USING OF LIQUID NITROGEN IN RUSSIAN SINGLE CRYOTHERAPEUTIC UNITS

Full Text

Обоснование

Среди специалистов в области криомедицинской техники и технологий большой популярностью пользуется статья авторов, входящих в состав рабочей группы развития при международном институте холода (the IIR Working Group on Whole Body Cryotherapy/Cryostimulation), изданная как официальный документ IIR [1]. Содержание статьи затрагивает научные результаты, полученные в России в данной области прикладных исследований, выставляет отечественные разработки в невыгодном свете. Это вызывает понятное желание объяснить истинное положение дел и оспорить некоторые выводы иностранных авторов.

Общая криотерапия (Whole-Body Cryotherapy (WBC) – универсальная физиотерапевтическая методика, основанная на стимуляции холодовых рецепторов кожи за счет кратковременного контакта основной части поверхности тела пациента с газовой средой, охлажденной до температуры менее -130^оС [2]. Для реализации технологии WBC в Российской Федерации разработана оригинальная схема одноместной криотерапевтической установки [3], которая более 25 лет назад была внедрена в клиническую практику [4].

Широкое применение отечественных аппаратов для WBC, тираж которых превысил 1000 единиц, показало высокую эффективность криогенной технологии при лечении широкого круга заболеваний: ревматоидного артрита, бронхиальной астмы, псориаза, рассеянного склероза. Отечественные одноместные установки (криосауны) получили мировое признание и успешно экспортируются.

Основу эффективности и безопасности одноместных криосаун обеспечивает оригинальная система покрытия тепловой нагрузки, в которой в качестве теплоотводящей среды используется жидкий азот. Это принципиально отличает принцип действия криосаун от устройств аналогичного назначения, производимых за пределами Российской Федерации, в которых последнее время для покрытия тепловой нагрузки используют компрессионные холодильные установки [5].

Практика клинического использования отечественных криосаун подтверждает достоверность ранней информации об эффективности и возможностях метода, предложенного японским ревматологом Т. Ямаучи еще в восьмидесятых годах ХХ века [6, 7], но и значительно расширила список показаний к применению одноместных криотерапевтических установок [8].

Основу эффективности и безопасности российских криосаун составляет оригинальная азотная система охлаждения, в которой передача теплоты к жидкому азоту осуществляется в режиме контактного теплообмена.

Учитывая мощную конкуренцию на рынке медицинской техники и технологии отечественная аппаратура для WBC систематически подвергается недобросовестной критике, основанной на опыте эксплуатации контрафактных копий российских криосаун, произведенных на Украине или в Словакии [8]. Описание принципа действия контактной системы азотного охлаждения одноместной криосауны позволит проиллюстрировать различия систем азотного охлаждения в оригинальных и контрафактных установках, позволит защитить рынок медицинского оборудования Российской Федерации от проникновения некачественного зарубежного оборудования.

 

МАТЕРИАЛЫ

Разнообразие технологических решений? используемых для покрытия тепловой нагрузки в установках для WBC демонстрирует упомянутая выше статья рабочей группы развития WBC при IIR [1]. Кроме того, эта научная работа содержит констатацию состояния, в котором по мнению авторов находится метод общей криотерапии (криостимуляции) на данный момент. Статью открывает фраза, выражающая крайнюю неопределенность представлений авторов о методе общей криотерапии «Использование криостимуляции растет экспоненциально. Однако убедительных научных доказательств ее пользы еще предстоит предоставить». Учитывая то, что практика применения метода WBC в Западной Европе насчитывает около 40 лет [6, 7, 10], такое заявление представляется по меньше мере странным, так как оно принадлежит авторам многочисленных публикаций по теме общей криотерапии. Вместе с тем, авторы статьи [1] подкрепляют свое утверждение ссылками 25 профильных публикаций, которые в целом оправдывают высказанное в статье чувство неопределенности.

