20.500.12556/RUL-181317 Fizikalni vidiki učinkovitosti toplotne terapije na termolabilen strup morskih organizmov Physical aspects of heat therapy effectiveness on thermolabile venom from marine organisms Strupi morskih organizmov lahko povzročajo nociceptične, vnetne kot tudi nekrotične poškodbe tkiva. Pri tem se je za zdravljenje uveljavila toplotna terapija s potopitvijo prizadetega predela v vroči vodi (angl. hot water immersion, HWI). Mehanizem delovanja terapije ni znanstveno potrjen; kot večinsko mnenje pa se navaja denaturacija strupa. Na podlagi uveljavljenih biotoplotnih modelov smo v sklopu te raziskave fizikalno ovrednotili teorijo denaturacije proteinov kot mehanizem delovanja toplotne terapije. Prenos toplote v človeškem udu smo opisali s Pennsovo enačbo, kjer smo rezultate numeričnega reševanja potrdili z ujemanjem analitične rešitve ter simulacijami v programu Ansys, kjer so rezultati numeričnega reševanja znotraj pasu ±0,9 min. Model v temperaturnem obsegu 40°C–46°C v časovnem obsegu do 180 min ne napoveduje nastanka globokih dermalnih opeklinskih ran, medtem ko se nad 47°C varen okvir eksponentno zmanjšuje. Pri Tv = 46°C so predvideni časi denaturacije med 4,1 min–5,2 min (laceracije), 4,1 min–51,8 min (srednje globoke poškodbe) in 6,2 min–76,9 min (vbod do kosti), odvisno od anatomskega predela poškodbe. S parametrično analizo smo analizirali vpliv različnih parametrov. Perfuzija podaljša čas denaturacije, njen vpliv pa zmanjšajo vazokonstriktivne komponente strupa. Pri upoštevanju 50 % zmanjšanja, je podaljšanje td med 3,0 % (laceracije) in 31,9 % (vbod do kosti). Čas nastanka opeklinskih ran je odvisen od uporabljenih vrednosti kinetičnih parametrov škodne funkcije, kjer je razpon nastanka globokih dermalnih opeklinskih ran pri Tv = 47°C med 46,0 min (Stoll) in 141,4 min (Henriques). Nastanek opeklinskih ran je za med 4,3 % (prst, 47°C) in 15,7 % (podplat, 50°C) hitrejši pri poraščeni koži, ki pa ima zaradi svoje sestave zmožnost samoceljenja. Študija dokazuje, da je z uporabo HWI fizikalno mogoče doseči razgradnjo beljakovin v strupu pred nastankom globokih dermalnih opeklinskih ran, s čimer potrjuje biofizikalno verjetnost predlaganega mehanizma delovanja terapije. Marine envenomations can cause nociceptive, inflammatory, and necrotic tissue injuries. For treatment, hot water immersion (HWI) has become established. The mechanism of action of such therapy has not been scientifically confirmed; however, prevailing opinion attributes it to venom denaturation. Using established bioheat models, we evaluated the theory of protein denaturation as HWI’s mechanism of action. Heat transfer in a human limb was described using the Pennes equation, where the results of the numerical solution were validated by agreement with the analytical solution and with simulations in Ansys; all numerical results were within a ±0,9 min range. Within the temperature range of 40°C–46°C and for exposure times up to 180 min, the model does not predict the occurrence of deep dermal burns, whereas above 47°C, the safe window decreases exponentially. At Tv = 46°C, the predicted denaturation times are 4,1 min–5,2 min (lacerations), 4,1 min–51,8 min (moderately deep injuries), and 6,2 min–76,9 min (puncture to the bone), depending on the anatomical location. Parametric analysis showed that perfusion prolongs the denaturation time but vasoconstrictive venom components lower it; assuming a 50 % reduction in perfusion, the increase in td ranges from 3,0 % (lacerations) to 31,9 % (puncture to the bone). Burn formation time depends on the values of the kinetic parameters used; at Tv = 47°C, the predicted onset of deep dermal burns ranges from 46,0 min (Stoll) to 141,4 min (Henriques). Burn formation is from 4,3 % (finger, 47°C) to 15,7 % faster (sole, 50°C) in hairy compared to glabrous skin. The study shows that, with the use of HWI, it is physically possible to achieve protein denaturation in venom before deep dermal burns form. This confirms the biophysical plausibility of the proposed mechanism of action of HWI therapy. HWI toplotna terapija Pennesova biotoplotna enačba Arrheniusova enačba denaturacija strupa termične poškodbe strupeni morski organizmi HWI heat therapy Pennes bioheat equation Arrhenius equation venom denaturation thermal injuries marine envenomation true false false Slovenski jezik Angleški jezik Magistrsko delo/naloga 2026-04-01 08:15:08 2026-04-01 08:15:25 2026-04-02 11:01:44 0000-00-00 00:00:00 2026 0 0 0000-00-00 NiDoloceno NiDoloceno NiDoloceno 0000-00-00 0000-00-00 0000-00-00 159614 273998851 21358.pdf 21358.pdf 1 9DE63881647CFA4D366A0585F76259B5 de3e1321d6a52d72d748b34170f8fd824e227845b512279468d467f14017ed4b 09a02f65-2d92-11f1-b0ab-0050569b8976 https://repozitorij.uni-lj.si/Dokument.php?lang=slv&id=231675 Fakulteta za matematiko in fiziko 0 0 0