Традиционно считается, что организм здорового человека, как и любого теплокровного млекопитающего, находящийся в нормальных условиях внешней среды, строго поддерживает свое температурное постоянство. Именно температурный гомеостаз позволяет обеспечивать нормальную работу всего организма как на системном, органном, тканевом и клеточном уровне, так и на уровне отдельных внутриклеточных структур, в частности таких, как митохондрии [2, 4, 8]. При этом известно, что для поддержания необходимого уровня анаэробного обмена веществ в организме человека необходимо оптимальное количество кислорода, поскольку его отсутствие снижает интенсивность и качество обмена веществ, приводящего в свою очередь к уменьшению функциональных резервов организма, заболеваниям и смерти. В условиях дефицита кислорода, возникающего например, при ишемии конечностей и внутренних органов или при внутриутробной гипоксии плода, именно «высокая» температура, поддерживающая интенсивность обмена веществ, может являться самостоятельным повреждающим фактором, а ее снижение может обладать лечебным действием [3, 5, 7]. Показано, что применяемые в настоящее время в клинической практике различные виды искусственного охлаждения ишемизированных органов или частей тела, позволяют эффективно бороться с гипоксическим повреждением [1]. Однако, существуют ли, предусмотренные природой механизмы спонтанного охлаждения тела человека в условиях кислородной недостаточности?
Появление тепловизоров у исследователей дало возможность осуществлять визуальное наблюдение за изменением температуры и спектра инфракрасного излучения не только отдельных частей тела, но и всей поверхности тела человека и животных. Были выявлены «температурные» признаки различных заболеваний, сопровождающихся гипоксией, таких как болезнь Рейно, атеросклероз сосудов, геморрагический шок и клиническая смерть [9, 10]. Благодаря инфракрасному мониторингу была выявлена последовательность охлаждения тела, возникающая при шоке и клинической смерти [9]. Оказалось, что в первую очередь охлаждение начинается с дистальных частей тела – пальцев рук и ног, с последовательным распространением в проксимальном направлении, а успешное проведение реанимационных мероприятий вызывало согревание частей тела в обратной последовательности.
Таким образом, безусловный интерес представляет собой изучение динамики температуры поверхности тела человека в условиях гипоксии на наиболее термолабильных частях тела, а именно кистях рук.
Цель исследования – изучение динамики температуры поверхности кистей рук здоровых добровольцев при острой гипоксии, вызванной задержкой дыхания.
Материалы и методы исследования
Исследование динамики температуры и инфракрасного излучения 34 здоровых добровольцев было выполнено с помощью тепловизора марки ThermoTracer TH9100XX (NEC, USA) в диапазоне температур +25 – +36 °С в помещении с температурой окружающего воздуха +24 – +25 °С. После рандомизации добровольцы были разделены на две группы: контрольную (n = 17, мужчины 10), средний возраст 25 ± 6 лет, и группу наблюдения (n = 17, мужчины 11), средний возраст 27 ± 5 лет. Критериями исключения здоровых добровольцев из исследования были курение, прекращение приема лекарственных и средств и алкоголя менее чем за 10 дней до исследования. Кроме того, из исследования были исключены добровольцы, которые испытывали чувство температурного дискомфорта, при этом, температура подушечек их пальцев соответствовала температуре помещения.
В качестве объекта исследования динамики температуры и спектра инфракрасного излучения были выбраны пальцы рабочей руки обследуемых, а именно подушечка пальца, имеющая наивысший температурное значение на момент исследования..
Предварительно все обследуемые укладывались в горизонтальное положение – лежа на спине, для исследования выбирали руку пациента с наибольшей пульсацией в ее дистальном отделе, и после 3-х минутного отдыха просили исследуемого из группы наблюдения сделать спокойный выдох и задержать дыхание на максимально возможный период времени. Инфракрасную термоскопию и термометрию ладанной поверхности кистей начинали осуществлять до момента задержки пациентом дыхания и продолжали в течении 5 минут после прекращения апноэ. В контрольной группе задержка дыхания не проводилась, инфракрасный мониторинг осуществляли непрерывно в течении 6 минут.