Показано, что для реализации метода WBC используют три вида криогенных устройств, которые отличаются способом отвода теплоты из процедурного пространства. Установки с использованием жидкого азота представлены многоместными устройствами, в которых жидкий азот кипит в рекуперативном теплообменнике (см. рисунок 1), и индивидуальными устройствами, в которых теплота передается жидкому азоту контактным способом (см. рисунок 2). Альтернативу этим аппаратам составляют установки для WBC, в которых тепловая нагрузка отводится с помощью компрессионной холодильной машины (см. рисунок 3). Следует отметить, что в статье использованы графические материалы, опубликованные ранее в [11].

Эти упрощенные технологические схемы криотерапевтических установок ранее были представлены в докладе на международной конференции в Санкт Петербурге (3^rd IIR Conference on cold applications in life sciences – cryotherapy and cryopreservation Saint Petersburg, Russia September 12 – 14, 2018), посвященной вопросам криомедицинских технологий иллюстрации [11]. Автор доклада использовал иллюстративный материал для анализа вопросов энергоэффективности и безопасности современного криотерапевтического оборудования. Эти материалы хорошо иллюстрируют современное представления большинства зарубежных авторов об устройстве криотерапевтической аппаратуры, поэтому почти без купюр были воспроизведены коллективной статье рабочей группы IIR [1].

Первые европейские установки для общей криотерапии были созданы в подражание оригинальным японским устройствам, который использовал автор метода WBC Т. Ямаучи [6, 7]. Принцип действия этих аппаратов поясняется схемой приведенной на рисунке 1. Пациенты размещаются в низкотемпературном теплоизолированном пространстве, кабине пациентов СР, которое заполняется воздухом с температурой ниже – 130^оС [2]. Пациенты входят в низкотемпературную кабину через одну или две шлюзовые камеры, в которых температура воздуха поддерживается на уровне -10^оС и  -60 ^оС соответственно. Тепловая нагрузка на систему охлаждения складывается из 3 компонентов: потока теплоты, выделяемой при охлаждении воздуха заполняющего кабину пациентов , потока теплоты, выделяемого с поверхности тела пациентов  и  потока теплоты  от  внутренней поверхности теплового ограждения кабины пациента СР. Суммарный подвод теплоты составляет:

(1)

Для криостатирования внутреннего пространства СР на заданном температурном уровне, используется система «азотного охлаждения». Жидкий азот из криогенного сосуда DV, через регулирующий клапан V поступает в рекуперативный теплообменник, который расположен внутри кабины пациентов. Управление подачей жидкого азота в теплообменник ТЕ осуществляется по сигналам датчика температуры TS расположенного внутри кабины. Сигналы датчика преобразует вторичный прибор TT, который формирует управляющие сигналы для регулирующего клапана V. Воздух, заполняющий процедурное пространство СР, поглощает суммарную тепловую нагрузку и передает ее поверхности рекуперативного теплообменника. Температура поверхности теплообменника не должна опускаться ниже температуры конденсации воздуха при атмосферном давлении , и не должна превышать номинальную температура воздуха в процедурной кабине :

(2)

Суммарная тепловая нагрузка покрывается за счет теплоты кипения жидкого азота  и теплоты перегрева его паров от состояния насыщения  до температуры на выходе из теплообменника  . Тепловой баланс криотерапевтической установки запишется как:

(3)

Учитывая близость значение температуры воздуха в кабине пациентов и температуры насыщения паров азота, а также низкую эффективность естественной конвективной передачи теплоты от воздуха к поверхности рекуперативного теплообменника, основная тепловая нагрузка отводится за счет теплоты кипения жидкого азота. Это снижает эффективность использования криоагента в установках этого типа.

