vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2018-63-2-220-228vestift-381Research ArticleЭНЕРГЕТИКА, ТЕПЛО- И МАССООБМЕНPOWER ENGINEERING, HEAT AND MASS TRANSFERВЛИЯНИЕ ОБЩЕЙ ГАЗОВОЙ КРИОТЕРАПИИ НА ТЕПЛОВОЕ СОСТОЯНИЕ ЧЕЛОВЕКАTHE EFFECT OF WHOLE BODY GAS CRYOTHERAPY ON THE HUMAN THERMAL STATEМаханёкА. А.MakhaniokA. A.

Маханёк Александр Анатольевич – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории нанопроцессов и технологий.

ул. П. Бровки, 15, 220072, Минск.

Aliaksandr A. Makhaniok – Ph. D. (Physics and Mathematics), Senior Researcher of the Laboratory of Nanoprocess and Technologies.

15, P. Brovka Str., 220072, Minsk.

amakh@tut.byЛевинМ. Л.LevinM. L.

Левин Марк Львович – кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории нанопроцессов и технологий.

ул. П. Бровки, 15, 220072, Минск.

Mark L. Levin – Ph. D. (Engineering), Senior Researcher of the Laboratory of Nanoprocess and Technologies

15, P. Brovka Str., 220072, Minsk.

marklvn@belhard.comИнститут тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси.A. V. Luikov Heat and Mass Transfer Institute of the National Academy of Sciences of Belarus.201803072018632220228Copyright © Маханёк А.А., Левин М.Л., 20182018Маханёк А.А., Левин М.Л.Makhaniok A.A., Levin M.L.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/381

Лечебный эффект от процедуры общей газовой криотерапии (ОГКТ) достигается, когда средняя температура поверхности кожи человека (пациента) во время процедуры находится в определенном температурном диапазоне, а скорость уменьшения этой температуры превышает некоторое пороговое значение. В работе представлены результаты теоретического анализа теплового состояния пациента на этапе лечебного воздействия ОГКТ. Анализ основан на результатах численного моделирования распределения температуры в разных частях тела пациентов (мужчин) с телосложением (рост, см × масса, кг) 160 × 60, 175 × 75, 190 × 90. Особое внимание уделено взаимосвязи между величиной теплового потока, отводимого от поверхности кожи, и скоростью охлаждения кожных покровов пациента. Результаты численного моделирования представлены графически и обобщены в виде соотношения между без- размерной средней температурой кожных покровов на лечебном этапе процедуры ОГКТ и временем пребывания пациента в процедурной камере, отнесенном ко времени начала этого этапа. Применительно к ОГКТ с температурой газового хладагента от –160 до –110 °С обнаружены следующие закономерности: 1) примерное постоянство (ошибка менее 1 %) среднего значения коэффициента теплоотдачи от поверхности кожи в газовую среду процедурной камеры на протяжении лечебного этапа; 2) экспоненциальная зависимость величины интенсивности кожного кровотока (перфузии крови) от средней температуры охлаждаемых кожных покровов; 3) линейная зависимость от логарифма времени логарифма отношения скорости уменьшения температуры поверхности кожи к величине теплового потока, отводимой конвекцией и излучением плотности.

The therapeutic effect of the whole body gas cryotherapy (WBGC) procedure is achieved when the average temperature of the human’s (patient’s) skin surface during the procedure is in a certain temperature range, and the rate of reduction of this temperature exceeds a certain threshold value. The paper presents the results of a theoretical analysis of the patient’s thermal state at the stage of the therapeutic effect of WBGC. The analysis was based on the results of the numerical simulation of temperature distribution in different parts of patients (mеn) of different body constitution (height, cm × mass, kg) 160 × 60, 175 × 75, 190 × 90. Particular attention was paid to the relationship between the amount of heat flow removed from the skin surface and the rate of cooling of the skin of a patient. The results of numerical modeling are presented graphically and are summarized as the ratio between the dimensionless average temperature of the skin at the treatment stage of the WBGC procedure and the time of the patient’s stay in the procedural chamber, referred to the time of the beginning of this stage. With regard to WBGC within the temperatures range of –160 to –110 °C the following regularities were found: 1) approximate constancy (descripancy less than 1 %) at the stage of therapeutic modality of the coefficient of heat transfer from the skin surface to the gas medium in the treatment chamber; 2) the exponential dependence of the value of cutaneous blood flow rate (blood perfusion) on the mean temperature of cooled cutaneous coverings; 3) linear dependence of the logarithm of the ratio of the rate of skin temperature reduction to the value of heat flux density removed by convection and radiation on the logarithm time.

