Ứng dụng kỹ thuật lạnh trong y tế và sinh học Cryo

Kỹ thuật lạnh, hay kỹ thuật cryo, trong y tế và sinh học là một lĩnh vực quan trọng và đang ngày càng phát triển. Dưới đây là một số ứng dụng chính của kỹ thuật lạnh trong các lĩnh vực này:

Ứng dụng trong y tế

Các ứng dụng của kỹ thuật lạnh trong y tế rất phong phú, từ việc điều hòa trong các bệnh viện, bảo quản thuốc trong các buồng lạnh, đến bảo quản các bộ phận cơ thể.

Bảo quản máu và các bộ phận cấy ghép

Ngày nay, trong các bệnh viện nhu cầu về máu rất cao. Máu được bảo quản trong các tủ lạnh có nhiệt độ 4℃. Tuy nhiên thời gian bảo quản bị hạn chế chỉ trong vài tuần lễ, sau đó bắt đầu quá trình tan rã hồng cầu (quá trình hemolyse). Để bảo quản lâu vài tháng cần tách plasma khỏi hồng cầu.

Các bộ phận xương dùng cấy ghép cần duy trì trong tủ lạnh nhiệt độ thấp, nhiệt độ bảo quản càng thấp thời gian bảo quản càng lâu. Ở nhiệt độ 2 đến 4℃ thời gian bảo quản từ một đến hai tuần, ở nhiệt độ -18℃ có thể giữ được trong 6 tuần. Hiện nay người ta bảo quản xương, các bộ phận cấy ghép ở -70℃.

Các bộ phận cấy ghép có thể được bảo quản bằng phương pháp sấy thăng hoa. Như vậy, không cần bảo quản và vận chuyển lạnh. Phương pháp sấy thăng hoa giữ vị trí quan trọng trong kỹ thuật bảo quản các bộ phận cấy ghép lên cơ thể.

Ngày nay, thế giới đang phát triển mạnh ngành vi phẫu thuật, để giải quyết tốt hàng loạt các ca phức tạp như ghép dây thần kinh, ghép nối các mạch máu, can thiệp trực tiếp vào các túi phồng mạch máu não, nối các mạch máu da đầu và mạng lưới huyết quản nuôi dưỡng não, tái lập sự lưu thông của hệ thống động mạch vành tim v.v… thì việc bảo quản sẵn sàng các phẩm vật sinh học để kịp thời thay thế là một nhu cầu rất cấp thiết.

Một số thuốc quý đòi hỏi phải bảo quản ở nhiệt độ từ -15℃ đến -25℃ hoặc phải dùng kho lạnh bảo quản thuốc, ví dụ như cao gan, sữa ong chúa, các loại thuốc kháng sinh, vv.. Hầu hết các thuốc còn lại cần phải bảo quản trong điều kiện nhiệt độ thấp.

Hạ thân nhiệt nhân tạo

Trong y tế sử dụng lạnh trong phẫu thuật với mục đích chủ yếu sau:

• Làm lạnh cục bộ tại nơi phẫu thuật để gây tê, giảm đau cho bệnh nhân.
• Giảm trao đổi chất để ngừng vòng tuần hoàn máu khi phẫu thuật.
• Gây ngủ nhân tạo, để phẫu thuật.
• Ướp xác chết phục vụ khám, xét nghiệm tử thi hoặc chờ mai táng.

Trong các khoa răng hàm mặt người ta sử dụng các dao mổ lạnh chuyên dùng, có tác dụng làm giảm đau khi nhổ răng. Trong khoa mắt người ta sử dụng kỹ thuật lạnh đông để lấy thuỷ tinh thể bị đục ra khỏi mắt do vậy hiệu quả chữa bệnh nâng lên rất cao.

Đối với các bệnh nhân ung thư, người ta dùng N₂ lỏng đạt nhiệt độ -196℃ bơm bào khối ung thư để diệt những mô ung thư ở đó và loại trừ hoàn toàn khả năng lan truyền của tế bào ung thư trong cơ thể. Dùng những dụng cụ âm sâu cho phép khử những u ác tính ở những vị trí khó phẩu thuật của cơ thể, loại trừ khả năng di căn, hạn chế đau đớn.

Một số động vật có giấc ngủ đông trong khoảng thời gian rất lâu mà vẫn duy trì được sự sống. Muốn vậy động vật thường hạ thân nhiệt xuống nhiệt độ khá thấp, xấp xỉ nhiệt độ môi trường để giảm trao đổi chất trong cơ thể.

