Ядерные, лазерные, плазменные, цифровые нанотехнологии в арктической биомедицине

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИФИ»








                ЯДЕРНЫЕ, ЛАЗЕРНЫЕ, ПЛАЗМЕННЫЕ, ЦИФРОВЫЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ В АРКТИЧЕСКОЙ БИОМЕДИЦИНЕ





Монография



Под общей редакцией доктора экономических наук, профессора В.А. Тупчиенко










Москва 2024

УДК 6
ББК 58
   Я34


РЕЦЕНЗЕНТЫ:
Юрий Николаевич Казаков, доктор медицинских наук, профессор, академик Российской академии социальных наук (РАСН);
Алексей Николаевич Бойко, доктор экономических наук, профессор Финансового университета при Правительстве РФ.

АВТОРСКИЙ КОЛЛЕКТИВ:
Виталий Алексеевич Тупчиенко, Александр Валентинович Путилов, Силенко Аркадий Николаевич, Евгений Анатольевич Савеличев, Анна Николаевна Шевченко, Владимир Павлович Минаев





         Ядерные, лазерные, плазменные, цифровые нанотехнологии в Я34 арктической биомедицине: Монография / Под общ. ред. д.э.н., проф. В.А. Тупчиенко. - 2-е изд., стереотип. - М.: Издательство «Научный консультант», 2024. - 296 с.


          ISBN 978-5-907477-39-1



      Впервые на арктическую медицину в литературе обращен взгляд не только биологов и медиков, но и инженеров и экономистов. Монография подготовлена авторским коллективом ведущих теоретиков и практиков России под руководством профессора В.А.Тупчиенко. Представленные материалы посвящены изучению вопросов арктической биомедицины, таким как ядерным, лазерным, плазменным и цифровым нанотехнологиям, которые являются в настоящее время очень важными для реализации программ, поставленных правительством страны.
      Монография может быть использована в качестве учебного пособия для студентов магистратуры по направлениям подготовки: «системный анализ и управление» (27.04.03), «экономика» (38.04.01), «менеджмент» (38.04.02), «бизнес-информатика» (38.04.05).



УДК 6
                                                  ББК 58



ISBN 978-5-907477-39-1

                      © Коллектив авторов, 2022
                      © В.А. Тупчиенко, 2022
                                               © Оформление. Издательство «Научный

консультант», 2022

            СОДЕРЖАНИЕ



ПРЕДИСЛОВИЕ .................................... 6
РАЗДЕЛ 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПРИМЕНЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В АРКТИЧЕСКОЙ
БИОМЕДИЦИНЕ
ВВЕДЕНИЕ ...................................... 11
ГЛАВА 1. МЕДИЦИНСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ В ВЫСОКИХ
ШИРОТАХ АРКТИКИ ............................... 18
ГЛАВА 2. АРКТИЧЕСКАЯ ТЕЛЕМЕДИЦИНА ............. 41
ГЛАВА 3. ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ
В АРКТИЧЕСКОЙ МЕДИЦИНЕ ...................... 54
ГЛАВА 4. ЛАЗЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
В АРКТИЧЕСКОЙ БИОМЕДИЦИНЕ ................... 62
ГЛАВА 5. ПЛАЗМЕННЫЕ МЕДИЦИНСКИЕ
БИОТЕХНОЛОГИИ В АРКТИКЕ ........................77
ГЛАВА 6. ЯДЕРНАЯ БИОМЕДИЦИНА
В ВЫСОКИХ ШИРОТАХ АРКТИКИ ..................... 85
ГЛАВА 7. ЦИФРОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ДИАГНОСТИКЕ
И ЛЕЧЕНИИ РАЗЛИЧНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ ............... 91
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО РАЗДЕЛУ 1 ....................... 97
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ .............. 98
РАЗДЕЛ 2. СОВРЕМЕННЫЕ МЕДИЦИНСКИЕ
НАНОТЕХНОЛОГИИ В ВЫСОКИХ ШИРОТАХ АРКТИКИ
ВВЕДЕНИЕ ..................................... 106
ГЛАВА 8. ВЛИЯНИЕ АРКТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
НА ЧЕЛОВЕКА И АРКТИЧЕСКАЯ БИОМЕДИЦИНА ........ 110
ГЛАВА 9. ТЕХНОЛОГИИ ЯДЕРНОЙ МЕДИЦИНЫ ......... 115
 Теоритические основы и виды ядерной медицины. 115
 Основы радионуклидной диагностики ........... 116
 Радиофармацевтические препараты (РФП) ....... 117
 Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) ..... 120
 Лучевая терапия ..............................125
 Радионуклидная терапия ...................... 131
 Радиоиммунотерапия .......................... 135

