Авторы: Доктор Стефано Делла Вилла; Доктор Доменико Крета; Изокинетик — Болонья

Введение

Исторически известно, что передача тепла может оказывать благоприятное воздействие на организм.

С древних времен человек использовал тепло в качестве терапевтического средства для облегчения болей различного происхождения. С этой целью использовались влажные и горячие примочки, грязи, песочные ванны, грелки, горячие ванны, моксы при иглоукалывании, то есть применялись методы, которые сегодня мы определили бы как наружную термотерапию.

Но что же такое тепло? Тепло — это форма энергии, которая может быть получена путем преобразования других форм энергии (механической, химической, электрической и т.д.). Возможен и обратный процесс, т.е. преобразование тепловой энергии (тепла) в другую форму энергии, например в механическую, на этом принципе основано действие тепловых машин, таких как двигатель внутреннего сгорания.

Переход тепла от одного тела к другому способен вызвать повышение температуры тела из-за увеличения энергии движения (кинетической энегрии) частиц, из которых оно состоит.

Если передача тепла продолжается, происходит изменение состояния тела (например,  переход из твердого состояния в жидкое или из жидкого состояния в газообразное), что обусловлено  трансформацией связей, существующих между частицами в различных состояниях (потенциальная энергия).

Однако, изложенное выше действует при нормальных химико-физических реакциях, происходящих в неорганическом веществе. Если же перед нами биологическая ткань и живые организмы, всё меняется, особенно это касается обратимости реакций.

Дело в том, что если передается чрезмерно большое количество тепла и/или же передача длится слишком долго, под действием белков, энзимов, катализаторов могут произойти трансформации и/или необратимые денатурации, которые наносят биологический вред.

Сказанное выше освещает древнюю историю использования тепла в терапевтических и обезболивающих целях и общие сведения по биологии, химии, биохимии и физике, которые являются основой применения тепла в медицине.

Древние использовали тепло, поскольку заметили его благоприятное воздействие при определенных заболеваниях, но они не знали механизм действия тепла; эмпирическим путем они выяснили, что кожа представляет собой препятствие для передачи тепла в глубокие ткани, следовательно, использование тепла ограничивалось лечением наружных заболеваний.

Другое препятствие для эффективного использования тепла представлено системой терморегуляции человека, которая стремится привести температуру тканей к физиологической норме (37 ºС для человека). В древности не были известны подробности функционирования системы терморегуляции.

Кроме того, если учитывать факт того, что увеличение числа химических реакций, происходящих за единицу времени, прямо пропорционально температуре среды, в которой эти реакции протекают, становится понятным, что тепло, прилагаемое к биологическим системам, увеличивает число и скорость биохомических реакций, влияя на активность отдельных клеток и системы, частями которой они являются.

Биологические эффекты тепла

Воздействие тепла на биологическую ткань влечет за собой непроизвольные биологические реакции.

Важно различать использование поверхностного и глубокого тепла, т.к. вытекающие из этого ответные реакции могут быть разными.

В первом случае используются методы, позволяющие прогревать ткани только путем нежелательного нагревания участка кожи, поэтому передать тепло удастся только на поверхности. В этом случае непроизвольные вазомоторные реакции, вследствие стимуляции кожных терморецепторов и рецепторов боли, приводят к сужению мелких артерий в мышцах и не испытывающих нагрузки органах, с изменением кровотока на поверхности, то есть расширением артерий подкожных тканей и кожи. Расширение сосудов поверхностных тканей, вызванное прогреванием, направлено на рассеивание тепла кожей и охлаждение нагреваемой зоны, что необходимо для приведения температуры кожи к физиологическим показателям.

Такой ход действий, будучи вполне нормальным и направленным на сохранение гомеостаза системы, все же препятствует цели, которую мы себе поставили, а именно прогреванию ткани.

Поэтому, ограниченность методов поверхностного прогревания очевидна. Еще меньше пользы от прогревания удается извлечь тогда, когда в коже или под ней имеется орган, которому вредит повышение температуры.

