
ВОДЯНАЯ СТРУЯ
КАК «РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ»
Подчеркнем: во всех вышеназванных случаях специалисты используют струйные воздействия под дав-
1
4
Фотографии гидродинамических разрезов костных фрагментов:
1 — поперечный разрез трубчатой кости;
2 — продольный разрез трубчатой кости;
3 — разрез головки кости;
4 — разрез плоской кости;
5 — фрагменты губчатой кости.
лением, не превышающим нескольких атмосфер. Но если его увеличить до нескольких сотен или тысяч атмосфер, то жидкостная струя становится эффективным режущим инструментом — «водяным ножом или скальпелем», причем у такого «ножа» лезвие никогда не затупится. То есть он способен резать практически любой материал — сталь и гранит, титан и бетон, резину и бумагу, стекло и текстолит*! Первые разработки, посвященные вопросам гидродинамической резки различных материалов, относящиеся к 1956 г., принадлежат советским ученым, хотя изначально патенты на гидрорезное оборудование были выданы американским фирмам.
Однако следует отметить, возможности промышленного применения гидродинамических технологий весьма разнообразны: раскрой листовых металлических и неметаллических материалов для судостроения, авиационной, автомобильной и атомной промышленности; утилизация боеприпасов и военной техники, очистка корпусов судов, фигурная резка разноцветного мрамора для создания мозаичных полов, изготовление деталей сложной формы из материалов, механическая обработка которых представляет значительные сложности (кевлар, паро-нит)**, а также из различных сотовых конструкций, осуществление ремонтных работ на продуктопрово-дах, разделка рыбы на филе, фигурная резка пирожных и т.д.
Спектр уникальных технологических особенностей — отсутствие открытого огня и искрообразования, малые механические напряжения в зоне воздействия и, как следствие, слабый нагрев, незначительные структурные изменения обрабатываемого материала, локальность воздействия и небольшие потери, возможность варьирования составом струи, экологическая чистота процесса, перспектива дистанционной работы, а также резки по любой траектории, в том числе с малыми радиусами кривизны, — открывает широкие пути использования струйных методов в биомедицинских технологиях. Об этом убедительно свидетельствуют результаты научно-практических разработок последних 30 лет, в частности, создание гидроскальпеля.
ГИДРОСКАЛЬПЕЛЬ
Особенностью последнего как режущего инструмента является то, что разделение тканей происходит высокоэнергетической жидкостной или абразивно-жидкостной (т.е. с микрочастицами высокой твердости) струей. На сегодняшний день найдены оригинальные конструктивные решения гидроскальпеля, позволяющие эффективно его применять в офталь-
*Текстолйт — электроизоляционный конструкционный материал, применяемый для производства подшипников скольжения, шестерен и других деталей, а также в электро- и радиотехнике (прим. ред.).
**Кевлар (от англ. Кеу1аг) обладает высокой прочностью (в пять раз прочнее стали, предел прочности ст<>= 3620 МПа). Впервые получен группой Стефани Кволек в 1964 г., технологию производства разработали в 1965 г.; паронит — стойкий материал (резиновая смесь, в которую введено асбестовое волокно), не теряющий эластичности при низких температурах (прим. ред.).
мологии, нейро- и абдоминальной хирургии*, при операциях на паренхиматозных (не полых) органах и при разделении костной ткани.
Использование гидроструйных воздействий в остео-артрологии (учение о костях и их соединениях) представляет особый интерес, так как существуют уникальные возможности для внедрения в медицинскую практику атравматичных (т.е. нетравмоопасных, безопасных) физико-механических методов по сравнению с используемыми механическими, основанными на применении пил, ножниц, сверл и долот (последние инструменты применяют для выдалбливания отверстий). Это создает основы для развития нового направления в практической медицине — гидродинамической хирургии и служит базой для разработки и внедрения в практику инновационных биомедицинских технологий.
Накопленный опыт развития и применения медицинских гидродинамических технологий позволил выработать ряд необходимых требований, предъявляемых к свойствам используемых жидкостей, материалам и абразивным (высокопрочным) добавкам. Способы формирования режущей струи также зависят от особенностей решаемой задачи — вида выполняемых операций и характеристик биологических тканей, подлежащих физико-механическому воздействию.
Проведенные исследования показывают: различные биологические ткани имеют существенные отличия по механическим свойствам, и для их гидродинамического разделения необходимы разные по величине энергетические усилия. Так, эффективная гидродинамическая инцизия (разрез или надрез) мягких биологических тканей достигается благодаря использованию жидкостной струи без применения абразивных добавок. Эти особенности учитываются при разработке требований и отражаются на конструктивных особенностях создаваемых гидрохирургических аппаратов.
Кстати, в литературе бытует мнение: пионерами внедрения рассматриваемого нами метода являются американские исследователи Димитрос Н. Папа-христоу и Ричард Бартерс (Dimitrios N.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.