CHƯƠNG I: BỐI CẢNH HÌNH THÀNH ĐỀ TÀI, MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CHÍNH CỦA LUẬN VĂN 1. Bối cảnh hình thành đề tài Ngày nay việc vận động, tập thể dục thể thao ngày càng được mọi người chú trọng vì rất nhiều những lợi ích mang lại. Bên cạnh những đơn vị có các môi trường đặc thù với tần xuất thường xuyên phải tham gia các bài tập thể lực, huấn luyện cường độ cao, đòi hỏi sức mạnh, sức bền cao như các vận động viên thể thao, các đơn vị quân đội mà ngay những người dân bình thường, tần suất hoạt động thể dục thể thao cũng ghi nhận có sự cải thiện đáng kể trong thời gian gần đây. Do đó, nguy cơ xảy ra các chấn thương là điều khó tránh khỏi.
Đây là những chấn thương xảy ra đột ngột và liên quan tới những tổn thương như gãy, nứt xương, rách cơ hay bầm tím. Những chấn thương này có thể xảy ra khi ngã hay va chạm mạnh với các chướng ngại vật. Các dạng chấn thương cấp tính điển hình gồm có: + Chấn thương cơ hoặc gân, làm cơ hoặc gân bị giãn căng hoặc rách: Chấn thương này dễ gặp thấy ở đùi sau, cơ háng, cơ tứ đầu, cơ bắp chân, cơ lưng và cơ vai. Người bị sẽ cảm giác đau nhức, sưng và khó cử động vùng cơ.
+ Chấn thương dây chằng - thường gọi là “bong gân” - tại vùng mô nối hai hoặc nhiều xương tại một khớp. Khi bong gân, một hoặc nhiều dây chằng bị giãn hoặc bị rách. Sự tổn thương này thường gặp phải khi thực hiện động tác quá sức và ảnh hưởng đến vùng xương khớp. Trong đó, cổ chân là vùng nhạy cảm và dễ xảy ra hiện tượng bong gân làm ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe và khả năng tập luyện.
+ Bong gân mắt cá chân là trường hợp hay gặp nhất, thường xảy ra khi bàn chân quay vào trong làm rách dây chằng phía ngoài mắt cá hoặc làm căng quá mức. + Chấn thương khớp vai: khớp vai là khớp có biên độ vận động lớn nhất cơ thể nên rất dễ bị chấn thương. Chấn thương vùng vai xuất hiện nhiều trong các chấn thương do tập luyện. Hầu hết chấn thương do quá tải hoặc lặp đi lặp lại các động tác ném và đẩy.
1 PHẠM TRẦN THIÊN TÚ LUẬN VĂN THẠC SĨ 2023 + Chấn thương đầu gối với ba loại thường gặp như sau: o Rách dây chằng chéo trước, là dây chằng giữ cho khớp gối được ổn định. Trong tập luyện khi đặt chân xuống mặt đất sai tư thế, dừng lại đột ngột hay đổi hướng quá nhanh có thể khiến dây chằng chéo trước bị rách. Tổn thương dẫn tới việc sưng đau, hạn chế nghiêm trọng quá trình vận động. o Rách dây chằng bên trong khớp gối, là dây chằng liên kết xương đùi và xương chày.
Chấn thương ở đây thường xảy ra trong trường hợp gối bị đẩy quá sang một bên khi di chuyển hoặc khi đầu gối bị va chạm. Chấn thương sẽ gây đau nhức, sưng và mất ổn định khớp gối. Những chấn thương cấp tính nếu không được điều trị kịp thời sẽ khiến cho tình trạng trầm trọng thêm, bệnh nhân lâu phục hồi hơn. Vật lý trị liệu là một phương pháp được sử dụng phổ biến để điều trị tình trạng này, do tính hiệu quả, an toàn, sử dụng các tác nhân vật lý có bản chất tự nhiên, không gây hiệu ứng phụ như dùng thuốc.