Одноместные криотерапевтические установки (криосауны) были разработаны в университете ИТМО (Санкт-Петербург) в качестве альтернативы многоместным системам с азотным охлаждением [12]. Отличительной особенностью этих устройств является высокая компактность размещения пациента процедурной кабине. Объем процедурной кабины криосауны не превышает 0,35 м³, в то время как многоместных установках на одного пациента приходится более 1 м³низкотемпературного пространства [13]. Высокая компактность размещения снижает негативное влияние подвода теплоты от теплового ограждения и от охлаждения газа в процедурной кабине. Кроме этого, отвод теплоты из объема процедурной кабины осуществляется за счет контактного теплообмена между жидким азотом и газовой средой заполняющей кабину СР (см. рисунок 2). Авторы схемы, представленной рисунки 2 [11], утверждают, что в одноместных устройствах жидкий азот распыляется непосредственно в процедурной кабине, это не соответствует действительности, хотя сам принцип распыления криоагента используется в ряде одноместных криотерапевтических установок зарубежного производства [14, 15].

В установках этого типа пространство процедурной кабины заполняется парами жидкого азота, который не пригоден для дыхания, поэтому кабина пациента снабжена подъёмником Е, который позволяет пациенту дышать атмосферным воздухом. Отработанные пары жидкого азота отводятся в атмосферу через верхнее сечение кабины пациента СР. Контактная передача теплоты от атмосферы процедурной кабины к жидкому азоту и его парам, существенно повышает эффективность использования криоагента. В частности пары жидкого азота перегреваются до уровня температуры в процедурной кабине:

(4)

Авторы отчета института IIR негативно характеризуют потребительские качества одноместных криотерапевтических установок [1], подчёркивают опасность близости органов дыхания пациента к зоне заполненной парами жидкого азота. В действительности эти опасения беспочвенны, так как пространство над процедурной кабиной активно вентилируются атмосферным воздухом, поэтому риск попадания паров азота в органы дыхания к пациента полностью исключен, что подтверждается двадцатипятилетним опытом клинического применения российских криосаун.

В конце девяностых годов ХХ века основные производители многоместных криотерапевтических Западной Европы систем перешли на производство многоместных криотерапевтических установок, в которых тепловая нагрузка покрывалась компрессионными холодильными агрегатами [1, 11, 16] (см. рисунок 3). Основным стимулом к внедрению этого вида криотерапевтической аппаратуры считается стремлением пользователей избавиться от применения жидкого азота для покрытия тепловой нагрузки. Из-за невысокой плотности размещения пациентов и низкой эффективности передачи теплоты к рекуперативному теплообменнику, многоместные криотерапевтические установки расходуют значительное количество жидкого азота [17]. Например, только пусковые затраты жидкого азота в установке этого типа, составляют 250-300 кг, а среднесуточный расход криоагента превышает 1500 кг [13]. Существенную роль в критике многоместных установок с азотным охлаждением сыграло то, что большинство авторов неверно оценивает тепловую нагрузку связанную с присутствием в процедурной кабине пациентов. Предполагается, что теплота выделяемая с поверхности тела пациента ограничивается теплотворной способностью человеческого организма, которые не превышают 500 Вт [2]. В действительности во время процедуры WBC  поверхность тела пациента переохлаждается на 32 К, за счет чего в процедурное пространство выделяется значительное количество теплоты, до 600 кДж, причем за ограниченный промежуток времени [2]. Из-за этого тепловой поток с поверхности тела одного пациента может достигать значения 5000 Вт [13], что на порядок больше физиологических тепловыделений.

Кроме этого, большинство авторов недооценивает, дополнительное поступление теплоты, связанное с колебанием температуры воздуха в процедурном пространстве, которое возникает из-за проникновения в основную кабину многоместной установки относительно теплых воздушных масс из смежных объемов в момент входа (выхода) пациентов [18].