3

ГЛАВА 10. ПРИМЕНЕНИЕ НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
В ДЕРМАТОЛОГИИ И КОСМЕТОЛОГИИ В УСЛОВИЯХ АРКТИКИ ....................................... 137
 Применение низкоинтенсивного лазерного излучения (НИЛИ)  140
 Применение высокоинтенсивного лазерного излучения (ВИЛИ) ..............................143
 Плазменные технологии в дерматологии ...........147
ГЛАВА 11. ЛЕЧЕНИЕ ХРОНИЧЕСКИХ КОЖНЫХ
ЗАБОЛЕВАНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЛАЗЕРНЫХ И ПЛАЗМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ....................... 155
ГЛАВА 12. ДЕРМАТООНКОЛОГИЯ В АРКТИЧЕСКОЙ БИОМЕДИЦИНЕ ................................... 178
 Доброкачественные опухоли кожи ............... 179
 Злокачественные опухоли кожи ..................181
ГЛАВА 13. ТЕХНОЛОГИИ БИОМЕДИЦИНЫ .............. 190
 Тканевая инженерия ........................... 193
 3D - печать....................................197
ГЛАВА 14. РАЗВИТИЕ ЦИФРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
В АРКТИЧЕСКОЙ БИОМЕДИЦИНЕ ..................... 203
 Искусственный интеллект ...................... 204
 Эволюция дерматоскопии ....................... 212
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО РАЗДЕЛУ 2 ........................216
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ................221

РАЗДЕЛ 3. ЛАЗЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ЛЕЧЕНИИ РАЗЛИЧНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ

ВВЕДЕНИЕ .......................................225
ГЛАВА 15. ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ЛАЗЕРОВ .................................227
 Свет ..........................................227
 Спонтанное и вынужденное излучение ............228
 Инверсная населенность. Накачка ...............229
 Положительная обратная связь. Оптический резонатор. Первый лазер ..................................231
 Основные свойства лазерного излучения .........232
ГЛАВА 16. ТИПЫ ЛАЗЕРНЫХ УСТРОЙСТВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В МЕДИЦИНСКОЙ АППАРАТУРЕ ..........234
 Твердотельные лазеры ..........................234