Tác nhân vật lý thường được các bác sỹ sử dụng là nhiệt lạnh. Liệu pháp nhiệt lạnh trị liệu, hay còn được gọi là liệu pháp áp lạnh là một kỹ thuật thường được sử dụng trong y học thể thao và vật lý trị liệu để điều trị chấn thương cấp tính và kiểm soát cơn đau[1-4]. Việc áp dụng nhiệt độ lạnh nhằm mục đích giảm nhiệt độ bề mặt da, có thể gây ra một số tác động sinh lý đối với cơ thể, bao gồm giảm tốc độ dẫn truyền thần kinh, lưu lượng máu cục bộ và tốc độ trao đổi chất của tế bào. Những tác dụng này lần lượt làm giảm quá trình viêm, sưng và giúp giảm đau tạm thời ở vùng bị tổn thương.
Rõ ràng có một nhu cầu cần thiết về việc nghiên cứu, phát triển xây dựng thiết bị nhiệt lạnh có phạm vi nhiệt độ thay đổi được trong khoảng 5 – 20oC và có thể kiểm soát được mức nhiệt độ trong suốt thời gian điều trị, đáp ứng cơ chế tương tác sinh học của tác nhân nhiệt lạnh đối với mô sống, và dựa trên cơ sở thực tế điều trị bằng nhiệt lạnh trong nước và trên thế giới. Đó chính là bối cảnh hình thành đề tài của luận văn thạc sĩ này. Mục tiêu và định hướng 2 PHẠM TRẦN THIÊN TÚ LUẬN VĂN THẠC SĨ 2023 Mục đích của nghiên cứu này là phát triển một thiết bị trị liệu áp lạnh tạo điều kiện thuận lợi cho việc điều chỉnh nhiệt độ da thấp để điều trị vật lý trị liệu hiệu quả. Thiết bị sẽ cung cấp khả năng kiểm soát nhiệt độ chính xác và liên tục, có phạm vi nhiệt độ thay đổi được trong khoảng 5 – 20oC và có thể kiểm soát được mức nhiệt độ trong suốt thời gian điều trị đảm bảo dễ sử dụng và mang lại lợi ích điều trị tối đa.
Nhiệm vụ chính của đề tài Để hoàn thành mục tiêu đã đề ra, đề tài cần hoàn thành các nhiệm vụ cơ bản sau: • Tổng quan các vấn đề liên quan đến đề tài o Cơ chế tương tác giữa nhiệt lạnh và cơ thể sống o Các phương thức áp dụng nhiệt lạnh o Các nghiên cứu trong nước và trên thế giới về phương pháp điều trị nhiệt lạnh. • Tiến hành mô phỏng quá trình tương tác của nhiệt lạnh đối với cơ thể dựa trên phương trình nhiệt sinh học và phần mềm mô phỏng. • Tiến hành so sánh kết quả mô phỏng. • Đưa ra kết luận, đánh giá.
3 PHẠM TRẦN THIÊN TÚ LUẬN VĂN THẠC SĨ 2023 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TRỰC TIẾP ĐẾN ĐỀ TÀI 2.1 Cơ chế tương tác giữa nhiệt lạnh và cơ thể 2.1 Hiệu ứng động học của dòng máu Tác dụng của nhiệt lạnh lên dòng máu diễn ra theo hai giai đoạn: đầu tiên là giảm lưu lượng dòng máu, sau đó là tăng lưu lượng máu. • Giai đoạn giảm lưu lượng dòng máu Thông thường, khi tác dụng vật lạnh lên da, nó làm co các mạch máu lại ngay lập tức, và do đó, làm giảm lưu lượng máu. Sự co mạch diễn ra khi thời gian tác dụng nhiệt lạnh ít hơn 15 – 20 phút [5]. Các nghiên cứu chỉ ra rằng nếu tác dụng nhiệt lạnh trong 20 phút, trong đó luân phiên hai lần với thời gian 10 phút tác dụng và 10 phút nghỉ sẽ làm giảm lưu lượng máu nhiều hơn đáng kể so với việc chỉ sử dụng nhiệt lạnh trong 20 phút.