Упрощённая технологическая схема [1, 11] криотерапевтической установки с компрессионной системой охлаждения представлена на рисунке 3. Отвод теплоты из процедурами кабины обеспечивает холодильная установка включающая компрессор C, конденсатор CN, узел дросселирования V и испаритель VP. Последнее время в качестве рабочего вещества компрессионного охладителя используются газовые смеси. Кипение рабочего вещества в испарителе VP обеспечивает отвод тепловой нагрузки из внутреннего пространства процедурной кабины CP. Рабочее вещество сжимается в компрессоре C и направляется в конденсатор CN. Процесс конденсации рабочего вещества обеспечивает сброс теплоты в окружающею среду. Сконденсированная газовая смесь через узел V дросселируются в испаритель VP.

Основным эксплуатационным недостатком установок с компрессионной системой охлаждения является относительно высокая температура в кабине пациентов, которая даже в пустой процедурное кабине не опускается не опускается ниже -110^оС [1, 11, 18]. Более того, на рынке медицинской техники присутствует аппараты в которых рабочий уровень температуры составляет не ниже -80^оС. Судя по всему, производители выбирали уровень рабочей температуры в основной кабине пациентов исходя из возможностей компрессионных охладителей на момент начала производства этого класса установок, так как выбранная температура значительно выше чем в оригинальной криотерапевтической установке Т. Ямаучи [6, 7].

Компрессионные охладители многоместных криотерапевтических установок имеют явный дефицит мощности силовых агрегатов. Для сравнения многоместные криотерапевтический установки расходуют в час не менее 200 кг жидкого азота, что позволяет поддерживать теплоотводящую способность системы на температурном уровне не выше           -130^оС в пределах 14 кВт [18]. Для достижения такой же теплоотводящей способности необходима холодильная установка с мощностью электрического привода не менее 56 кВт. При этом мощность рефрижераторных систем современных групповых установок для WBC не превышает 15 кВт [13]. Из-за дефицита мощности установки этого типа за час отпускают не более 5 процедур продолжительностью 4 мин, т.е. на работу в процедурном режиме в течение часа затрачивается всего 20 минут, а 40 минут уходит на восстановление температурного режима в процедурной кабины перед очередной процедурой [18].

Несмотря на указанные выше очевидные эксплуатационные недостатки установок с компрессионными системами охлаждения, именно они сегодня формируют основной парк криотерапевтической аппаратуры стран Западной Европы. Производство многоместных установок с азотной системой охлаждения осуществляет только одно предприятие – компания «CREATOR» (Польша, г. Вроцлав).

Основной объем информация, публикуемой по теме общая криотерапия в зарубежных источниках, формируется на базе эксплуатации аппаратов с компрессионным охлаждением, которые, как показано выше, не обеспечивают температурных условий для эффективного криотерапевтического воздействия.

Сложившаяся ситуация объясняет причины того, что спустя 40 лет клинического применения методики WBC в Западной Европе авторы аналитического обзора IIR делают заключение о том, что на современном этапе не существует общепринятых представлении об условиях обеспечивающих эффективное криотерапевтического воздействие [1].

Этот неутешительный вывод предопределен тем, что авторы обзора опираются на информацию полученную при эксплуатации заведомо неэффективного оборудования с компрессионными охладителями и полностью игнорируют информацию об эффектах достигаемых в установках с азотным охлаждением. Особое недоумение вызывает тот факт, что все авторы статьи принимали участие в международной конференции по криомедицине (3^rd IIR Conference on cold applications in life sciences – cryotherapy and cryopreservation), которая была организована под эгидой IIR в Санкт-Петербурге осенью 2018 года. По результатам которой был издан сборник научных статей зарубежных и российских авторов, в том числе 5 статей с участием членов рабочей группы IIR [11, 19-22]. В это сборник вошло 7 статей российских авторов, в которых изложены результаты научных исследований выполненных на базе одноместных криосаун [2, 8, 13, 17, 23-25]. Статьи российских авторов содержат определённые ответы на вопросы, которые спустя 2 года после выхода сборника авторы обзора IIR называют «не решенными» [1]. В частности, обоснованы рекомендации по выбору температуры газа в процедурном пространстве [2, 17] и продолжительности процедуры WBC [2], показаны причины низкой лечебной эффективности многоместных криотерапевтических установок с компрессионными система охлаждения [ 2, 23], сформулирована теплофизическая теория общего криотерапевтического воздействия [2]. Эти материалы опубликованы в одном издании со статьей, из которых авторы обзора заимствовали упрощенные технологические схемы криотерапевтических [11] установок (см. рисунки 1-3).