общая газовая криотерапияхолодовое воздействиетемпературатеплообментепловой потокскорость уменьшения средней температуры кожного покроваwhole body gas cryotherapycold exposuretemperatureheat transferheat transferReferences. ANKTM1, a TRP-like Channel Expressed in Nociceptive Neurons, Is Activated by Cold Temperatures / G. M. Story [et al.] // Cell. – 2003. – Vol. 112, Iss. 6. – P. 819–829. https://doi.org/10.1016/S0092-8674(03)00158-2Story G. M., Peier A. M., Reeve A. J., Eid S. R., Mosbacher J., Hricik T. R., Earley T. J., Hergarden A. C., Andersson D. A., Sun Wook Hwang, Intyre P. Mc, Jegla T., Bevan S., Patapoutian A. ANKTM1, a TRP-like Channel Expressed in Nociceptive Neurons, Is Activated by Cold Temperatures. Cell, 2003, vol. 112, iss. 6, pp. 819–829. https://doi.org/10.1016/S0092-8674(03)00158-2Ständer, S. Neuroreceptors and Mediators / S. Ständer, T. A. Luger // Neuroimmunology of the Skin / eds. R. D. Granstein, T. A. Luger. – Berlin ; Heidelberg: Springer-Verlag, 2009. – P. 13–22. https://doi.org/10.1007/978-3-540-35989-0_2Ständer S., Luger T. A. Neuroreceptors and Mediators. Granstein R. D., Luger T. A. (eds.) Neuroimmunology of the Skin. Berlin, Heidelberg, Springer-Verlag, 2009, pp. 13–22. https://doi.org/10.1007/978-3-540-35989-0_2Molinary, H. H. The effect of rate of temperature change and adapting temperature on thermal sensitivity / H. H. Molinary, G. D. Greenspan, D. R. Krenshalo // Sensory Processes. – 1977. – Vol. 1, № 4. – P. 354–362.Molinary H. H., Greenspan G. D., Krenshalo D. R. The effect of rate of temperature change and adapting temperature on thermal sensitivity. Sensory Processes, 1977, vol. 1, no. 4, pp. 354–362.Роль терморецепции в функциональных изменениях эффекторных систем при термических воздействиях на организм / Т. В. Козырева [и др.] // Бюллетень СО РАМН. – 2004. – № 2. – С. 123–129.Kozyreva T. V., Tkachenko E. Ya., Eliseeva L. S., Simonova T. G., Kozaruk V. N., Gonsales E. V., Lomakina S. V. The role of thermoreception in functional changes in effector systems under thermal effects on the body. Byulleten’ Sibirskogo otdeleniya Rossiiskoi akademii meditsinskikh nauk = Bulletin of the Siberian Branch of the Russian Academy of Medical Sciences, 2004, no. 2 (112), pp. 123–129 (in Russian).Зависимость формирования терморегуляторных реакций на охлаждение от типа активности кожных терморецепторов / Е. Я. Ткаченко [и др.] // Бюллетень СО РАМН. – 2010. – Т. 30, № 4. – С. 95–100.Tkachenko E. Ya., Kozaruk V. P., Khramova G. M., Voronova I. P., Meita E. S., Kozyreva T. V. Dependence of the formation of thermoregulatory reactions on cooling on the type of activity of cutaneous thermoreceptors. Byulleten’ Sibirskogo otdeleniya Rossiiskoi akademii meditsinskikh nauk = Bulletin of the Siberian Branch of the Russian Academy of Medical Sciences, 2010, vol. 30, no. 4, pp. 95–100 (in Russian).Лавров, Н. А. Аспекты определения индикаторов дозирования общего криотерапевтического воздействия для получения эффекта криостимуляции / Н. А. Лавров, С. К. Савельев, Д. В. Курнасов // Труды IX Междунар. науч.