Вступ
Остеохондроз поперекового відділу хребта та його неврологічні прояви є одним із найпоширеніших захворювань, що призводить до порушення працездатності та інвалідності людей переважно в молодому віці. Остеохондроз, за даними багатьох авторів, є найбільш частою причиною патології хребта та посідає 2-е місце в України серед причин тимчасової втрати працездатності населення, поступаючись тільки респіраторним інфекціям [7]. Болі в спині зустрічаються в 40–80 % населення. У віці 20–64 роки болі в спині турбують 24 % чоловіків та 32 % жінок. Найчастіше найбільш виражені болі в спині спостерігаються у осіб віком 50–64 роки [5, 7].
Якщо раніше методом вибору в діагностиці дегенеративних змін хребта були клінічні та рентгенологічні методи обстеження, а на сучасному етапі — застосування комп’ютерної і магнітно-резонансної томографії, то на сьогодні з’являється можливість більш точного встановлення та диференціювання дегенеративних уражень на різних рівнях за допомогою більш новітніх технологій та осучаснення давно відомих методів дослідження. Тому ми звернули увагу на дослідження локальних тепловиділень людини за допомогою напівпровідникових термоелектричних сенсорів теплового потоку [1–4], що поєднують мініатюрність, високу чутливість, стабільність параметрів у широкому інтервалі робочих температур і узгоджуються із сучасною реєструючою апаратурою [6]. Використання таких сенсорів дозволяє досягати високої локальності та точності теплометричних вимірювань. В Інституті термоелектрики НАН та МОН України сконструйовані такі прилади, які починають широко впроваджуватись в науково-практичну медичну діяльність.
Отже, метою наших досліджень було вивчення величини густини теплового потоку (ГТП) та температури поверхні тіла людини у пацієнтів з неврологічними проявами остеохондрозу в попереково-крижовому відділі хребта.
Матеріали та методи
Обстежений 71 пацієнт (20 — з ознаками люмбоішіалгії на фоні гриж міжхребцевих дисків, 20 — з люмбоішіалгією на фоні гриж міжхребцевих дисків в поєднанні з нестабільністю хребців в цій ділянці, 11 пацієнтів — зі стенозом хребетного каналу та 20 осіб контрольної групи) віком від 39 до 69 років. Переважали жінки — 64 % обстежених. Усі пацієнти підлягали детальному ортопедичному та неврологічному обстеженню.
Вимірювали величини густини теплового потоку та температури поверхні тіла пацієнтів з неврологічними проявами остеохондрозу хребта за допомогою приладу, сконструйованого в Інституті термоелектрики НАН та МОН України. Прилад призначений для вимірювання температури і густини теплового потоку поверхні тіла людини контактним способом, що дозволяє виявляти на ранніх стадіях запальні процеси людського організму, різноманітні захворювання та проводити експрес-діагностику під час масового огляду пацієнтів. У даній роботі прилад використано для визначення больового синдрому при дегенеративно-дистрофічних захворюваннях попереково-крижового відділу хребта (рис. 1).
/122-1.jpg)
Прилад містить блок керування (один) та термоелектричні сенсори температури і теплового потоку (два). Вимірювання температури та густини теплового потоку відбувається одночасно двома термоелектричними сенсорами із записом результатів вимірювання на карту пам’яті microSD та комп’ютерним відображенням на ПК (з операційною системою Windows 7–10). Запис даних здійснюється у форматі Comma-separated values (csv), що дозволяє відкривати файли запису результатів вимірювання без будь-якого додаткового конвертування у більшості програм для роботи з електронними таблицями, таких як Microsoft Excel, Open office та ін., а також у спеціалізованій програмі приладу TermoMonitor для побудови графіків вимірювань.
/122-2.jpg)
Принцип роботи приладу полягає у перетворенні теплового потоку і температури тіла людини за допомогою двох термоелектричних сенсорів густини теплового потоку і температури в еквівалентні за величиною електричні сигнали, що виводяться на цифровий дисплей блоку керування в одиницях густини теплового потоку (мВт/см2) і температури (°С).
На верхній стінці приладу вмонтовано два роз’єми для підключення термоелектричних сенсорів температури і теплового потоку та кнопка вмикання. На правій боковій стінці розміщено рознімач для карти пам’яті microSD та miniUSB-рознімач для підключення приладу до персонального комп’ютера. Також через miniUSB-рознімач здійснюється живлення батареї приладу.