Материалы, подготовленные и представленные российскими специалистами, авторы обзора [1] не просто «не заметили», а сознательно проигнорировали. Вероятно авторы [1] осознают непреодолимые недостатки аппаратов с компрессионным охлаждением и очевидное превосходство установок использующих жидкий азот, но, по каким-то причинам, не могут это признать. Можно предположить, что представления российских специалистов и материалы об эффективности одноместных криосаун [8] для членов рабочей группы IIR неубедительны, но и это не является основанием для того чтобы их полностью  игнорировать.

Учитывая сложившуюся ситуацию на рынке медицинских изделий России, нет смысла анализировать причины неэффективности зарубежного криотерапевтического оборудования. Целесообразно сконцентрироваться на работе криотерапевтических установок с азотным охлаждением и раскрыть  технологические приемы обеспечивающие этим аппаратам высокие конкурентные преимущества.

 

МЕТОДЫ

Европейские криотерапевтические установки, которые появились в медицинских центрах Западной Европы в начале 90 годов ХХ века, строились на базе оригинальной криотерапевтической системы, изготовленной в Японии по заказу автора метода Т Ямаучи [7, 8, 18]. В этом криогенном аппарате отсутствовала система управления температурой воздуха в процедурной зоне. Разработчик метода WBC Т Ямаучи [7, 8] считал, что для достижения максимального криотерапевтического эффекта необходимо поддерживать в процедурном пространстве минимально возможную температуру воздуха. Разработчики первой криотерапевтической установки обеспечили условия, при которых исключалась возможность конденсации воздуха, заполняющего кабину пациента на поверхности рекуперативного теплообменника. Для этого жидкий азот поступал в рекуперативный теплообменник при давлении не ниже 0,07 МПа. Повышенное давление кипения предупреждало конденсацию воздуха на внешней поверхности теплообменника:

(5)

Избыточное давление в линий отвода паров жидкого азота ограничивалось посредством клапана SV. Система управления подачей азота поддерживала температуру паров азота на выходе из рекуперативного теплообменника на уровне близком к состоянию насыщения жидкого азота при давлении 0,07 МПа:

(6)

При таких условиях трубы рекуперативного теплообменника ТЕ были постоянно заполнены жидким азотом, что значительно повышало устойчивость систему охлаждения при резких изменениях величины тепловой нагрузки.

В отсутствие пациентов температура воздуха внутри кабины СР опускалась до минимального возможного уровня:

  (7)

При входе пациентов тепловая нагрузка на рекуперативный теплообменник увеличивалась на порядок, поэтому система охлаждения переходила в другое равновесное состояние на температурном уровне:

(8)

При описании работы своей криотерапевтической установки Т. Ямаучи часто указывал два уровня рабочей температуры -185 и -170^оС [7, 8]. Основываясь на этих данных, разработчики европейских криотерапевтических установок приняли номинальная температуру в процедурной кабине равной -160^оС [1, 11, 18]. Именно при такой температуре работали первые установки в Германии и Польше, при эксплуатации которых были подтверждены лечебные эффекты, описанные автором метода [2].

