Способ моделирования комбинированного радиационно-механического поражения Российский патент 2023 года по МПК A61B17/00 G09B23/28 

Изобретение относится к медицине, а именно к патологической физиологии, экстремальной радиологии, хирургии и реаниматологии, и может быть использовано, например, для оптимизации методов временной остановки наружного кровотечения из поврежденных сосудов конечностей при комбинированных радиационно-механических поражениях (КРМП), а также для изучения особенностей течения острой лучевой болезни в комбинации с механическими травмами конечностей, сопровождающихся повреждением кровеносных сосудов.

Лимитирующим фактором для жизни раненого при повреждениях артериальных сосудов конечностей остается своевременная остановка наружного кровотечения. Традиционным методом временного гемостаза при наружном артериальном кровотечении является наложение кровоостанавливающего жгута, несмотря на риск развития «турникетной травмы», синдрома ишемии-реперфузии с возможной последующей ампутацией конечности. Совершенствование средств, предназначенных для временной остановки наружного кровотечения – новые модели жгутов, турникетов и местных гемостатических средств (МГС), позволяет существенно повысить эффективность оказания помощи на догоспитальном этапе, как за счет сохранения жизни раненого, так и профилактики возможных осложнений, связанных с ишемией конечности. Кроме того, отдельного внимания заслуживает группа раненых, которые получили повреждения в очаге радиационных поражений и у которых сформировались условия для развития КРМП. Известно, что КРМП представляют собой многокомпонентный патологический процесс или патологическое состояние, развивающееся вследствие одновременного или последовательного воздействия на организм поражающих факторов ядерного взрыва или радиационной аварии лучевой (проникающая радиация, трансвульнарное поступление радиоактивных веществ) и нелучевой (ударная волна, световой поток, пламя и др.) природы. От своевременности и достаточности оказания первой помощи во многом зависит течение и исход КРМП, обусловленные как особенностями лучевого компонента поражения, так и нелучевого, например – травмы конечности с повреждением сосудов. Проведены многочисленные исследования по оценке эффективности наложения кровоостанавливающего жгута в различных условиях, в том числе и при КРМП, однако до сих пор исследования, определяющие возможность использования МГС при комбинированном поражении, не проводились, что связано с редкостью данной патологии в мирное время, а также неразработанностью адекватной экспериментальной модели.

Таким образом, совершенствование современных методов временной остановки наружного кровотечения, а также внедрение различных протоколов оказания первой и медицинской помощи на догоспитальном этапе, требуют применения дифференцированного подхода к методам остановки продолжающегося кровотечения при повреждениях кровеносных сосудов конечностей у пораженных с КРМП.

Известен способ моделирования взрывной травмы мягких тканей конечности, отягощенной кровопотерей (патент РФ 2748248, G09B 23/28, опубл. 21.05.2021). Данный способ обеспечивает возможность моделирования взрывного повреждения мягких тканей конечности у мелких лабораторных животных (крыс) с кровопотерей равной 15 % объема циркулирующей крови (ОЦК) за счет подрыва взрывных зарядов, в качестве которых используют обыкновенные терочные петарды, и контролируемого забора крови из раны, полученной в результате бризантного действия заряда, а также дополнительного забора крови из раны хвоста при его отсечении. Отсутствие облучения животных (крыс) в предлагаемом способе не позволяет оценить отягощающее влияние радиационного поражения на течение травматической болезни и формирующегося патологического состояния, обусловленного комбинацией факторов лучевой и нелучевой природы. Кроме того, моделирование травмы при помощи петарды воспроизводит невалидированное по объему повреждение тканей конечности с кровопотерей, требующей дополнительного травматического воздействия для достижения требуемого объема удаляемой крови, а также не формирует условия для развития продолжающегося наружного кровотечения.

Известен способ моделирования комбинированного радиационно-механического поражения с нанесением закрытой травмы живота (патент РФ № 2415477, G09B 23/28, опубл. 27.03.2011 г.). Животных подвергают общему равномерному облучению в дозе, вызывающей развитие острого лучевого поражения средней степени тяжести, а затем последовательно наносят механическую травму, соответствующую средней или тяжелой степени в виде закрытой травмы живота с повреждением селезенки, грузом массой 0,5 кг, падающим под весом собственной тяжести с высоты 1 м в полой направляющей трубе, закрепленной в штативе под углом 75°, при этом животных фиксируют на спине с разворотом на правый бок, после чего констатируют развитие жизнеугрожающих последствий в виде продолжающегося внутрибрюшного кровотечения и признаков травматического шока, отягощенных симптомами первичной реакции на облучение, и приступают к неотложным лечебным мероприятиям. Однако данный способ позволяет моделировать внутреннее кровотечение и не позволяет сравнить способы остановки наружного кровотечения.