Глубокое же тепло вызывает ряд вазомоторных реакций, ход которых существенно отличается и которые возникают именно потому, что помимо кожи и подкожных тканей прогреваются глубокие ткани, в особенности, мышечная.

Новизна метода, применяемого в новой аппаратуре, заключается в возможности:

-        доставки тепла в глубокие ткани без повреждения кожи,

-        мониторирования температуры как на поверхности, так и в глубоких тканях,

-        сохранения во времени предустановленных показателей температуры,

-        равномерного распределения тепла,

-        повтора процедуры с гарантированной воспроизводимостью терапевтических условий в условиях безопасности и комфорта для пациента и медицинского сотрудника.

Кроме особенностей и инноваций, внесенных аппаратом гипертермии, позволивших решить проблемы, на протяжении десятилетий казавшихся непреодолимыми, с медицинской точки зрения нас интересует передача тепла и биологические реакции, определяемые им, независимо от типа используемой энергии и применяемых технических способов.

Каким же образом тепло обусловливает биологические эффекты, каковы физиологические условия реакций тканей на тепло?

Почему исчезает или уменьшается боль, отек, ригидность суставов и т.д.?

Воздействие тепла на тканевую биологическую систему живого организма вызывает изменения кровотока вызванное расширением артерий и капилляров.

Такое увеличение кровотока обусловлено как прямым эффектом вследствие повышения температуры, так и рефлекторными механизмами. Терморецепторы, под действием тепла, вызывают местные аксонные рефлексы и более сложные реакции центрального типа, являющиеся частью системы терморегуляции,  контролируемой гипоталамусом.

При глубоком прогревании, кровоток на глубине увеличивается с целью охлаждения зоны повышенной температуры. Такая реакция возникает потому что температура крови ниже, чем температура ткани, подвергающейся процедуре (пример: повышенная температура 39,5 º С; температура крови в физиологических условиях 37 º — 37,5 º С).

Усиление локального и регионального кровотока, которое осуществляется за счет расширения артерий и вен и открытия просветов сосудов (микроциркуляция), вызывает снижение скорости кровотока и, следовательно, увеличение времени контакта крови в просвете капилляров с тканью.

Увеличение времени контакта крови с нагреваемой тканью, расположенной между сосудами, приводит к усилению газообмена, обмена метаболитов, ионов, в этих тканях и периваскулярных пространствах, с большей интенсивностью отсюда удаляются продукты клеточного катаболизма, некротические ткани, продукты лизиса дегенерировавших клеток.

Повышение температуры ведет к увеличению концентрации свободного кислорода благодаря большей простоте диссоциации кислорода из гемоглобина.

Повышенная концентрация свободного кислорода важна для возможности удовлетворения повышенных метаболических нужд клеток, в которых, опять же по причине повышения температуры, имеет место увеличение числа и скорости химических и биохомических реакций, которые могут протекать только при большом количестве кислорода и метаболитов.

Как уже было отмечено, благодаря усилению кровотока происходит удаление катаболитов и продуктов деструкции клеток, что обусловливает гибель наиболее поврежденных клеток.

Клетки, поврежденные или патологически измененные вследствие болезни или травмы, обладают пониженной сопротивляемостью к стрессовым стимулам, значительное повышение температуры  же — достаточно серьёзная причина для возникновения некроза.

Таким образом, сам клеточный некроз приводит к высвобождению продуктов для хемотаксиса факторов роста, которые представляют собой мощный регенеративный и/или восстановительный стимул.

Важно и необходимо подтвердить, что глубокое прогревание обуславливает расширение  глубоких артериол, такая реакция организма направлена на охлаждение зоны повышенной температуры.

Однако, во время сеанса гипертермии, способность крови охлаждать ткани  недостаточно высокая, поэтому происходит локальное и регионарное повышение температуры тканей с поддержанием терапевтической температуры, входящей в диапазон предустановленных показателей.