4

 Газовые лазеры. СО₂-лазеры. Накачка постоянным током
  и СВЧ-накачка. Лазеры на парах металлов. Эксимерные лазеры ....................................235
 Полупроводниковые лазеры..............................239
 Волоконные лазеры ....................................241
 Лазерные устройства на основе нелинейной оптики ......244
ГЛАВА 17. СПОСОБЫ ДОСТАВКИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ .............................................246
ГЛАВА 18. ОСОБЕННОСТИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЛАЗЕРНОГО
ИЗЛУЧЕНИЯ НА БИОТКАНИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИХ В БИОМЕДИЦИНСКИХ ТЕХНОЛОГИЯХ .......................249
 Классификация медицинских применений лазеров ........249
 Низкоинтенсивная лазерное излучение ..................253
 Фотодинамический эффект ..............................254
 Тепловые эффекты при воздействии лазерного излучения .255
  Особенности воздействия лазерного излучения в жидкой среде........................................260
ГЛАВА 19. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
В РАЗЛИЧНЫХ ОБЛАСТЯХ МЕДИЦИНЫ .........................263
 Низкоинтенсивная лазерная терапия ....................263
 Использование лазерных технологий в онкологии ........264
 Применение лазеров в кардиологии .....................267
 Лазеры в лечении сосудистой патологии ................268
  Использование лазерного излучения в дермато-косметологии ...............................270
 Применение лазеров в оториноларингологии .............272
 Использование лазерного излучения в стоматологии .....273
 Лазеры в лечении опорно-двигательного аппарата .......275
  Использование лазерного излучения в эндоскопических абдоминальных и пульманологических операциях .........277
 Применение лазерного излучения в гинекологии .........277
  Использование лазерного излучения для лечения геморроя и урологической хирургии ...............................278
 Лазерные технологии в лечении туберкулеза ............280
 Использование лазерных технологий в офтальмологии ....281
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО РАЗДЕЛУ 3 ...............................285
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ......................287

5

        ПРЕДИСЛОВИЕ



     Перспективы развития Арктики и, прежде всего, Северного морского пути как главной российской ледовой морской трассы -задача поставленная руководством страны перед Госкорпорацией «Росатом». Эта проблема широко обсуждается, в частности она станет одной из главных тем предстоящего в Санкт-Петербурге V Международного арктического форума «Арктика - территория диалога». Президентом России В.В. Путиным поставлена задача довести грузооборот по Севморпути до 80 миллионов тонн к 2024 году. Для достижения этой прорывной цели предстоит решить ряд крупных задач, в том числе в области развития инфраструктуры СМП и Арктики в целом. В конце прошлого года был принят закон, наделяющий Госкорпорацию «Росатом» функциями единого инфраструктурного оператора Севморпути. Здравоохранение в Арктике имеет свои особенности, развитие диагностики и лечения должно базироваться на самых современных инженерных методах, используемых в биомедицине: ядерных, плазменных, лазерных и других. Важен также и экономический взгляд на развитие арктической медицины: только передовые технологии окупятся в сложнейших прирродных условиях Арктики.
     Мы сейчас находимся на первом этапе масштабного арктического развития. Перед Госкорпорацией «Росатом» как основная цель поставлена задача обеспечивать грузоперевозки по Севморпути ледокольным флотом, портами, навигацией, системами безопасности. Но откладывать развитие арктической биомедицины невозможно: только здоровые люди, граждане России, способны обеспечить прорывные результаты по арктических просторах. Надо отдать должное Министерству транспорта - после значительной работы, проведенных совещаний и согласований практически сняты все взаимные недопонимания. Сегодня есть четкий совместный план, какие функции хозяйствующего субъекта переходят к Росатому. А все, что касается нормативной базы, международных обязательств, государственного портового контроля, проверки судов, остается у Минтранса России, за этим ведомством сохранилось также нормотворчество для ускоренного развития арктической зоны.
     Для решения арктических проблем существенно развита и структура Госкорпорации «Росатом». Совсем недавно в контур