Sự co mạch và giảm lưu lượng máu được quan sát thấy rõ rệt nhất tại khu vực tác dụng, vì nhiệt độ vùng đó bị giảm lớn nhất. Tác nhân nhiệt lạnh gây co mạch theo cả cơ chế trực tiếp và gián tiếp được miêu tả cụ thể qua Hình 2. Cơ chế gây giảm lưu lượng máu do nhiệt lạnh[6]. 4 PHẠM TRẦN THIÊN TÚ LUẬN VĂN THẠC SĨ 2023 Tác nhân nhiệt lạnh kích thích trực tiếp các thụ thể trên da làm cho các cơ trơn ở thành mạch máu co lại.
Mô bị làm lạnh cũng giảm việc sản sinh và giải phóng các chất trung gian gây giãn mạch như histamine và prostaglandins, đồng thời, cũng gây ra phản xạ kích hoạt các thụ thể thần kinh giao cảm, dẫn đến co mạch máu tại vùng da được kích thích và các vùng lân cận [7]. Nhiệt lạnh còn làm giảm tuần hoàn do việc tăng độ nhớt của máu, dẫn đến tăng trở kháng của dòng chảy. Việc giảm lưu lượng máu để đáp ứng với sự giảm nhiệt độ của mô được cho là để bảo vệ các khu vực khác khỏi hiện tượng giảm nhiệt độ quá mức và ổn định thân nhiệt cơ thể [8]. Càng ít máu chảy qua khu vực được làm lạnh thì lượng máu được làm lạnh càng ít, do đó, ít ảnh hưởng đến các vùng khác trong hệ tuần hoàn.
Giảm lưu thông máu cũng làm giảm nhiệt độ tại vùng điều trị do dòng máu ấm ít đi qua, và các vùng khác của cơ thể ít bị giảm nhiệt độ hơn do ít máu lạnh chảy tới [6]. • Giai đoạn tăng lưu lượng máu Đáp ứng co mạch ngay lập tức khi sử dụng tác nhân lạnh là hiện tượng phù hợp và được báo cáo trong nhiều tài liệu. Tuy nhiên, khi sử dụng tác nhân nhiệt lạnh trong thời gian dài, hay khi nhiệt độ của mô giảm xuống dưới 10oC, có thể xảy ra hiện tượng giãn mạch. Hiện tượng này được gọi là cold – induced vasodilation (CIVD) và được báo cáo lần đầu tiên bởi Lewis vào năm 1930 [9].
Ông báo cáo rằng khi ngón tay của một người được ngâm trong bình nước đá, nhiệt độ của họ ban đầu giảm, nhưng sau 15 phút, nhiệt độ lại tăng giảm theo chu kỳ (Hình 2.2), chu kỳ tăng giảm nhiệt độ này tương ứng với chu kỳ giãm mạch và co mạch, gọi là phản ứng Hunting. Phản ứng này được đề xuất là do đáp ứng của sợi trục phản xạ để phản ứng lại với cơn đau do lạnh kéo dài hay khi nhiệt độ xuống thấp, hay được gây ra bởi sự ức chế quá trình co của các cơ trơn thành mạch máu. Việc duy trì hiện tượng giãn mạch không theo chu kỳ cũng được quan sát thấy khi làm lạnh cẳng tay tại nhiệt độ 1oC trong 15 phút [10]. Hiện tượng giãn mạch hầu hết xảy ra với các chi xa như ngón tay hay ngón chân, với quá trình điều trị kéo dài 15 phút ở nhiệt độ dưới 1oC.
Mặc dù hiện tượng giãn mạch là ít, nhưng 5 PHẠM TRẦN THIÊN TÚ LUẬN VĂN THẠC SĨ 2023 trong lâm sàng cần tránh xảy ra hiện tượng này, do đó, nhiệt lạnh thường được sử dụng trong lâm sàng dưới 15 phút, đặc biệt khi điều trị các chi [6]. Phản ứng Hunting. Hiện tượng giãn mạch do lạnh xảy ra khi ngâm ngón tay vào nước đá lạnh, được đo qua sự thay đổi nhiệt độ của ngón tay [9]. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên đường cong phân ly oxy-hemoglobin [11] Mặc dù sự gia tăng vết đỏ của da có thể do CIVD, nhưng hiện tượng này chủ yếu là kết quả của việc tăng nồng độ oxyhemoglobin trong máu do sự suy giảm quá trình phân ly oxy – hemoglobin dưới tác dụng của nhiệt độ thấp [12].