На передній стінці корпусу вмонтовано рідкокристалічний дисплей, на якому у вигляді графіків відображаються значення густини теплових потоків відповідних ділянок тіла людини та значення температури. Таким чином, отримані результати вимірювань можна аналізувати безпосередньо з графіків, що відображаються на дисплеї. Наявність у приладі одночасно двох термоелектричних сенсорів дає змогу порівнювати результати вимірювань хворої та здорової ділянки поверхні тіла людини.
Крім того, на передній стінці приладу розміщено 6 кнопок для керування роботою приладу — «Вліво», «Вправо», «Вгору», «Вниз», «Ок», «Меню». Призначення пунктів «Меню» приладу наступне:
— «Почати запис»/«Зупинити запис» — прилад починає запис результатів вимірювань у новий файл, зупиняє відповідний запис і зберігає інформацію на карту пам’яті;
— «Вибiр режиму» — викликає субменю вибору одного з 9 режимів відображення інформації у вигляді графіків у реальному часі;
— «Перiод запису» — призначений для вибору періоду часу, через який результати вимірювань будуть записуватись у файл на карту пам’яті та відображатись на дисплеї приладу;
— «Час/Дата» — перехід в режим налаштування часу і дати;
— «Акумулятор» — відображає напругу на батареї живлення приладу;
— «Довідка» — відображає інформацію про прилад.
Структурна схема приладу (рис. 2) складається з наступних функціональних вузлів: термоелектричний сенсор теплового потоку з вбудованим датчиком температури, аналогово-цифровий перетворювач (АЦП) для перетворення аналогових сигналів сенсора у цифрові, мультиплексор для комутування цифрових сигналів з АЦП та почергової передачі їх на мікроконтролер, за допомогою якого відбувається обробка цифрових сигналів, їх збереження на карту пам’яті, графічна візуалізація інформації на дисплеї та персональному комп’ютері.
Основним функціональним вузлом блоку керування є мікроконтролер, що працює на частоті до 20 МГц та забезпечує високу швидкість обробки сигналів термоелектричного сенсора температури і теплового потоку. За допомогою персонального комп’ютера здійснюється програмування мікроконтролера, який, у свою чергу, керує роботою інших функціональних вузлів приладу.
Прилад містить власне джерело живлення для того, щоб забезпечити можливість його використання у автономному режимі разом із пацієнтом. Це, у свою чергу, дозволяє розширити функціональні можливості приладу. Живлення приладу відбувається за допомогою літій-іонної батареї ємністю 1200 мА/год, що забезпечує 48 годин безперервної роботи приладу.
У приміщенні, де відбувалось обстеження, постійно підтримувалась температура в межах 20–25 °С, відносна вологість 50–60 %. Були відсутні джерела інфрачервоного випромінювання. Напередодні обстеження пацієнтам відміняли всі фізіотерапевтичні та зігріваючі процедури; їм відміняли також протизапальні, жарознижуючі, судинорозширюючі або судинозвужуючі медикаменти. За 3–4 години до обстеження пацієнти повинні були припинити палити. За 2–3 години до початку обстеження пацієнтам знімали різноманітні мазеві аплікації і поверхню шкіри обезжирювали сумішшю 40% етилового спирту та ефіру (в пропорції 4 : 1). Безпосередньо перед обстеженням хворі проходили протягом 15–20 хвилин температурну адаптацію. У цей час вони знаходились в руховому спокої, без статичного та динамічного напруження м’язів. Вимірювання теплометричних показників з поверхні шкіри пацієнта проводили в реальному часі протягом 3 хв. Звертали увагу на час термоадаптації (у секундах) — t (скільки часу минало від моменту початку обстеження до виходу основних показників на теплове насичення), показники температури та густини теплового потоку на висоті цього плато, вигляд самих кривих. Датчики накладами симетрично з двох сторін паравертебрально на рівні остистих відростків L4–L5-хребців.
Результати та обговорення
Як показали проведені дослідження, у осіб конт–рольної групи коливання основних теплометричних показників у паравертебральних ділянках було симетричним і практично не відрізнялось за тестом зліва/справа. Тепло- та термоадаптація шкірних покривів, що контактують з поверхнею термоелектричних сенсорів, проходила одночасно і мала вигляд пологої кривої з наявністю чітко видимого насичення. При цьому в усіх осіб контрольної групи зберігався повний обсяг рухів в попереково-крижовому відділі хребта, були відсутні больові відчуття остистих відростків та паравертебральних ділянок в попереково-крижовій зоні, не було ознак розладів чутливості, рефлексів у зацікавлених зонах. У осіб контрольної групи час виходу на теплове насичення становив 45,3 ± 0,3 с. Температура шкірних покривів у паравертебральних ділянках була в межах 34,6 ± 0,5 °С, а густина теплового потоку становила 17,1 ± 0,1 Вт/м2.