В конечном счете, кровь в глубоких тканях ведет себя как холодная вода в мешке, который прикладывают к коже, кровь стремится (и это частично удается) охладить зону прогревания для приведения температуры к физиологическим показателям.

Воздействие тепла на мышечно-скелетный аппарат

Наряду с наиболее тонкими клеточными и тканевыми эффектами, которые мы описывали ранее, существуют гораздо более очевидные эффекты, которые как раз позволяют применять данный терапевтический метод в лечении, по крайней мере, симптоматическом, многочисленных воспалительных, травматических и дегенеративных заболеваний мышечно-скелетного аппарата.

Увеличение кровотока, которое, как мы помним, является основой терапевтических эффектов тепла, влияет на повышение растяжимости коллагена.

Подобный эффект очевиден, если принять во внимание молекулярную структуру коллагеновой ткани, в которой волокна коллагена и эластина различным образом связаны между собой. На самом деле, между этими белками существуют сложные химические связи, которые ослабевают под воздействием повышенной температуры, вследствие чего волокна более свободно смещаются относительно друг друга, не подвергая состоящие из них структуры (сухожилия, связки, суставные сумки) излишнему напряжению во время принудительного растяжения.

В мышечной ткани, содержащей большое количество сосудов и густую сеть капилляров, при нагревании значительно увеличивается количество крови, обеспечивающей метаболические эффекты, описанные выше.

Усиление притока крови приводит к повышению способности мышцы сокращаться, что вызвано увеличением активности фермента АТФ-азы. АТФ-аза разрушает фосфатные связи, что ведет к высвобождению энергии.

Кроме того, благодаря увеличению кровотока, нормализуется уровень pH, от изменений которого зависит активность многих ферментов, в том числе АТФ-азы.

С увеличением кровотока, повышается приток ионов, и натрия в особенности, достигается нормализация электролитного баланса, что устраняет первые проявления дисбаланса электролитов, то есть мышечные спазмы.

Помимо прочего, в мышце содержится хрупкая и сложная система соединительной опоры, базовая молекула которой представлена коллагеном, следовательно приток тепла обеспечит большую легкость смещения миофибрилл относительно друг друга, повышенную растяжимость и упругость мышцы в целом. По этому поводу достаточно напомнить, что стретчинг (растягивание) проходит легче после предварительного прогревания мышцы.

Что касается ригидности суставов, то терапевтические эффекты, заключающиеся в восстановлении диапазона движений с большей плавностью движений в суставах и уменьшением болевых симптомов, обусловлены хорошей реакцией на глубокую термотерапию тканей, контролирующих движения суставов.

Уменьшение мышечного спазма зависит от рефлекторного механизма, в который включены сложные рецепторные структуры, такие как аппарат Гольджи, нервно-мышечное веретено и гамма-волокна, вторичные афферентные волокна.

Аппарат Гольджи и нервно-мышечные веретена взаимодополняют друг друга в процессе регуляции мышечного тонуса и изменения степени напряжения сухожилий.

Одной из основных функций аппарата Гольджи является уменьшение степени сокращения мышцы; когда аппарат Гольджи подвергается прогреванию, частота импульсов с него повышается, что влечет за собой замедления сокращений мышцы.

Нервно-мышечные веретена, в свою очередь,  с их основной частотой импульсации, отвечают за мышечный тонус; если они прогреваются, частота импульсов снижается, за этим следует расслабление мышц.

Когда нейросенсорные структуры отвечающие за контроль над функцией сокращения прогреваются, происходит расслабление мышц и замедление сокращений.

Что касается обезболивающего эффекта, тепло способно замедлить или лучше уменьшить частоту импульсов в тонких афферентных волокнах, которые, как считается, отвечают за передачу болевых импульсов.

