Study of local cryotherapy methods for the knee joint

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

BACKGROUND: A promising method for treating musculoskeletal disorders to alleviate symptoms and promote recovery is local cryotherapy (LC). Proper control and regulation of the procedure enable safe interventions with predictable therapeutic effects for various locations.

AIMS: This study aims to identify measurable physical criteria for the effectiveness of the LC procedure and the dosing characteristics and to compare and analyze the capabilities of various methods.

MATERIALS AND METHODS: The experiment involved 16 volunteers who were randomized into 4 groups. The first and second groups underwent LC using ice bags for 20 min with a cooling agent consisting of an ice and water mixture and a 23.1% sodium chloride solution. The third and fourth groups underwent nitrogen (for 3 min) and air (for 20 min) LC, respectively. During the experiment, the skin temperature was measured using a temperature sensor and thermal imaging camera.

RESULTS: The lowest value of the minimum final temperature after cooling was recorded with liquid nitrogen vapor as equal to 0.88 ± 1.75 ℃. The minimum area of the work zone was 33.7 ± 7.1 cm2. When cooled with an ice bag with water and ice, the most uniform distribution of the temperature field among the investigated cases was observed, with the highest values of the minimum final temperature (i.e., 6.43 ± 0.90 ℃) and minimum area of the work zone (i.e., 135.2 ± 34.6 cm2) among the investigated methods.

CONCLUSIONS: The main physical criteria for the effectiveness of LC are identified as temperature and the dynamics of its changes on the surface of the object of exposure. A dosing characteristic, i.e., the area of the work zone, was proposed and evaluated. In the area of the work zone, the target temperature is achieved. Based on the main physical criteria, the three main cooling methods are compared. These methods achieve the target result in different ways. The easiest to use and prepare are contact methods using ice bags. Air cooling in the investigated mode is more easily tolerated by the subjects, and in terms of the physical criteria, it is equivalent to contact methods. Cooling with nitrogen vapor leads to the fastest achievement of the target temperature on the surface and the least cooling of internal tissues; therefore, cooling deep into the biological tissue is limited.

作者简介

Aleksandr Pushkarev

Bauman Moscow State Technical University; Federal State Budgetary Educational Institution of Further Professional Education «Russian Medical Academy of Continuous Professional Education» of the Ministry of Healthcare of the Russian Federation

编辑信件的主要联系方式.
Email: pushkarev@bmstu.ru
ORCID iD: 0000-0002-1737-7838
SPIN 代码: 5796-8324

Leading Engineer, Cand. Sci. (Tech.)

俄罗斯联邦, Moscow; Moscow

Natalia Saakyan

Bauman Moscow State Technical University

Email: natali.saakyan@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6799-5450
SPIN 代码: 4390-3138

Student

俄罗斯联邦, Moscow

Antonina Butorina

Russian National Research Medical University

Email: avbutorina@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-8465-0593
SPIN 代码: 8832-1995

Dr. Sci. (Med.), Professor

俄罗斯联邦, Moscow

参考

  1. Rosstat. Healthcare in Russia: stat. sat. Moscow: 2021;3–46:171. (In Russ).
  2. Saakyan NY, Pushkarev AV. Local cryotherapy investigation on the biotissue phantom. Refrigeration Technology. 2022;111(3):181–188. (In Russ.). doi: 10.17816/RF112350
  3. Jill A, Selfe J, Rhodes D, et. al. Mapping knee skin surface sensitivity and temperature following cryotherapy. J. Quant. Res. Rehabil. Med. 2019; 2:1–5.
  4. Burenina IA. Modern methods of cryotherapy in clinical practice. The Bulletin of Contemporary Clinical Medicine. 2014;7(1):57–61. (In Russ).
  5. Volotovskaya AV, Koltovich GK, Kozlovskaya LY, et al. Cryotherapy: educational and methodical manual for doctors. Minsk: BelMAPO; 2010. (In Russ).
  6. Kang JI, Kim YN, Choi H. Effects of Low-intensity Pulsed Ultrasound and Cryotherapy on Recovery of Joint Function and C-reactive Protein Levels in Patients after Total Knee Replacement Surgery. Journal of physical therapy science. 2014;26(7):1033–1036. doi: 10.1589/jpts.26.1033
  7. Holwerda SW, Trowbridge CA, Womochel KS, Keller DM. Effects of cold modality application with static and intermittent pneumatic compression on tissue temperature and systemic cardiovascular responses. Sports health. 2013;5(1):27–33. doi: 10.1177/1941738112450863
  8. Kim JS, Mettler J, McCurdy K, Kim KM. Effects of Focal Knee Joint Cooling on Static and Dynamic Strength of the Quadriceps: Innovative Approach to Muscle Conditioning. International Journal of Environmental Research and Public Health. 2021;18(9):4890. doi: 10.3390/ijerph18094890
  9. Furmanek MP, Słomka KJ, Sobiesiak A, et. al. The Effects of Cryotherapy on Knee Joint Position Sense and Force Production Sense in Healthy Individuals. Journal of human kinetics. 2018;61:39–51. doi: 10.1515/hukin-2017-0106
  10. Kulchitskaya DB, Fesyun AD, Samoilov AS, Kolbakhova SN. The Physical Factors Application in Rehabilitation Programs for Patients after Total Knee Replacement. Bulletin of Rehabilitation Medicine. 2022;21(2):46–52. (In Russ). doi: 10.38025/2078-1962-2022-21-2-46-52
  11. Bogolyubov VM, editor. Technique of physiotherapy procedures. Moscow: BINOM; 2015. (In Russ.).
  12. Saakyan NY, Pushkarev AV. Target temperature of local cryotherapy. Refrigeration Technology. 2022;111(4). (In Russ). doi: 10.17816/RF114722
  13. Razumov AN, Grigoryeva VD, Dashina TA. Air cryotherapy in the rehabilitative treatment of patients with osteoarthritis and rheumatic diseases of soft tissues: Guide for Physicians. Moscow: 2004. (In Russ.).
  14. Chesterton LS, Foster NE, Ross L. Skin temperature response to cryotherapy. Archives of physical medicine and rehabilitation. 2002;83(4):543–549. doi: 10.1053/apmr.2002.30926
  15. Bychkov EG, Chrapova KI, Kovalev AA, et. al. Development of a device for local cryotherapy LACT-1000. Problems of ship armament and vessel radioelectronic equipment development. 2015; 4:178–186. (In Russ).
  16. Ostrowski J. Effectiveness of Salted Ice Bag Versus Cryo-Compression on Decreasing Intramuscular and Skin Temperature. Journal of Sport Rehabilitation. 2017;28(2):1–22. doi: 10.1123/jsr.2017-0173

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
2. Fig. 1. Experimental module for nitrogen LC.

下载 (115KB)
3. Fig. 2. Thermogram of the knee joint with the selected temperature range below 10 ℃ after local cryotherapy (LC) with: (a) ice bag with ice and water mixture; (b) ice bag with 23.1% sodium chloride solution; (c) nitrogen; and (d) air.

下载 (390KB)
4. Fig. 3. Temperature change on the skin surface at the center of the patella during LC of the knee joint.

下载 (130KB)

版权所有 © Eco-Vector, 2023

Creative Commons License
此作品已接受知识共享署名-非商业性使用-禁止演绎 4.0国际许可协议的许可。

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».