6

управления Росатома официально присоединено «Гидрографическое предприятие». Давно присутствующий в составе Госкорпорации ФГУП «Атомфлот» будет отвечать за все, что движется, то есть за ледокольный флот, буксиры, а «Гидрографическое предприятие» - за развитие всей инфраструктуры в акватории Севморпути. Образно говоря, за «светофоры», «каналы», «дороги» на нем. Видимо, в ближайшее время должны будут появиться и интеграторы в социальной сфере Арктики, прежде всего - в биомедицине.
     Россия сейчас входит в клуб поставщиков сжиженного газа, который очень интересен в тихоокеанском регионе. Но без синхронизации всех процессов ничего не произойдет. Не будет ледоколов - не будет судоходства. Не будет судоходства - их незачем строить. Все должно быть увязано, и поэтому нужен план развития инфраструктуры. Сейчас готовится трехэтапный план развития инфраструктуры Севморпути, чтобы увязать, синхронизировать процессы перевозки грузов, строительства портов и сооружение новых ледоколов, берегового обслуживания, включая, медицину.
     Первый этап понятен: это период до 2024 года, когда по указу Президента надо достичь объема грузоперевозок в 80 миллионов тонн. Но это будут перевозки в основном в западном направлении СМП. Затем, с 2024 по 2030 годы, как ожидается, будет строиться наш самый мощный атомный ледокол «Лидер». Он даст возможность круглогодичной транспортировки грузов в первую очередь в восточном направлении. И что самое главное - с конкурентоспособной скоростью не ниже 10 узлов. Это позволит в ближайшие 10-15 лет решить важнейшую задачу - получить выход наших углеводородов на рынки Азиатско-Тихоокеанского региона. Ведь потребность в газе стран из этой части мира будет расти.
     И вот с 2024 по 2030-й мы начнем расширенную навигацию. На первых этапах мы оцениваем загрузку по восточному маршруту в объемах до 20 миллионов тонн груза в год. Тем более что это хорошо корреспондируется с проектами компании «Новатэк» в области транспортировки сжиженного природного газа. Наш сжиженный природный газ конкурентоспособен на этих рынках. То же самое будет с таймырским углем и с нефтью. Все эти проблемы будут сопровождаться социальными процессами, включая развитие медицины.
     И третий этап, после 2030 года, когда появятся еще большие грузопотоки, в том числе появится арктический маршрут сырой

7

нефти. Ведь, во-первых, все месторождения нефти сдвинуты на Ямальский и Гыданский полуостровы, а во-вторых - вся северная нефть легкая и малосернистая, и закачивать ее в трубу - значит терять 20, 30, а может, и 40 долларов с тонны. А это такие цифры, которые полностью окупают морскую транспортную составляющую, включая наши атомные ледоколы. Да и морем чисто технологически проще везти нефть, чем класть новую трубу. Арктический маршрут -это русский путь в Индию. И если мы хотим иметь прочные позиции на Тихом океане и в Азии, нам без создания такого маршрута никак нельзя, этот маршрут должен быть обеспечен и современными медицинскими услугами.
     С инфраструктурой связан и вопрос судостроения. Это ведь будет уже другое судоходство, с новыми кораблями. При этом не будем забывать, что один атомный ледокол «Лидер» - это 127 миллиардов рублей с НДС. И под такие суда нужны серьезные грузопотоки. Очень серьезная работа предстоит по обустройству проливов и каналов на Севморпути, должны быть обеспечены спасательные средства, связь, и разумеется, арктическая медицина.
     Нам, видимо, потребуется государственное планирование: новый Госплан. Развитие Арктики должно идти на основе единого государственного подхода. И без прямого участия Правительства, Министерства по развитию Дальнего Востока и Арктики это невозможно, Минздрав России акже следует привлечь, надо готовить предложения, данная монография делает возможность обсуждать это на профессиональном уровне. Еще раз следует подчеркнуть: развитие Арктики - это взаимодействие, в котором должны быть довольны все стороны. Надо, чтобы инвестор был уверен, что его вложения окупятся, социальная сфера привлекала бы работников идти на работу в тяжелых арктических условиях.
     Есть точки роста в Арктике, где надо ускоренно развивать социальную серу. Новый терминал «Утренний» в порту Сабетта для проекта «Арктик СПГ-2». Мощность терминала планируется в почти 22 миллиона тонн в год. «ВостокУголь» хочет строить терминал в порту Диксон, чтобы вывозить уголь с месторождения на участке «Река Лемберова» с Таймыра. «Нефтегазхолдинг» будет строить терминал в бухте Север для отгрузки нефти с Пайяхской группы месторождений тоже на Таймыре. Если мы хотим выполнить указ Президента, мы должны работать и с таймырским углем, и с сырой нефтью. Без этого нам на цифру 80 миллионов тонн не выйти. Но

