Экспериментальное изучение распределения температуры в длинных трубчатых костях при периоссальном расположении нагревателей

Автор: Пахмурин Д.О., Пахмурина В.В., Анисеня И.И., Ситников П.К.

Журнал: Сибирский онкологический журнал @siboncoj

Рубрика: Лабораторные и экспериментальные исследования

Статья в выпуске: 2 т.22, 2023 года.

Бесплатный доступ

Цель исследования - изучить динамику изменения температуры снаружи и внутри длинных трубчатых костей животных под воздействием разных температурных режимов в течение заданного времени. материал и методы. Эксперименты проводились с использованием свежезамороженных длинных трубчатых костей свиней. Нагрев осуществлялся с помощью поверхностных нагревателей, температура которых определялась выбранным режимом, в течение 1 ч; фиксация температурных значений проводилась ежеминутно. Экспериментальное исследование было построено на изучении четырех температурных режимов: трех с постоянной температурой (РПН) нагревателя (60, 70, 80 °C) и режима максимального нагрева (РМН), при котором специального ограничения температуры не устанавливалось, поэтому нагрев осуществлялся до 120 °C. Результаты. Происходящие процессы можно описать следующим образом: в первые 10 мин нагрева происходит быстрый подъем температуры, при этом темпы прироста температуры на наружной поверхности опережают темпы прироста температуры внутри костномозгового канала, что приводит к формированию значительной температурной разницы. Далее наблюдается замедление темпов прироста температуры, что приводит к постепенному сближе-нию температурных значений внутри и снаружи кости с последующей стабилизацией температуры на устойчивом уровне (плато), который различен для исследуемых областей. В этот период температурная разница составляет 3,5-6 °C и сохраняется на данном уровне до конца исследования. При РПН 60/70/80 °C стабилизация температуры происходит на уровне 55/61/70 °C в центре костномозгового канала и на уровне 58/67/75 °C под нагревателем соответственно. Период до выхода на температуру стабилизации составляет 30-40 мин. Также необходимо отметить, что устойчивые уровни температуры как внутри, так и снаружи кости были ниже уровня стабилизации температуры нагревателя. Следовательно, чтобы достичь планируемой температуры в центре кости, к ее наружной поверхности необходимо приложить большую температуру, т.е. формируется нисходящий температурный градиент: температура стабилизации нагревателя - температура на наружной поверхности - температура внутри костномозгового канала. Увеличение температуры воздействия позволяет сократить период нагрева, но способствует увеличению температурной разницы в период нагрева (до 25 °C на 5-й мин нагрева при использовании режима максимального нагрева). заключение. Для того, чтобы обеспечить выход на необходимую температуру (60 °С) в течение короткого времени (15-20 мин) при сохранении оптимальных температурных параметров, было предложено разработать режимы с переменной температурой, которые сочетали бы в себе первоначальное использование режима максимального нагрева до момента достижения заданной температуры в костномозговой полости с последующим переключением на режим с постоянной температурой, позволяющий поддерживать достигнутый температурный уровень во время лечебного воздействия.

Еще

Термоабляция, опухоли костей, онкоортопедия, остеосаркома, лечение опухоли

Короткий адрес: https://sciup.org/140300167

IDR: 140300167   |   DOI: 10.21294/1814-4861-2023-22-2-65-75

Список литературы Экспериментальное изучение распределения температуры в длинных трубчатых костях при периоссальном расположении нагревателей