При клінічному обстеженні пацієнтів з ознаками люмбоішіалгії, причиною якої була наявність гриж або протрузій в попереково-крижовому відділі хребта, нами виявлено наступне. Хворі скаржилися на відчуття печії і болі в попереку, нижніх кінцівках, трофічні порушення. Спина у них була фіксована в зігнутому положенні. Позитивними були однобічні симптоми натягу, а у 20 % пацієнтів спостерігався перехресний симптом Ласега. Спостерігалися зниження обсягу рухів в поперековому відділі хребта, напруження м’язів поперекової ділянки, болі при пальпації і перкусії паравертебральних точок, різке обмеження нахилів у бік ураження. В положенні лежачи на спині і з зігнутими нижніми кінцівками у кульшових суглобах біль зменшувався. Біль мав тягнучий характер, супроводжувався похолоданням, онімінням і біганням «мурашок» в нижніх кінцівках. Шкіра була блідою, холодною на дотик, сухою (особливо в ділянці гомілки і стопи) з ознаками гіперкератозу. Відмічався білий дермографізм. У них відбувалося паралельне коливання температури і ГТП на стороні болю і низькі показники на інтактній стороні (рис. 4). Показники температури шкірних покривів на стороні болю були в межах 34,8 ± 0,5 °C, а ГТП становила 101,6 ± 0,3 Вт/м2 , а на та інтактній стороні вони були в межах 30,6 ± 0,7 °C та ГТП = 71,8 ± 0,4 Вт/м2. Час виходу на теплове насичення становив 40,1 ± 0,2 с.
В осіб з ознаками люмбоішіалгії, що виникла на фоні гриж та протрузій міжхребцевих дисків у поєднанні з нестабільністю в попереково-крижовому відділі хребта, біль був двостороннім, посилювався при згинанні чи розгинанні хребта і довготривалому сидінні, зменшувався у спокої. Рухи в поперековому відділі хребта були не обмежені, але болючі, особливо при згинанні. При симптомі натягу виникав двобічний біль у попереку. Відмічалися блідість шкірних покривів, відчуття печії, розпирання, асиметрія білого і червоного дермографізму в нижніх кінцівках. Відмічали ціаноз, мармуровість шкіри, переважно в стопах. Виявлялися супутні захворювання: варикозне розширення вен нижніх кінцівок і гемороїдальних вен, що вказувало на системну слабкість венозного апарату.
При проведенні теплометричних досліджень у цієї групи пацієнтів спостерігалася тенденція до симптому «ножиць» на стороні болю: різкий підйом густини теплового потоку до 85,4 ± 0,6 Вт/м2 при майже незмінному показнику температури шкіри на стороні болю (34,7 ± 0,2 °C); час виходу на теплове насичення скорочувався до 39,8 ± 0,8 с. На протилежній стороні в паравертебральній зоні відбувалися незначні коливання теплометричних показників, що не виходили за межі фізіологічної норми (рис. 5).
Пацієнти, у яких больовий синдром виник на фоні стенозу хребтового каналу в попереково-крижовому відділі хребта, зазначали, що больовий синдром тривав у них більше ніж два-три місяці і не купірувався звичайними знеболюючими препаратами та міорелаксантами. Давало полегшення лише застосування епідурального адгезіолізу. При прицільному обстеженні у них виявлено зменшення показників температури і ГТП з обох сторін, але більш інтенсивно на домінуючій стороні болю (рис. 6).
Отже, прилад для одночасного вимірювання показників температури та густини теплового потоку з поверхні тіла людини, що сконструйований в Інституті термоелектрики НАН та МОН України, є високоінформативним, доступним для використання в медичній практиці, навіть на рівні надання допомоги в первинній ланці охорони здоров’я, і може бути широко впроваджений в медичні заклади України.
Висновки
1. Вивчення змін теплометричних показників шкірних покривів у попереково-крижовому відділі хребта є високоінформативним методом діагностики і дозволяє правдиво вивчити ці зміни залежно від віку, статі пацієнта та виявити основні тенденції у зміні їх стану протягом певного часу.
2. Одночасне вимірювання температури шкірних покривів та густини теплового потоку приладом, сконструйованим в Інституті термоелектрики НАН та МОН України, дозволяє вже на ранніх стадіях процесу встановити характер неврологічних ускладнень при остеохондрозі хребта, навіть не застосовуючи для цього дороге обладнання.
Конфлікт інтересів. Автори заявляють про відсутність будь-якого конфлікту інтересів при підготовці даної статті.
/122-1.jpg)
/122-2.jpg)
/123-1.jpg)
/125-1.jpg)