Наиболее близким к предлагаемому в данном изобретении является моделирования артериального кровотечения у крупных животных (свиней) с целью оценки эффективности временного гемостаза при применении местных гемостатических средств, заключающийся в создании краевого дефекта бедренной артерии диаметром 6 мм с последующим применением МГС на рану [Самохвалов, И.М. Усовершенствование экспериментальной модели для изучения эффективности местных гемостатических средств / И.М. Самохвалов [и др.] // Военно-медицинский журнал. – 2015. – Т. 336, № 3. – С. 19-25]. В описанном эксперименте оценивалась лишь гемостатическая эффективность МГС при артериальном кровотечении, без оценки особенностей течения травматической болезни. Данная модель обладает следующими недостатками: кровопотеря не стандартизирована, т. к. оценка кровопотери не входила в задачи исследования, период наблюдения за животными составлял всего 3 часа, что соответствует только части острого периода течения комбинированного радиационного поражения, кроме того, не воспроизводился лучевой компонент поражения, что не позволяет отнести описанную модель к экспериментальным моделям КРМП.

В основу изобретения положена задача создания способа моделирования комбинированного радиационно-механического поражения для оценки влияния метода остановки наружного кровотечения из поврежденных сосудов раны мягких тканей конечности на течение и исход поражения, в котором путем последовательного кратковременного общего относительно равномерного облучения и нанесения травмы мягким тканям бедра с повреждением бедренной артерии в сочетании с компенсированной тяжелой кровопотерей достигается возможность оценки влияния метода остановки наружного кровотечения из поврежденных сосудов раны мягких тканей конечности на течение и исход поражения.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в способе моделирования комбинированного радиационно-механического поражения, включающем общее равномерное облучение животных в дозе, вызывающей развитие острого радиационного поражения средней степени тяжести с последующим моделированием кровотечения, наносят механическую травму мягких тканей бедра с повреждением бедренной артерии, сопровождающуюся развитием острой массивной кровопотери, равной 40 % ОЦК; после достижения требуемого объема кровопотери выполняют остановку кровотечения путем применения местного гемостатического средства (МГС); затем проводят восполнение ОЦК физиологическим раствором в объеме, соответствующем кровопотере; время использования МГС – 2 часа, затем удаляют МГС из раны, бедренную артерию перевязывают, а рану послойно зашивают, с последующим наблюдением за животными в течение 30 суток.

В отличие от описанных ранее моделей, в предлагаемом способе воспроизводится КРМП, характеризующееся развитием феномена взаимного отягощения, с возможностью оценки влияния выбранного способа остановки наружного артериального кровотечения на течение лучевого и нелучевого компонента поражения, а также на исход комбинированного радиационного поражения в целом. Животных первоначально подвергают кратковременному общему относительно равномерному облучению γ-квантами в дозе, равной ЛД_50/30, а затем воспроизводят нелучевой компонент поражения: наносят механическую травму мягких тканей бедра с повреждением бедренной артерии, в результате моделирования наружного артериального кровотечения достигают дозированной кровопотери, равной 40% ОЦК, контролируя объем истекающей крови; после достижения требуемого объема кровопотери выполняют остановку кровотечения путем применения, например, МГС с наложением давящей повязки; затем проводят восполнение ОЦК физиологическим раствором в объеме, соответствующем кровопотере; время использования МГС – 2 часа, что соответствует ориентировочному времени доставки на этап первой врачебной помощи пострадавших – 3-3,5 часа [Даренская Н.Г. и соавт., 2004; Шаповалов В.М. и соавт., 2014]; затем удаляют МГС из раны, после чего производят перевязку бедренной артерии и послойно ушивают рану. Дальнейший период наблюдения составляет 30 сут. с оценкой выживаемости и средней продолжительности жизни павших животных.

Апробация данной модели КРМП была проведена в исследованиях на кроликах. Моделирование КРМП осуществляли с целью оценки влияния выбранного способа остановки наружного артериального кровотечения из поврежденных сосудов раня мягких тканей конечности, в данном случае – местного гемостатического средства, на течение нелучевого и лучевого компонентов поражения, а также на исход комбинированного радиационного поражения в целом.

Кролики были разделены случайным образом на 3 группы: «Облучение», «МГС» и «КРМП» (таблица 1). Отдельную группу животных, которым наносилось бы изолированное механическое повреждение без последующего применения МГС для остановки наружного артериального кровотечения не формировали, т.к. в данных условиях все животные погибают в результате продолжающегося наружного кровотечения из раны бедренной артерии с развитием некомпенсированной массивной кровопотери.