Наконец, уменьшение воспалительных инфильтратов, дренаж и рассасывание экссудатов и отеков вызвано, как уже описано выше, увеличением проходимости капилляров, что способствует обменным процессам в сочетании с механическим дренажем, который поддерживается повышением кровотока.

Патологическая физиология реакции на травму

Правильное использование эффектов тепла предполагает совершенное знание анатомии тканей.

Каждая ткань отличается особой анатомической структурой и васкуляризацией.

Из этого следует, что эффекты от применения тепла будут различными и, следовательно, отличаться будут темпы, длительность, способы применения тепла.

Ткани обладают различной способностью к восстановлению, что также обусловлено особенностями, о которых сказано выше (разная анатомия и васкуляризация).

Кожа, например, способна восстанавливаться после поверхностных повреждений  с потерей значительного количества ткани, восстановление кожи происходит путем регенерации эпителия; способность к регенерации у нервной или хрящевой ткани, если не отсутствует совсем, то выражена в намного меньшей степени.

Любая ткань реагирует на повреждения, вызванные патологическим процессом  или травмой, воспалением.

Характер реакции организма при повреждениях мышечной и костной тканей в основном будет схожим, различными могут быть последствия воспалительного процесса.

Острая воспалительная реакция обусловлена серией общих биологических процессов, проявляющихся четырьмя основными симптомами: покраснение, жар (местное повышение температуры), опухоль, боль.

Необходимо добавить пятый признак воспаления, который особенно важен для физиотерапии и реабилитации, речь идёт о нарушении функции, т.е. нарушении нормального функционирования.

Если бы нам было нужно дать определение воспалению, мы бы сказали, что оно представляет собой комплекс локальных изменений в крови, сосудах и тканях, которые возникают под воздействием болезнетворного стимула, за которыми, как правило, следует устранение картины раздражения.

Данная функция представлена локальными стимулами механического типа, термическими, химическими, электрическими, лучеиспускающими, инфекционными и т.д.

Особенно интересной с биологической точки зрения является обязательность этапов, которые кодированы и направлены на достижение одной цели - восстановить гомеостаз по намеченной программе, порождающей временную несбалансированность.

Рассмотрим фазы воспалительного процесса. Первая, острая фаза начинается с момента повреждения ткани и продолжается в течение 2-3 дней.

В этой фазе наиболее важными являются вазомоторные реакции, поскольку за вазодилатацией следует вазоконстрикция, а затем закрытие просветов сосудов.

Данная локальная циркуляторная динамика направлена на доставку большого количества крови. Плазма, распространяющаяся наружу благодаря повышенной проницаемости стенок капилляров, снижает таким образом концентрацию болезнетворных агентов, она наполняет область воспаления агглютинином, преципитином, лизином, которые необходимы для связывания и нейтрализации бактерий и вырабатываемых ими токсинов.

Большое количество фибрина образует плотную сеть, функцией которой является захват болезнетворных субстанций, упомянутых выше.

В итоге, в месте повреждения ткани появляются клетки белой крови, лейкоциты, которые обеспечивают лизис бактериальных и некротических клеток.

Следующая, подострая фаза  характеризуется разрастанием грануляционной ткани, которая присутствует временно и отвечает за процессы тканевого восстановления.

В зоне воспаления в этой фазе присутствуют и другие клетки, характеризующиеся фагоцитарной активностью, макрофаги, они очищают ткань от продуктов клеточного метаболизма, поврежденных клеток и лейкоцитов, поглотивших бактерии или вирусы.

Кроме того, в этой фазе происходит формирование новых кровеносных сосудов, по ним происходит доставка новых субстанций из кровеносной системы с начала анаболической фазы. Компоненты крови, кроме всего прочего, способны контактировать с иммунокомпетентными клетками и способствовать таким образом выработке антител.

В этой же фазе, которая длится до 5 — 6 дней, активизируются клетки мезенхимального происхождения (в зависимости от ткани фибробласты, остеобласты  и т.д.), которые начинают усиленный синтез и отложение коллагеновых волокон.