В европейских установках система управления подачей жидкого азота поддерживала температурный уровень -160^оС, когда в отсутствие пациентов эта температура устанавливалась в основной процедурной кабине система терморегуляции ТТ прекращала подачу жидкого азота в рекуперативный теплообменник ТЕ и ограничивала степень заполнения труб жидким азотом. При входе пациентов в процедурную кабину проникает относительно теплый воздух из шлюзовой камеры ( ), суммарная тепловая нагрузка на систему охлаждения увеличивается на порядок, в том числе из-за подвода теплоты с поверхности тел пациентов (  от одного пациента), т.е. не менее 18 кВт от группы из 6 пациентов [18]. При резком увеличения интенсивности подвода теплоты рекуперативный теплообменник ТЕ не может его компенсировать из-за того, что система терморегуляции ТТ ограничила его заполнение жидким азотом на предыдущем технологическом этапе В таких условиях подвод теплоты от пациентов и воздуха, поступившего из объема шлюза с повышенной температурой ( ), вызывают рост температуры воздуха в основной кабине пациентов и она до выхода пациентов сохраняется на уровне выше номинального:

(9)

Нестабильность температурного режима процедурной кабины и «неоправданно большие», по мнению пользователей, затраты жидкого азота, стали причиной того, что многие производители отказались от выпуска криотерапевтических установок с азотным охлаждением в девяностых годах ХХ века [18].

Примерно в это же время, в России была разработана и реализована альтернативная технология проведения процедур WBC – индивидуальная криотерапия [2]. Идея производства одноместных криотерапевтических установок (криосаун) основывалась на очевидном соображении о том, что лечебные процедуры желательно проводить в индивидуальном порядке. При переходе на одноместные установки удалось значительно уменьшить размеры процедурной кабины, а вместо воздуха использовать в качестве теплоотводящей среды пары жидкого азота, которые можно получать за счет контактного подвода теплоты к криоагенту. Технологическая схема одноместной криосауны (см. рисунок 5) отличается от схемы, опубликованной экспертами IIR (см. рисунок 2).

В криосаунах не допускается распыление жидкого азота в объеме процедурной кабины, так как частицы криоагента могли бы попасть на поверхность тела пациента. Для получение азотного пара, которым заполняется процедурная кабина используются специализированные теплообменный аппарат – парогенератор VG. Испарение жидкого азота в парогенераторе происходит за счет подвода теплоты, которая переносится газовым потоком, поступающим на регенерацию (восстановление температуры) из объема процедурной кабины. Этот поток, поток газа теплоносителя, с расходом  циркулирует между кабиной пациента и парогенератором. Циркуляционный поток теплоносителя переносит теплоту, выделенную в кабине в контактный теплообменник парогенератора за счет теплоемкости газа и разности температур на границах процедурной кабины:

(10)

Теплота, подведенная потоком теплоносителя в парогенератор VG, затрачивается на испарение жидкого азота и вызывает образование потока азотного пара, который смешивается с циркуляционным потоком и направляется в кабину пациента:

(11)

Циркуляция газа через объем кабины СР побуждается с помощью вентилятора F.

Температура потока теплоносителя на входе в кабину поддерживается на заданном уровне за счет подачи жидкого азота из криососуда DV в контактный теплообменник парогенератора VG.

Парогенератора VG содержит безнасадочный контактный теплообменник, теплопоглощающая поверхность которого формируется из капель жидкого азота [13]. В контактом теплообменнике создаются гидродинамические условия, в которых поток теплоносителя захватывает и переносит капли криоагента размером не более 0,1 мм. Во время движения в потоке газа размер капель жидкого азота за счет испарения уменьшается до 0,06 мм. На выходе из парогенератора не испарившиеся капли отделяются от потока газа в отделителе жидкости. Газовая фаза направляется в процедурную кабину, а выделенный криоагент направляется на вход теплоносителя в контактный теплообменник [13].

Безнасадочный контактный теплообменник, сформированный из капель жидкого азота обладает большой теплоотводящей способностью, которая особенно важна при заполнении кабины парами азота в начале каждой процедуры, когда необходимо обеспечить быстрое заполнение кабины пациента перегретым азотным паром с температурой не выше 140 К (-133^оС).