-практ. конф. «Криотерапия в России», г. Санкт-Петербург, 12 мая 2016 г. – CПб.: Ун-т ИТМО, 2017. – С. 20–28.Lavrov N. A., Savel’ev S. K., Kurnasov D. V. Aspects of determining the dosing indicators of the total cryoteric effect for obtaining the cryostimulation effect. Trudy IX Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii “Krioterapiya v Rossii”, Sankt-Peterburg, 12 maya 2016 g. [Proceedings 9th International Scientific and Practical Conference “Cryotherapy in Russia”, Saint Petersburg, May 12, 2016]. Saint Petersburg, ITMO University, 2017, pp. 20–28 (in Russian).Pennes, H. H. Analysis of tissue and arterial blood temperatures in the resting human forearm / H. H. Pennes // J. Appl. Physiol. – 1948. – Vol. 1. – P. 93–122. https://doi.org/10.1152/jappl.1948.1.2.93Pennes H. H. Analysis of tissue and arterial blood temperatures in the resting human forearm. Journal of Applied Physiology, 1948, vol. 1, pp. 93–122. https://doi.org/10.1152/jappl.1948.1.2.93Маханёк, А. А. Теплофизические аспекты общей газовой криотерапии / А. А. Маханёк, М. Л. Левин, В. Л. Драгун // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фіз.-тэхн. навук.  2011.  № 3.  С. 59–71.Makhaniok A. A., Levin M. L., Dragun V. L. Thermophysical aspects of the whole body gas cryotherapy. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya fizika-technichnych navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series, 2011, no. 3, pp. 59–71 (in Russian).Xu, X. A mathematical model for human brain cooling during cold-water near-drowning / X. Xu, P. Tikuisis, G. Giesbrecht // J. Appl. Physiol. – 1999. – Vol. 86, № 1. – P. 265–272. https://doi.org/10.1152/jappl.1999.86.1.265Xu X., Tikuisis P., Giesbrecht G. A mathematical model for human brain cooling during cold-water near-drowning. Journal of Applied Physiology, 1999, vol. 86, no. 1, pp. 265–272. https://doi.org/10.1152/jappl.1999.86.1.265Stolwijk, J. A. J. Temperature regulation in man – A theoretical study / J. A. J. Stolwijk, J. D. Hardy // Pflügers Archiv. – 1966. – Vol. 291, Iss. 2. – P. 129–162. https://doi.org/10.1007/bf00412787Stolwijk J. A. J., Hardy J. D. Temperature regulation in man – A theoretical study. Pflügers Archiv, 1966, vol. 291, iss. 2, pp. 129–162. https://doi.org/10.1007/bf00412787Stolwijk, J. A. J. Mathematical models of thermal regulation / J. A. J. Stolwijk // Annals of the New York Academy of Sciences.  1980.  Vol. 335, Iss. 1.  P. 98106.Stolwijk J. A. J. Mathematical models of thermal regulation. Annals of the New York Academy of Sciences, 1980, vol. 335, iss. 1, pp. 98106. https://doi.org/10.1111/j.1749-6632.1980.tb50739.xЛевин, М. Л. Влияние некоторых факторов теплообмена при общей криотерапии на температуру кожных покровов / М. Л. Левин, А. А. Маханёк, В. Л. Драгун // Тр. II науч.-практ. конф. «Криотерапия в России», г. Санкт-Петербург, 14 мая 2009 г. – Санкт-Петербург, 2009. CПб.: Ун-т ИТМО  С. 80–103.Levin M. L., Makhaniok A. A., Dragun V. L. Influence of some heat transfer factors in the whole body cryotherapy on the temperature of the skin. Trudy II Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii “Krioterapiya v Rossii”, Sankt-Peterburg, 14 maya 2009 g. [Proceedings 2th International Scientific and Practical Conference Cryotherapy in Russia, Saint Petersburg, May 14, 2009]. Saint Petersburg, ITMO University, 2009, pp. 80–103 (in Russian).Charny, C. K. A whole body thermal model of man during hyperthermia tissues / C. K. Charny, M. J. Hagmann, R. L. Levin // IEEE Trans. on Biomed. Eng. – 1987. – Vol. BME-34, Iss. 5. – P. 375–386. https://doi.org/10.1109/tbme.1987.325969Charny C. K., Hagmann M. J., Levin R. L. A whole body thermal model of man during hyperthermia tissues. IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 1987, vol. BME-34, iss. 5, pp. 375–386. https://doi.org/10.1109/tbme.1987.325969

The authors declare that there are no conflicts of interest present.