Криогенное воздействие на патологически измененные ткани, приводящее к их девитализации, с успехом применяется во многих областях медицины. Повреждение клеток достигается путем быстрого охлаждения их до низких температур (-186°С) с помощью металлических криозондов, находящихся в непосредственном контакте с тканью. Но основной преградой, сдерживающей широкое применение криохирургии в клинической практике, является отсутствие надежных и эффективных систем слежения и управления криовоздействием, способных обеспечивать достижение требуемых результатов. Ведь для практического применения криохирургического метода очень важно знать точные размеры очага крионекроза в любой ткани или органе, так как замораживание проводится, как правило, в глубине ткани и не всегда может контролироваться визуально. Определить их очень сложно, поскольку кроме различных физических параметров (температурный режим и градиент температур, размер замороженного участка) важную роль играют и биологические характеристики живых тканей. При замораживании биологических тканей вступают в действие и такие факторы, как теплопроводность живой ткани, ее латентное тепло, величина объемного кровотока через орган или ткань и др.[1].
Целью нашей работы явилось создание экспериментальной модели клеточной среды с учетом всех вышеприведенных факторов и исследование криогенного воздействия на нее. Для этого были использованы 7 % раствор крахмала, поскольку такой раствор обладает достаточной вязкостью для устранения конвекции тепла и его теплопроводность близка к теплопроводности ткани печени и опухолевой ткани; емкость объемом 2 л и криозонд диаметром 10 мм. Измерение температур производилось при помощи термопары.
Первоначально криовоздействие на экспериментальную модель производилось при комнатной температуре среды. В результате погружения активной части криозонда в коллоидную среду формировался ледяной шар. При экспозиции 1 мин. его диаметр составлял 30 мм, при экспозиции 2 мин. - 36 мм, 5 мин. - 48 мм. Температура раствора снижалась на 8°С.
В ходе дальнейшего эксперимента была создана имитационная конструкция с постоянной температурой в системе подачи + 40°С . При помощи этого устройства в емкости с коллоидной средой поддерживалась постоянная температура 37°С. В заданных условиях форма области, намороженной криозондом, представляла собой эллипс. В зависимости от времени воздействия его размер составил при экспозиции 1 мин - 22 мм, 2 мин - 33 мм, 3 мин - 44 мм, 4 мин - 48 мм, 4,5 мин - 50 мм, 5 мин - 50 мм, 6 мин - 60 мм, 7 мин - 70 мм, 8 мин - 94 мм, 9 мин - 102 мм. Температура среды оставалась стабильной.
Был изучен срез образовавшихся ледяных структур. Обнаружено, что на разрезе замороженный крахмал состоит из колец. При экспозиции 1 мин. и комнатной температуре коллоидной среды ледяной шар состоял из двух колец: ширина первого (внутреннего) кольца составила 7 мм, ширина второго кольца - 3 мм. При экспозиции 2 мин в тех же условиях в его состав входило четыре кольца, из которых внутреннее кольцо имело ширину 7 мм, а три наружных кольца были по 3 мм. Криогенное воздействие в течение 5 мин дало следующую картину: ледяной шар состоял из пяти колец, причем ширина внутренних четырех колец была такой же, как и при экспозиции в течение 2 мин, ширина же пятого кольца была 7 мм. Экспозиция в течение более длительного времени не привела к существенному изменению объема и структуры ледяного шара. Измерения ширины колец при температуре раствора крахмала 37°С выявили, что при экспозиции 1 мин. ледяная структура состоит из одного кольца шириной 6 мм, при экспозиции 2 мин в ее состав входят два кольца по 6 мм, при экспозиции 3 мин - 3 кольца (1-е два кольца шириной 6 мм, 3-е кольцо шириной 5 мм), при экспозиции 4 и 5 мин имеется 3 кольца (1-е два кольца также шириной 6 мм, 3-е же кольцо имеет ширину 8 мм).
Из изложенного выше следует, что существует порог криодеструкции - температура, при которой достигается максимальный эффект криовоздействия в минимальное время. При охлаждении ниже этой температуры образование ледяного шара хотя и происходит, но приводит к заметно меньшей эффективности криовоздействия, то есть к меньшему диаметру зоны цитодеструкции в биологических тканях. Графически порог криодеструкции выражается в виде так называемого температурного плато. Данный порог криодеструкции при комнатной температуре коллоидной среды достигается при экспозиции в течение 5 минут, а в условиях с постоянной температурой раствора крахмала, равной 37°С, при воздействии криодеструктора в течение 4,5 - 5 минут.
При криодеструкции печени и опухолевой ткани также существует данное температурное плато, что было подтверждено измерением температуры в пределах зоны замораживания при помощи термопар диаметром 150 мкм, расположенных на расстоянии 0,5 см.
Таким образом, прогнозирование процесса образования ледяного шара позволяет во время операции моделировать и предсказывать процесс криодеструкции и время, необходимое для ее выполнения, и использовать полученные результаты исследования для криовоздействия на патологически измененные ткани с задачей разрушения заданных объемов при использовании криодеструкторов оригинальной конструкции, разработанных на кафедре хирургических болезней педиатрического факультета СибГМУ.