В криотерапевтической установке реализуется высокоэффективный цикл азотного охлаждения с контактной передачей теплоты. Благодаря высокой производительности системы подачи жидкого азота ( ) и развитой поверхности контакта частиц жидкого азота с потоком теплоносителя, теплоотводящая способность контактного теплообменника парогенератора:

  (12)

позволяет покрывать суммарный подвод теплоты в момент заполнения кабины пациента теплоносителем.

Избыточная производительность системы подачи азота в парогенератор создает условия для дальнейшего развития технологии индивидуального криотерапевтического воздействия [18].

Азотная система охлаждения криосауны работает по открытому жидкостному циклу, отработанные пары криоагента выходят за пределы кабины пациента через ее верхнее сечение, улавливаются встроенной системой вентиляции и удаляются за пределы процедурного помещения. Производительность системы вентиляции 7 раз превышает объемный расход паров жидкого азота, поэтому пространство над кабиной пациента и процедурное помещение заполняются атмосферным воздухом с нормальным содержанием кислорода. Двадцатипятилетний опыт эксплуатации криосаун этого типа подтвердил надежность работы вентиляционной системы. Не было зафиксировано ни одного случая гипоксии у пациентов или обслуживающего персонала.

 

РЕЗУЛЬТАТЫ

Системы охлаждения установок для общей криотерапии, основанные на использовании теплоотводящей способности жидкого азота, по своим температурный и энергетическим характеристикам в полной мере соответствуют требованиям, предъявляемым к криотерапевтическому оборудованию.

Эти требования были сформулированы в рамках теплофизической теории общий криотерапии, которая была разработана Университете ИТМО [2, 3], где в рамках нескольких диссертационных исследований были определены температурные и временные условия достижения максимального физиотерапевтического эффекта WBC [2, 18], суммарная тепловая нагрузка на систему охлаждения устройство для WBC, затраты энергии или жидкого криоагента на проведение процедур WBC [2, 18].

Показано, что для достижения эффектов общего криотерапевтического воздействия, описанных в восьмидесятых годах ХХ века, температура охлаждающего газа не должна превышать уровень -130^оС [2, 18], а экспозиция процедуры WBC должна выбираться в интервале секунд [2, 12, 18]. Лечебный эффект общий криотерапии достигается за счет переохлаждения тонкого поверхностного слоя кожного покрова тела пациента до температуры близкой к -2^оС, для этого с поверхности тела пациента необходимо отвести до 600 кДж теплоты, 90 % которой выделяется за счет теплоемкости покровных тканей тела пациента.

Теплота, выделяемая с поверхности тела пациента представляет собой полезную тепловую нагрузку на систему охлаждения. В зависимости от способа организации процедур WBC, доля полезной нагрузки на систему охлаждения варьируется в интервале от 49 % для многоместных криотерапевтических установок и до 71 % для одноместных криосаун российского производства [18]. Учитывая термодинамическую эффективность разных способов размещения пациентов в зоне криотерапевтического воздействия суммарная тепловая нагрузка на систему охлаждения многоместной криотерапевтической установки в пересчёте на одного пациента составляет 1225 кДж, а у одноместных криосаун аналогичный показатель не превышает значение 845 кДж. Для отвода такой тепловой нагрузки на температурном уровне не выше 143 К (-130^оС ), необходимо, в пересчете на одного пациента, затратить 4,7 и 3,3 килограмм жидкого азота в многоместной и одноместной установке соответственно. В случае использования для покрытия тепловой нагрузки компрессионных циклов отвода теплоты для отвода указанной выше тепловой нагрузки за время процедуры ( ) мощность электропривода компрессорных установок (в пересчете на одного пациента) должна составлять не менее 27,2 кВт в многоместной и 18,8 кВт в одноместной установке [18].

Полученные результаты однозначно показывают, что использование азотных систем охлаждения в установках для WBC является безальтернативным технологическим решением. Действующие установки с компрессионными охладителями не поддерживают оптимальный температурный уровень в кабине пациентов и имеют дефицит мощности свыше 80%.