Con người nếu được giảm thân nhiệt nhân tạo, sự trao đổi chất trong cơ thể giảm xuống đáng kể, nhịp đập của tim giảm xuống. Giảm trao đổi chất trong cơ thể và qua đó giảm tiêu hao oxy là rất cần thiết trong khi mổ tim. Trong suốt quá trình mổ tim, vòng tuần hoàn máu phải ngừng hoạt động nhưng không được gây ra bất kỳ tổn hại nào. Ngay ở nhiệt độ cơ thể 28℃ có thể dừng tuần hoàn máu trong thời gian 8 phút để tiến hành mổ tim.

Để làm lạnh (hạ thân nhiệt) một bệnh nhân đã gây mê có thể tiến hành theo nhiều cách, ví dụ như nhúng vào hỗn hợp nước và nước đá hoặc quấn quanh thân một tấm mền lạnh. Bệnh nhân được đặt trong một khoang nhỏ có gió lạnh lưu thông, khoang được làm bằng chất dẻo trong suốt, bên dưới bố trí dàn lạnh và quạt gió. Không khí được làm lạnh xuống 4℃ ở cửa vào. Nhiệt độ gió có thể điều chỉnh xuống -2℃.

Ngoài ra, để hạ thân nhiệt người ta còn sử dụng phương pháp bức xạ, bằng cách đặt bệnh nhân vào trong một chiếc hộp, bề mặt xung quanh hộp được làm lạnh sâu bằng polyêtylen. Nhiệt bức xạ từ cơ thể được bề mặt lạnh hấp thụ, nhưng giảm thành phần tổn thất lạnh do đối lưu và hiện tượng ngưng tụ.

Trong các ca mổ khó khăn đòi hỏi thời gian mổ kéo dài, nhiệt độ thân nhiệt đòi hỏi hạ thấp hơn nhiều. Tuy nhiên khi hạ nhiệt độ xuống thấp 28 đến 26℃ có nhiều nguy cơ không thể đưa tim hoạt động trở lại được. Vì vậy người ta sử dụng phương pháp khác. Trong trường hợp này người ta sử dụng phương pháp làm lạnh riêng vòng tuần hoàn máu. Máu được đưa vào ống xoắn đặt trong dung dịch chất lỏng lạnh và được một bơm máu (thay chức năng của tim) bơm tuần hoàn như bình thường. Tim được đưa ra khỏi vòng tuần hoàn để mổ.

Bằng phương pháp này, người ta có thể đưa thân nhiệt xuống đến 13℃ thậm chí thấp hơn. Tốc độ làm lạnh phù hợp được ghi nhận là 1K/phút. Làm lạnh máu được tiến hành gián tiếp qua nước lạnh để đề phòng trường hợp nhiệt độ máu giảm xuống 2℃. Nước lạnh được sản xuất trong máy làm lạnh nước có phủ băng để giữ nhiệt độ không đổi khi chảy vào bình làm lạnh máu. Trong quá trình làm ấm sau khi mổ nước nóng có nhiệt độ 42℃ được cho chảy vào bình trao đổi nhiệt để làm ấm máu.

Kỹ thuật cryô

Kỹ thuật lạnh ngày càng đóng vai trò quan trọng trong nông, lâm nghiệp, sinh học, vi sinh vv… Kỹ thuật lạnh thâm độ còn gọi là kỹ thuật cryô (-80 đến – 196℃) đã hỗ trợ đắc lực cho việc lai tạo giống, bảo quản tinh đông, gây đột biến hoặc các kỹ thuật khác trong lai tạo giống. Nhờ kỹ thuật cryô mà từ một con bò đực người ta đã có thể thụ tinh cho hàng vạn con cái khác nhau, ngay cả sau khi đã chết hàng chục năm.

Ở Mỹ hiện nay có hàng chục bệnh nhân bị các chứng bệnh nan y đang được ướp sống chờ đến khi con người có khả năng chữa trị căn bệnh đó từ người bệnh, người ta sẽ phục hồi lại và bệnh nhân có thể sống lại được. Nếu thành công có thể ngừng cuộc sống trong một thời gian nhất định.

Tuy nhiên, hiện nay vẫn còn vấn đề kỹ thuật chưa giải quyết được, đó là tế bào thần kinh của các động vật máu nóng không thích hợp với môi trường lạnh nên nếu xác ướp được làm sống lại được thì tâm tư tình cảm sẽ hoàn toàn thay đổi. Đây là nguyên nhân hạn chế sự phát triển của kỹ thuật ướp xác sống bằng lạnh sâu.

Cùng chủ đề:

Ứng dụng kỹ thuật lạnh trong điều hòa không khí Ứng dụng kỹ thuật lạnh trong sản xuất bia – nước ngọt Ứng dụng kỹ thuật lạnh trong công nghiệp hóa chất