Отыскание способа оптимизации функционального состояния человека-оператора является одним из главных путей решения проблемы повышения надежности систем «человек-машина». Фактор монотонности трудового процесса, например, водителей транспортных средств, операторов производств конвейерного типа, авиадиспетчеров и т.д., является одной из главных причин, приводящих человека в заторможенное состояние, при котором снижается работоспособность, бдительность, готовность к экстренным действиям.

Исследования показывают:

• 50-60% причин возникновения аварий, сопровождавшихся несчастными случаями, является снижение внимания водителя и сон («микросон»);
• у свыше 75% водителей наблюдается предрасположенность ко сну при управлении автомобилем.

Статистические исследования свидетельствуют, что каждый год в автокатастрофах в мире гибнут 1,2 млн. человек, а около 50 млн. человек получают серьезные травмы.

Одной из главных причин автокатастроф является состояние монотонии, вызываемое однообразием восприятия, когда приходится действовать в условиях одной и той же мало изменяющейся информации; недостаток новой информации порождает у человека так называемый «сенсорный голод» (это езда в условиях однообразной, неинтересной местности, длительное наблюдение за приборными пультами в ожидании появления редкого, но важного сигнала и т.п.), подобная монотония особенно типична для водителей.

При управлении автомобилем в условиях, когда на дороге нет других участников движения, при однообразном ландшафте, водитель быстрее почувствует усталость, чем при управлении автомобилем в условиях интенсивного городского движения. Таким образом, в монотонной обстановке при недостатке информации или вынужденной бездеятельности чувство усталости может возникнуть даже быстрее, чем при активной напряженной работе, хотя объективных признаков утомления при этом еще может и не быть.

Разработанные способы оптимизации функционального состояния центральной нервной системы человека в условиях воздействия фактора монотонности, такие как, функциональная музыка, комплексы физических упражнений, стимуляция биологически активных точек, фармакологические препараты и др., не всегда применимы в реальных условиях трудовой деятельности.

Проведенные клинические исследования показали, что умеренные холодовые воздействия на участки кожи лба человека оказывают активизирующее влияние на функциональное состояние человека в условиях сенсорной и сенсомоторной монотонной деятельности.

Однако, при непрерывной реализации постоянного по температуре охлаждения участка лба вследствие адаптации терморецепторов наблюдается уменьшение психофизиологической эффективности, снижается работоспособность.

Посредством разработанного аппарата “Оптим-Sense” достигается оптимальное сочетание непрерывного охлаждения с наложением термоцикличных или периодических реверсивных тепловых воздействий, обеспечивается максимальная эффективность этих воздействий, посредством реализации термоконтрастности, т.е. когда тепловые очаги на  соседних участках совершаются либо в противофазах, либо по совершенно разным алгоритмам.

Аппарат “Оптим-Sense” состоит из блока программного управления и встроенного в головной убор (кепку) исполнительного элемента в виде 3-х групп полупроводниковых термомодулей. При одевании головного убора обеспечивается тепловой контакт термомодулей с участками кожи лба.

При работе аппарата обеспечиваются 7 вариантов очагов теплового воздействия, при которых могут функционировать либо раздельно каждая из групп термомодулей, либо любая пара групп, либо все группы одновременно.

При этом обеспечивается возможность реализации при любом варианте подключения термомодулей к источнику питания:

• независимая работа термомодулей во всех запрограммированных тепловых режимах;

автоматический переход по предварительно программно выставленному алгоритму с одного режима теплового воздействия на другой;

• поддержание по обратной тепловой связи с сигналами от датчиков температуры значений tстmin и tстmax в режимах нагрева и охлаждения и заданных амплитудных значений температур при работе в термоцикличных и реверсивных режимах;
• корректирование всей совокупности программно задаваемых значений температурно-временных величин, определяющих конкретные параметры реализуемых тепловых процессов индивидуально для каждого человека.

Аппарат “Оптим-Sense” может быть рекомендован для использования авиадиспетчерами, водителями автомобилей различных типов при длительных поездках в однообразных условиях движения, при езде по автострадам, при движении в транспортном потоке с постоянной скоростью.