Так начинается фаза синтеза, которая направлена на восстановление утраченной ткани. Недостающая утраченная ткань замещается вновь образующейся соединительной тканью. Позже, новая ткань попытается, по крайней мере с функциональной точки зрения, принять свойства утраченной.

Фаза синтеза начинается приблизительно с 6-ого дня воспаления и длится до 28-ого дня; в первом периоде отмечена фаза синтеза коллагена, тканевый метаболизм повышается и поддерживается увеличенным притоком крови. С течением времени синтез коллагена снижается, в равной мере уменьшается число кровеносных сосудов, которые закупориваются, а потом исчезают.

Наконец, наступает последняя фаза, ремоделирования, которая длится с 28-ого по 120-ый день и характеризуется пространственной реорганизацией, ремоделированием в зависимости от направлений сил и нагрузок прилагаемых к новообразованным коллагеновым волокнам,  цель этих процессов - восстановление первоначальных функций.

Детальный анализ воспаления, проведенный выше, позволяет выделить некоторые фундаментальные аспекты, которые должны использоваться в качестве руководящего принципа при воздействии теплом:

1.      в острой фазе (0-3 дни) применение тепла противопоказано, потому что в этот период происходят важные вазомоторные явления. Часто, особенно при травматических повреждениях, происходит разрыв сосудов, за которым следует кровоизлияние. Например, разрыв мышцы сопровождается кровотечением, сосудорасширяющий эффект, вызванный теплом, в сочетании с процессом коагуляции лишь усугубит ситуацию.

2.      в подострой фазе (3 — 6 дни), когда вазомоторные явления стабилизировались, можно начать применять тепло. Делать это нужно с осторожностью, используя умеренные температуры и температурные градиенты, потому что ответными реакциями могут стать возобновление боли и воспаления.

3.      в фазе синтеза (6 — 28 дни) применение тепла является оптимальным; на самом деле, начальный кризис преодолен, новообразованные сосуды с новыми капиллярами способны адекватно отвечать на термические стимуляции. Поддерживать приток крови к ткани, в которой происходят важные синтетические процессы и повышен  базовый метаболизм, является методологически правильным с медицинской точки зрения, поскольку это способствует восстановлению ткани.

4.      это же верно и для фазы ремоделирования (28 — 120 дни и далее). В этой фазе, даже если новые сосуды совсем исчезли, достичь увеличения локального и регионарного кровотока все же удается, избегая возникновения условий способных вызвать дегенеративные явления и последующее ухудшение васкуляризации (таблица 3).

Рекомендации по лечению

В свете изложенного выше понятно, почему процедура глубокой гипертермии может быть показана при большом количестве заболеваний.

Принимая во внимание биологические темпы восстановления тканей при острых заболеваниях, и то, что многие хронические заболевания мышечно-скелетного аппарата вызваны дегенерацией сосудов тканей, мы можем сделать вывод, что процедура гипертермии показана при подострых и хронических заболеваниях воспалительного или дегенеративного характера структур состоящих из плотной соединительной ткани (сухожилия, суставные сумки, связки), костей, мышц, хрящей и анатомических зон, где данные ткани по-разному соединены.

ГРУППЫ ЗАБОЛЕВАНИЙ

На основании нашего опыта мы можем утверждать, что когда гипертермическим процедурам мы подвергаем пациентов которые перенесли заболевание или острую фазу воспаления в недавнем прошлом, иногда симптомы болезни обостряются, особенно во время первых сеансов. В таком случае перед нами должны встать как минимум 2 вопроса; не начали ли мы процедуры слишком рано, т.е. не находимся ли мы в острой фазе воспаления, и  использовали ли мы правильные температурные режимы, подходящие для пациента, учитывая порог чувствительности к боли и тип заболевания, которым страдает пациент.

Перед процедурой гипертемии важно, чтобы пациент прошел медицинский осмотр с консультацией физиотерапевта, что необходимо для постановки диагноза и выявления противопоказаний к применению тепла.