8

развитие этих проектов - это все же не наш вопрос, мы должны иметь дело с результатами выполнения этих проектов, обеспечить возможность вывоза конечного продукта на рынки сбыта, а это -участие большого числа работников, о здоровье которых необходимо позаботиться.
     И очень важный проект - строительство железнодорожного Северного широтного хода. Следует добиваться, чтобы в него вошла не только южная часть, но и северная, с выходом к потру Сабетта. Необходимо подчеркнуть, что любой проект в Арктике должен быть мегапроектом. Причем, помимо коммерческих эффектов для компаний, должен быть значимый результат и для государства. Поэтому наша приоритетная задача - это обслуживание российских меганациональных проектов в Арктике. Но что еще очень важно. Помимо миллионов тонн грузов и доходов от них, эффект от реализации проектов надо будет измерять и в новых рабочих местах. Это социальный вопрос. Только на «Ямале-СПГ» в пике работ на площадке было 36 тысяч человек. А одно рабочее место в Арктике создает несколько десятков рабочих мест вообще по стране. И арктическая биомедицина совершенно необходима для обеспечения здоровья этих людей.
     Для прорывных проектов нужны и большие деньги. Если говорить о наиболее приближенных к Росатому вещах, а именно о ледоколах, то уже запланированы средства на новые корабли. Если первые три ледокола ЛК-60 проекта 22220 строятся полностью за счет федерального бюджета, то уже следующие два будут обеспечены деньгами по схеме смешанного финансирования. Четвертый и пятый атомоходы ЛК-60 оцениваются в общую сумму порядка 100 миллиардов рублей, и грант из бюджета составит только 45 миллиардов. Еще 9 миллиардов - это инвестиционный ресурс Госкорпорации «Росатом», а остальные деньги будут привлечены с рынка под обеспечение Росатома. Это первый серьезнейший проект такого уровня со смешанным финансированием. А если говорить о головном «Лидере» - сто процентов денег будет идти из бюджета, но по второму ледоколу, иначе говоря, по первому серийному, у нас есть поручение правительства также рассматривать смешанное финансирование. Там, возможно, будут какие-то концессионные формы. Проект по новым ЛК-60 был защищен на стратегическом совете Росатома. Этот проект чуть шире только строительства ледоколов - в него входит и строительство плавучего дока на 30

9

тысяч тонн. В ближайшее время «Атомфлот» должен объявить конкурс или выбрать единственного исполнителя. Но в любом случае не позже лета «Атомфлот» должен подписать контракт на строительство дока. И к этой инфраструктуре тоже должна прилагаться арктическая медицина.
     Сегодня перед Россией стоит огромная геополитическая задача, связанная с освоением Северного морского пути и шельфов Северного Ледовитого океана, примеры такого освоения были приведены выше. С ее решением данные территории превращаются в зону непрерывной хозяйственной деятельности человека. Экстремальные климатические условия делают необходимым разработку системы жизнеобеспечения, опирающейся на новые принципы профилактики заболеваний человека и оказания ему необходимой медицинской помощи. Эффективность приполярной и арктической медицины будет зависеть от того, насколько полно они смогут учитывать эти особенности среды обитания человека и функционального состояния его органов и систем.
     Настоящая монография вносит в клад в решение этих проблем, будем ожидать и дальнейшего развития биомедицинских технологий для арктического использования. Книга подготовлена под общей редакцией профессора кафедры «Управление бизнес-проектами», академика РАЕН Виталия Тупчиенко. Он Арктику знает не понаслышке: много лет летал в высоких широтах сибирской части арктической зоны России, в конце 1990-х годов стал ведущим специалистом Федеральной авиационной службы Управления Центральных районов и Арктики. Сейчас профессор В.А. Тупчиенко использует свой богатый арктический опыт для привлечения различных специалистов, в том числе и биомедицинских специалистов, к решению арктических медицинских проблем.


     Декан ФБИУКС, профессор                      А.В. Путилов

10