Головной убор с тепловоздействующим исполнительным элементом следует надеть на голову и включать в том случае, если у человека появляются первые субъективные признаки состояния монотонии (вялость, скука, апатия, ощущение тяжелых век, желание задремать, неустойчивое внимание и т.д.). Когда описанные ощущения исчезают, устройство можно снять, а через некоторое время вновь надеть для поддержания эффективного воздействия.

Длительность и периодичность использования аппарата определяется каждым водителем индивидуально, в зависимости от конкретных условий вождения и проявления состояния монотонии.

Благодаря применению аппарата “Оптим-Sense” достигается повышение длительности состояния активной работоспособности человека путем наложения на нормотермируемые участки кожи лба  перемещающихся по расположению с периодичностью, меняющейся по закону случайных чисел, очагов термоцикличного, реверсивного или термоконтрастного воздействия, что позволяет удлинить периоды высокой тонической эффективности терморецепторов и сводит к минимуму время реадаптации.

Аппарат “Оптим-Sense” не имеет отечественных и зарубежных аналогов; на техническое решение, реализованное в аппарате, получены два патента.

Одним из методов лечения опухолевидных новообразований является осуществление узколокализованного нагрева участка тела человека до температур (43-45)°С. При этом в новообразовании на тканевом уровне наблюдается тромбоз капилляров и нарушение объемной микроциркуляции. На основе этих изменений развивается асептический некроз образования во всем его объеме, постепенное уменьшение его, вплоть до полного исчезновения.

Весьма эффективным является сочетание гипертермии с ионизирующим излучением и с химиотерапией. Применение гипертермии позволяет достигнуть желаемый лечебный результат либо при меньшей дозе ионизирующего излучения, либо при уменьшении химиотерапевтической дозы.

Особым преимуществом гипертермии является значительное снижение болей, улучшение качества жизни, повышение эффективности иммунных реакций.

Как показывают лабораторные и клинические результаты, терапевтический эффект зависит от дозы поглощенной при гипертермии тепловой энергии. При этом результаты разрушения раковых клеток при общей гипертермии, когда обеспечивается равномерное изотермичное тепловое поле по всему телу человека, менее значительны, чем при локальной гипертермии опухолевидного фрагмента при неизотермичном поле и более низкой температуре.

В настоящее время отсутствуют способы и устройства, эффективно решающие задачу реализации гипертермического воздействия, локализованного только в границах опухолевидного фрагмента тела.

Недостатки существующих способов и устройств локального нагрева состоят в следующем:

• весьма сложным является управление потоком тепла, действующим на ограниченную поверхность тела, таким образом, чтобы не нанести ожог;
• при гипертермии в опухолевых клетках всегда повышается концентрация белков тепловогошока, вследствие чего обуславливаемый ими механизм адаптации снижает эффективность термотерапии, может привести к увеличению сопротивляемости воздействию тепла, лекарств и излучения;
• при отсутствии правильной фокусировки теплового потока в фрагменте тела может увеличиться подача кислорода к опухоли, что обусловит ее быстрый рост;
• неправильная фокусировка может увеличить риск отмирания здоровой ткани, граничащей с опухолевидной, и сделать более интенсивным формирование метастазов.

В АО «Удел» разработаны термоцикличные аппараты и методика реализации реверсивных тепловых воздействий, позволяющие локализовать гипертермическое воздействие только в границах фрагмента опухолевидного новообразования, обеспечивая длительно поддержание его температуры в диапазоне (43÷44)°С < tфр < tбол.порог.

Применение разработанных аппаратов позволяет обеспечивать одновременно как циклы гипертермических узколокализованных воздействий, так и оптимальную методику реализации криодеструкции в многократно повторяющейся схеме «замораживание-оттаивание», четко спрогнозировать линию некроза, т.е. границу необратимого криоповреждения, совпадающую с демаркационной поверхностью между пораженной и здоровыми тканями.