Абсолютными противопоказаниями к процедурам гипертемии являются заболевания в острой стадии, острая седечная недостаточность, нарушение микроциркуляции (диабет), новообразования, туберкулез, локальные или системные инфекционные заболевания, наличие у пациента электрокардиостимулятора, инфекции кожных покровов в зоне воздействия, беременность (если патологический процесс вовлекает область, расположенную близко к брюшной полости).

Относительными противопоказаниями являются ситуации, при которых процедура может быть проведена, но с осторожностью, при более тщательном мониторинге состояния и реакций пациента во время сеанса термотерапии. Такими противопоказаниями являются наличие ишемии тканей, чрезмерная полнота, наличие протезов или металлических имплантантов, наличие растущих хрящей, склонность к тромбозам или геморрагические заболевания, локальные и регионарные области анестезии.

Руководящим критерием для правильного использования тепла является стадийность заболевания; если в подострой фазе прогревание должно быть умеренным, то при хронических заболеваниях можно применять сильное прогревание.

В заключении хотелось бы обозначить некоторые возможные области применения гипертемии в будущем, в особенности при лечении старческого остеопороза и в процессе срастания переломов.

На самом деле, были проведены медицинские исследования у группы пациентов, страдающих старческим остеопорозом и низкой скоростью обменных процессов, низкими по сравнению с нормой показателями костной денситометрии позвоночного столба, болями в пояснице, которым проводились процедуры глубокого прогревания, два цикла по 10 каждый в течение года. Полученные данные были опубликованы в специализированном научном журнале, они позволили сравнить эту группу пациентов с другой группой пациентов со схожими состояниями, которым проводились процедуры эндотермии.

Исследование показало значительное ослабление болевого синдрома у пациентов, которым проводилось лечение по сравнению с пациентами, которым оно не проводилось. Статистически значимые показатели также были выявлены при исследовании плотности костей, которая повысилась у леченных пациентов и снизилась у нелеченных.

Другое исследование, на этот раз экспериментальное, было проведено на кроликах. Чтобы оценить эффект гипертермии на процесс срастания переломов, в бедренную кость  вживляли два катетера для измерения температуры в глубоких тканях и обеспечения остеогенного стимула.

Не вдаваясь в подробности, скажем, в результате этой работы было выявлено, что после механического повреждения кости и применения глубокого прогревания, удалось добиться наиболее интенсивного, быстрого формирования костной ткани и скорейшей организации, по сравнению с кроликами, которым не проводились эндотермические процедуры. Эти результаты могли бы быть перенесены на человека. В связи с этим у нас возникает вопрос, а можно ли облегчить состояния, при которых уже присутствовал мощный остеогенный стимул, например, переломы, посредством эндотермических процедур, и избежать или снизить вероятность таких осложнений, как остеонекроз, замедление срастания и псевдоартроз?

Так открываются новые увлекательные направления для исследований и выявляются другие заболевания, где тепло может одновременно оказывать и симптоматический, и лечебный эффекты. В сочетании с другими реабилитационными методиками, как физическими, так и мануальными, тепло таким образом способствовало бы полному функциональному восстановлению пациента.

Таблицы

Таблица 1: биологическое воздействие тепла.

↑ температура тканей

вазодилатация (микроциркуляция)

↑ кровоток; ↓скорость; ↑время контакта

↑ свободный кислород

↑ приток метаболитов

↑ число и скорость химических и биохомических реакций

↑ удаление продуктов катаболизма и экссудата

↓ снижение импульсации болевых рецепторов

умеренное уничтожение клеток

Таблица 2: воздействие тепла на мышечно-скелетный аппарат.

↑ кровоток

↑ растяжимость коллагена

↑ готовность мышц к сокращению

↓ суставная ригидность

↓ мышечный спазм

↓ воспалительные инфильтраты, отек, экссудат

↓ боль

Таблица 3: фазы воспаления.