  • Qu H., Guo W., Yang R., Li D, Tang S., Yang Y, Dong S., Zang J. Reconstruction of segmental bone defect of long bones after tumor resection by devitalized tumor-bearing bone. World J Surg Oncol. 2015; 13: 282. doi: 10.1186/s12957-015-0694-3.
  • KhattakM.J., UmerM., Haroon-ur-Rasheed, UmarM. Autoclaved tumor bone for reconstruction: an alternative in developing countries. Clin Orthop Relat Res. 2006; 447: 138-44.
  • Pan K.L., Chan W.H., Ong G.B., Premsenthil S., Zulkarnaen M., Norlida D., Abidin Z. Limb salvage in osteosarcoma using autoclaved tumor-bearing bone. World J Surg Oncol. 2012; 10: 105. doi: 10.1186/14777819-10-105.
  • Umer M., Umer H.M., Qadir I., Rashid H., Awan R., Askari R, Ashraf S. Autoclaved tumor bone for skeletal reconstruction in paediatric patients: a low cost alternative in developing countries. Biomed Res Int. 2013. doi: 10.1155/2013/698461.
  • Manabe J., AhmedA.R., Kawaguchi N., Matsumoto S., KurodaH. Pasteurized autologous bone graft in surgery for bone and soft tissue sarcoma. Clin Orthop Relat Res. 2004; (419): 258-66. doi: 10.1097/00003086200402000-00042.
  • Пахмурин Д.О., Федоров А.А., Кобзев А.В., Семенов В.Д., Анисеня И.И., Богоутдинова А.В., Ситников П.К., КажмаганбетоваМ., Матюшков С., Хан К.И., Семенова Г.Д. Способ интраоперационного гипертермического воздействия на костную ткань. Патент РФ № 2695305. Заявл. 13.07.2018; Опубл. 22.07.2019. [Pakhmurin D.O., Fedorov A.A., Kobzev A.V., Anisenya I.I., Bogoutdinova A.V., Sitnikov P.K., KazhmaganbetovaM., Matyushkov S., Khan K.I., Semenova G.D. Method for intraoperative hyperthermic exposure on bone tissue. The patent of the Russian Fedetarion No 2695305. 22.07.2019. (in Russian)].
  • Пахмурин Д.О., Кобзев А.В., Семенов В.Д., Литвинов А.В., Учаев В.Н., Хуторной А.Ю. Автоматизированные комплексы высокотемпературного воздействия на биологические ткани. Томск, 2014. 88 с. [Pakhmurin D.O., Kobzev A.V., Semenov V.D., Litvinov A.V., Uchaev V.N., KhutornoyA.Yu. Automated complexes for high-temperature exposure to biological tissues. Tomsk, 2014. 88 p. (in Russian)].
  • Pakhmurin D.O., Kobzev A.V., Semenov V.D., Litvinov A.V., Uchaev V.N., Khutornoy A.Yu. A Method of Controlled Local Hyperthermia. World Appl Sci J. 2014; 30(9): 1182-7. doi: 10.5829/idosi. wasj.2014.30.09.14146.
  • Pakhmurin D.O., Kobzev A.V., Semenov V.D., Litvinov A.V., Uchaev V.N., Khutornoy A.Yu. A Temperature Stabilization Device for Local Hyperthermia in Cancer Treatment. Middle-East J Sci Res. 2014; 20(12): 1940-5. doi: 10.5829/idosi.mejsr.2014.20.12.21097.
  • Кобзев А.В., Пахмурин Д.О., Семенов В.Д., Семенова Г.Д. Комплекс для высокотемпературного воздействия на биологическую ткань (варианты). Патент РФ № 2636877. Заявл. 21.11.2016; Опубл. 28.11.2017. [Kobzev A.V., Pakhmurin D.O., Semenov V.D., Semenova G.D. Complex for high-temperature impact on biological tissue (options). The patent of the Russian Federation No 2636877. 28.11.2017. (in Russian)].
  • HartN.H., Nimphius S., Rantalainen T., Ireland A., SiafarikasA., NewtonR.U. Mechanical basis of bone strength: influence of bone material, bone structure and muscle action. J Musculoskelet Neuronal Interact. 2017; 17(3): 114-39.