Статистическая обработка результатов проведена с помощью программы BIOSTAT. Вычисляли среднюю арифметическую (М), ошибку средней арифметической (m), коэффициент достоверности. Степень различий показателей определяли по отношению к исходным показателям, разницу значений считали достоверной при P ≤ 0,05.
План исследований был ранее одобрен этическим Комитетом Ижевской государственной медицинской академии на основании принципов, которые изложены во Всемирной Медицинской Декларации в Хельсинках.
Результаты исследования и их обсуждение
Предварительное проведение инфракрасной термографии показало, что исходные значения температур подушечек пальцев существенно не отличались в обеих группах добровольцев. Так, в контрольной группе значения температур подушечек пальцев находились в диапазоне от + 27,1 до + 35,4 °С, при этом средний показатель температуры в группе составил + 33,0 ± 2,2 °С (n = 17), а в группе наблюдения средний показатель температуры составил + 32,4 ± 3,0 °С (n = 17, P ≤ 0,05), при этом значения температур в этой группе находились в диапазоне + 26,8 до + 35,1 °С.
а 
б 
в
Инфракрасное изображение ладонной поверхности правой кисти здорового добровольца (мужчины) в возрасте 27 лет в диапазоне температур +26–36 °С: а – исходное, б – через 60 секунд после добровольного апноэ, в – через 3 минуты после восстановления дыхания
Результаты инфракрасного мониторинга, полученные в ходе исследования показали, что уже через 15 секунд гипоксии, вызванной добровольным апноэ, происходит остывание подушечек пальцев кистей, а разноцветное изображение подушечек пальцев рук на экране тепловизора в этот момент меняется с многоцветного красно-оранжево-желтл-зеленого на одноцветное синее, в то время как остальные части пальцев и ладони остаются разноцветными. Так средний показатель температуры подушечек пальцев в группе наблюдения перед прекращением добровольного апноэ длительностью 68 ± 15 секунд, составил +30,5 ± 2,4 °С (n = 17, P ≤ 0,05). В то же время средний показатель температуры подушечек пальцев добровольцев в контрольной группе составил + 32,8 ± 2,5 °С (n = 17). При последующем восстановлении спонтанного дыхания у добровольцев в группе наблюдения подушечки их пальцев согревались, достигая через 20–30 секунд исходных значений, после чего поднималась дополнительно еще на 0,5–1,0 °С до среднего показателя температуры в группе 33,2 ± 2,0 °С (n = 17, P ≤ 0,05). Повышение температуры возвращало многоцветность изображения на экране тепловизора, которое на протяжении 5 минут выглядит преимущественно красным, после чего приобретало исходную окраску (рис. 1). Измерения температур подушечек пальцев в контрольной группе не выявило существенных изменений, их средний показатель составил 32,7 ± 2,3 °С (n = 17).
Следовательно, понижение температуры пальцев рук и периферической части ладоней на 0,5–1 °С и изображение их на экране тепловизора в синем цвете свидетельствует о начальной стадии гипоксии и ишемии конечности. Замена синего изображения кистей рук на красно-оранжево-желтое свидетельствует об успешном устранении ишемии и гипоксии. При этом изображение подушечек пальцев становится разноцветным в последнюю очередь.
Выводы
Таким образом, инфракрасная термография поверхности тела человека позволяет бесконтактно и неинвазивно получать информацию об изменениях температуры тела человека. Установлено, что острая гипоксия, возникающая в результате добровольной задержкой дыхания, уже через несколько секунд вызывает снижение температура тела человека, причем, в первую очередь начинают охлаждаться подушечки пальцев, температура которых за время апноэ может снизиться на 0,5–1,5 ?С от исходных значений. Восстановление спонтанного дыхания приводит к повышению температуры вплоть до первоначальных показателей. Данная закономерность может быть использована в разработке технологии оценки эффективности терапии гипоксических состояний.