Разработанные аппараты обеспечивают:

• возможность измерения и отображения в цифровом виде температуры криоаппликатора во время проведения криовоздействия;
• возможность вносить коррективы в процесс в зависимости от объективных характеристик охлаждения ткани;

• возможность реализации без использования жидкого азота любой температуры криовоздействия в диапазоне +40°С÷минус 120°С;
• автоматическое управление процессами криовоздействия – замораживания и оттаивания;
• осуществление криовоздействия по заранее разработанной программе;
• воспроизводимость и индикацию всех необходимых параметров криовоздействия;
• задание и отсчет времени криовоздействия;
• поочередную периодическую реализацию без отрыва аппликатора от фрагмента комбинированных режимов теплового воздействия: узколокализованного гипертермического и криовоздействия.

В настоящее время термоэстезиометрические
исследования температурной чувствительности отдельных участков кожного покрова человека, в частности, определение поверхностной плотности
терморецепторов, в медицине практически не проводятся, являя собой
незаслуженно забытое научное направление.

В ряде работ, проведенных в 50-80-х годах
прошлого века показано, что термоэстезиометрические исследования функциональной мобильности терморецепторов позволяют выяснить патолого-физиологические механизмы ряда заболеваний, проводить дифференциальную диагностику, назначать патогенетически обоснованную терапию и судить об эффективности лечения.

Показано, что функциональная мобильность терморецепторов, характеризующаяся высокой скоростью реагирования на различные раздражители, обусловленные физическими и химическими
факторами, определяемая их связью ЦНС, нарушается раньше, чем развиваются клинически выраженные изменения. Поэтому выявление критериальных значений показателей температурной чувствительности участка кожного покрова человека имеет определенный диагностический
смысл.

Однако, отсутствие соответствующего аппаратурного обеспечения является главным препятствием на пути применения перспективного метода термоэстезиометрии в медицинской
практике на стадиях ранней диагностики различных патологических состояний, в том числе для анализа изменения психофизиологического состояния человека вследствие употребления наркотиков.

Существующие в настоящее время
термоэстезиометры технически весьма примитивны, не соответствуют
современным требованиям, предъявляемым к изделиям медицинской техники.

В АО «Удел» выполнены разработки
термоэстезиометрических аппаратов, не имеющих отечественных и зарубежных
аналогов, предназначенных для проведения ранней диагностики
патологических состояний, принцип работы которых основывается на созданном сравнительном методе оценки качества нервных связей между ЦНС и периферийными рецепторами посредством определения показателей функциональной мобилизации тепловых и холодовых рецепторов и их сравнения со статически установленными значениями.

Разработан принципиально новый аппарат «Термоэстезиометр», в котором в качестве генератора реверсивных точечных тепловых воздействий используется полупроводниковый термомодуль,
реализующий эффект Пельтье, задание и контроль температуры зонда осуществляется посредством микропроцессорного блока, а подсчет количества выявленных мобилизованных тепловых и холодовых рецепторов осуществляется посредством фиксирования субъективной реакции пациента на точечные тепловые воздействия и регистрации на электронном счетчике.

Конструктивно аппарат состоит из блока питания и управления, исполнительного элемента на базе
полупроводникового термомодуля, реализующего эффект Пельтье, управляемого самим пациентом, блока генерирования холодовых или тепловых точечных импульсов на различных участках кожи человека.

Разработанные экспресс-диагностические термоэстезиометрические аппараты нового поколения обеспечивают возможность:

• выявления на ранней стадии посредством измерения локальной температурнойчувствительности в области диагностических проекционных зон, например, в области молочных желез, клинически выраженных патологических изменений внутренних органов для назначения  патогенетически обоснованной терапии;

• контроля эффективности и результатов осуществления самых разных методов терапевтического воздействия;
• выявления на ранней стадии первичных очагов функционального нарушения, развития патологических процессов при отсутствии клинических проявлений заболевания, оценки характера патологии с использованием экспертных систем;

передачу информации от аппарата ЭДА на блок компьютерной обработки генерируемых биоэлектрических сигналов, их сравнение по величине со статистически выявленными аналогичными значениями для эталонных процессов (здоровья, патологически измененные ткани, инфекционные агенты) и выявление патологического процесса или на ранней стадии тенденцию к его возникновению.

Предварительные испытания, проведенные с участием представителей НИИ нормальной физиологии им. П.К. Анохина РАМН, показали возможность разработки модификации термоэстезиометрической аппаратуры для предварительного тестирования на наркотики большого
контингента лиц, проходящих обследования.