  • Perilli E., BaleaniM., Ohman C., Fognani R., Baruffaldi F., Vice-conti M. Dependence of mechanical compressive strength on local variations in microarchitecture in cancellous bone of proximal human femur. J Biomech. 2008; 41(2): 438-46. doi: 10.1016/j.jbiomech.2007.08.003.
  • McDonald J.H. Handbook of Biological Statistics. 3rd ed. [Internet]. Baltimore: Sparky House Publishing, 2014. [cited 2021 Sep 2]. URL: www.biostathandbook.com.
  • Mann H.B., WhitneyD.R. On a test of whether one oftwo random variables is stochastically larger than the other. Ann. Math. Stat. 1947; 18: 50-60. doi: 10.1214/aoms/1177730491.
  • Castellan S., N. John Castellan Jr. Nonparametric Statistics for the Behavioral Sciences. Second ed. New York: McGraw-Hill, 1988.
  • Köhler P., Kreicbergs A., Strömberg L. Physical properties of au-toclaved bone. Torsion test of rabbit diaphyseal bone. Acta Orthop Scand. 1986; 57(2): 141-5. doi: 10.3109/17453678609000888.
  • Knaepler H., Haas H., Puschel H.U. Biomechanische Eigenschaften thermisch und radioaktiv behandelter Spongiosa. Unfallchirung. 1991; 17: 194-9.
  • Singh V.A., Nagalingam J., SaadM. Pailoor., J. Which is the best method of sterilization of tumour bone for reimplantation? A biomechani-cal and histopathological study. BioMedical Engineering OnLine. 2010, 9: 48. doi: 10.1186/1475-925Х-9-48.
  • PakhmurinD., Pakhmurina V., Kashin A., KulkovA., KhlusovI., Kostyuchenko E., Sidorov I., Anisenya I. Compressive Strength Characteristics of Long Tubular Bones after Hyperthermal Ablation. Symmetry. 2022; 14(2). doi:10.3390/sym14020303.
  • Анисимова Н.Ю., Киселевский М.В., Абдуллаев А.Г., Малахова Н.В., Ситдикова С.М., Полоцкий Б.Е., Давыдов М.М. Влияние гипертермии на жизнеспособность и пролиферативную активность опухолевых клеток. Российский онкологический журнал. 2016; 21(5): 250-2. [AnisimovaN.Yu., KiselevskyM.V., AbdullaevA.G., MalakhovaN.V., Sitdikova S.M., Polotsky B.E., Davydov M.M. Effect of hyperthermia on the viability and proliferative activity of tumor cells. Russian Journal of Oncology. 2016; 21(5): 250-2. (in Russian)]. doi: 10.18821/1028-99842016-21-5-250-252.
  • Rong Y., SatoK., SugiuraH., Ito T., Sakano S., IwataH., KimataK. Effect of elevated temperature on experimental swarm rat chondrosarcoma. Clin Orthop Relat Res. 1995; (311): 227-31.
  • Зайцев В.В., Карягина А.С., Лунин В.Г. Костные морфо-генетические белки (BMP): Общая характеристика, перспективы клинического применения в травматологии и ортопедии. Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н.Приорова. 2009; (4): 79-84. [Zaicev V.V., Karyagina A.S., Lunin V.G. Bone morphogenetic proteins (BMP): General characteristics, prospects for clinical use in traumatology and orthopedics. Bulletin of Traumatology and Orthopedics. N.N.Priorova. 2009; (4): 79-84. (in Russian)].
  • Reddi A.H. Role of morphogenetic proteins in skeletal tissue engineering and regeneration. Nat Biotechnol. 1998; 16(3): 247-52. doi: 10.1038/nbt0398-247.
  • OkamotoM., Murai J., Yoshikawa H., Tsumaki N. Bone morpho-genetic proteins in bone stimulate osteoclasts and osteoblasts during bone development. J Bone Miner Res. 2006; 21(7): 1022-33. doi: 10.1359/ jbmr.060411.
Еще
Статья научная