Попытка устранить эти недостатки путем использования более совершенного и мощного оборудования, потребует резкого увеличения финансовых затрат на изготовление оборудования. Аппараты этого класса уже сегодня с трудом конкурируют с установками использующими жидкий азот, а в случае многократного увеличения себестоимости полностью утратят конкурентоспособность.

Благодаря компактности размещения пациентов в процедурной кабине и эффективности контактного переноса тепловой нагрузки к криоагенту, одноместные криосауны российского производства обладают высокими конкурентными преимуществами и перспективами дальнейшего технологического усовершенствования.

Распространение в Российской Федерации аппаратуры потребляющей жидкий азот в качестве криоагента, затрудняется недостаточной развитостью рынка продуктов разделения воздуха, а также низким уровнем сервиса по доставке сжиженных газов мелкооптовым потребителям. Необходимо продолжать работу по усовершенствованию систем снабжения одноместных криосаун жидким азотом.

 

ОБСУЖДЕНИЕ

Изложенные выше материалы иллюстрирует положение, сложившееся в области техники и технологии WBC в России и за рубежом. Показано, что вопреки в распространившемуся в последнее время мнению [1], температурные и временные условия успешного проведения криотерапевтических процедур определены и подтверждены многолетней практикой использование криосаун в Российских клиниках [ 2, 3, 18].

Позитивные эффекты от процедур WBC в одноместных криосаунах нельзя воспроизвести в современных криотерапевтических аппаратах с компрессионными системами охлаждения, так как в них не соблюдаются обоснованные требования по уровню температуры в процедурной кабине и энерговооруженности рефрижераторных установок.

Зарубежные авторы, описывая работу разработанных Российской Федерации одноместных криосаун, искажают принцип действия их азотной системы охлаждения, концентрируют внимание читателей на вымышленных «опасностях», которые сопровождают процедуры WBC в парах жидкого азота [1, 11]. Описывая современное состояние криотерапевтической аппаратуры авторы [1] не принимают во внимание материалы, опубликованные российскими авторами в зарубежных научных журналах, тем самым создают у читателей искаженное представление о возможностях и эффективности российских аппаратов для общей криотерапии.

Потенциальным пользователям криотерапевтической аппаратуры следует учитывать это недобросовестный подход зарубежных авторов к формированию содержания научных статей, и обязательно использовать информацию о возможностях криотерапевтического аппаратуры опубликованную в работах отечественных авторов.

Распространение такой информации является одной из целей данной статьи. В области техники и технологии WBC сложилась уникальная для медицинской техники ситуация, когда российские производители и учёные на десятилетия опережают зарубежных коллег в вопросах производства и эксплуатации физиотерапевтической аппаратуры. Это надо осознавать и широко использовать эту ситуацию для массового применения универсального и высокоэффективного метода профилактики, лечения и реабилитации всех категорий пациентов.

About the authors

Ekaterina Sokolova

ITMO UNIVERCITY

Author for correspondence.
Email: evlogvinenko@itmo.ru
ORCID iD: 0000-0002-5127-9959
SPIN-code: 9397-9168

к.т.н., доцент

Russian Federation

Aleksandr Yu. Baranov

ITMO University; Research and Production Company “KRION”

Email: abaranov@itmo.ru
ORCID iD: 0000-0002-9263-8153
SPIN-code: 1591-4442

Dr. Sci. (Tech.), Professor

Russian Federation, Saint Petersburg; Saint Petersburg

Vladimir А Baranov

RESEARCH AND PRODUCTION ENTERPRISE "KRION"

Email: baranov@krion.ru
ORCID iD: 0009-0002-6067-4982
SPIN-code: 1944-4210
Russian Federation, Saint Petersburg

Ivan А Baranov

RESEARCH AND PRODUCTION ENTERPRISE "KRION"

Email: baranov@krion.ru
ORCID iD: 0009-0007-9795-4167
Russian Federation, Saint Petersburg

References

Supplementary files