Таблица 1 – Распределение животных по группам в зависимости от условий экспериментального воздействия

Условное обозначение группы Количество животных Моделируемое воздействие Метод остановки кровотечения облучение кровопотеря жгут МГС Облучение 13 да нет нет нет МГС 7 нет да нет да КРМП 7 да да нет да Примечание: да – в случае реализации моделируемого воздействия; нет – в случае отсутствия моделируемого воздействия

Для воспроизведения острого радиационного поражения, как модели острой лучевой болезни у человека, и лучевого компонента КРМП, кроликов групп «Облучение» и «КРПМ» подвергали кратковременному общему относительно равномерному γ-облучению на установке ИГУР-1 (источник излучения – ¹³⁷Cs) в дозе 6 Гр (мощность дозы – 0,998 Гр/мин).

Для моделирования изолированной механической травмы и нелучевого компонента КРМП выполняли доступ к бедренной артерии с иссечением участка (размер 1,0 × 1,0 см) приводящих мышц бедра животного. Затем производили пункцию бедренной артерии катетером диаметром 18G (1,3 мм) моделировали дозированную кровопотерю, равную 40% ОЦК, после удаления катетера образовывался дефект стенки артерии равный диаметру катетера с продолжающимся кровотечением. При расчёте объема кровопотери исходили из того, что ОЦК кролика составляет 5% от его массы тела. Осуществляли остановку кровотечения применением МГС в виде бинта на основе хитозана, плотно заполняя им раневой дефект, с наложением поверх раны давящей повязки. Контроль эффективности гемостаза осуществляли визуально по прекращению истечения крови из раны через МГС и давящую повязку. Животным всех групп, у которых моделировали кровопотерю, восполняли ОЦК физиологическим раствором в объеме, соответствующем кровопотере. Через 2 часа удаляли МГС из раны, после чего перевязывали поврежденную бедренную артерию дистальнее и проксимальнее дефекта, а рану послойно ушивали. В группе «КРМП» нелучевой компонент поражения моделировали спустя один час после облучения.

С целью профилактики развития раневой инфекции всем животным, которым наносили механическое повреждение, перед нанесением раны и в течение 3 сут. после ее ушивания внутримышечно вводился Цефтриаксон (МАКИЗ-ФАРМА, Россия) в дозировке 65 мг/кг один раз в сутки. Облученным животным (группы «Облучение», «КРМП») антибиотикотерапия проводилась с начала периода преобладания лучевого компонента поражения в течение 7 сут.

Период наблюдения за кроликами составил 30 сут.

По окончании времени наблюдения за животными (дожившие до конца срока наблюдения кролики выводились из эксперимента передозировкой препарата Золетил® 100, Вирбак, Франция), а также в случае их гибели до завершения исследования трупы кроликов подвергали аутопсии.

Оценивали эффективность гемостаза по частоте случаев рецидивов кровотечения до извлечения МГС. Проявления лучевого компонента изучали по 30-ти суточной выживаемости, средней продолжительности жизни павщих животных (СПЖ), а также динамике клеточного состава периферической крови. Течение нелучевого компонента КРМП оценивали по частоте гибели животных в течение первых суток вследствие геморрагического шока, частоте нагноения раны и развития нарушений движений в конечности. Исход КРМП оценивали по 30-ти суточной выживаемости. Выполняли межгрупповое сравнение показателей в парах: «Облучение» – «КРМП» и «МГС» – «КРМП».

Облучение в дозе 6 Гр вызвало развитие у кроликов костномозговой формы острого лучевого поражения средней степени тяжести, что подтверждалось динамикой характерных внешних признаков лучевого поражения и клеточного состава периферической крови, а также количеством выживших животных. Так, в течение первых суток после воздействия ионизирующего излучения у животных отмечали развитие первичной реакции на облучение, проявляющейся повышением двигательной активности, беспокойством или, наоборот, адинамией, сопровождающейся отсутствием реакции на внешние раздражители. Наблюдаемые изменения в поведении сопровождались отказом от пищи. После периода мнимого благополучия, на протяжении которого аппетит животных восстановился, но количество потребляемого корма снизилось, развилась картина разгара лучевого поражения, в среднем на 8-10 сутки после облучения. Из 13 животных к концу исследования дожило 5 (выживаемость – 38 ± 15 %), СПЖ которых составила 14,9 ± 5,2 суток (таблица 2). В периферической крови с третьих суток постлучевого периода регистрировали значимое (p = 0,04), по сравнению с исходными значениями, снижение количества лейкоцитов с 14,6 ± 1,6 × 10⁹/л до 5,9 ± 1,6 × 10⁹/л, при этом начало восстановления наблюдали с 15-17 суток, однако полного, соответствующего исходному количеству лейкоцитов, к концу периода наблюдения не отмечали. Основной причиной гибели животных в группе «Облучение» стали инфекционные осложнения: пневмония у трех кроликов, сочетание пневмонии и перитонита – у трех кроликов, тромбоэмболия сосудов брыжейки – у двух кроликов.

Таблица 2 – Выживаемость и СПЖ животных после экспериментального воздействия

Показатель, единицы измерения Группы животных Облучение МГС КРМП Гибель в первые сутки после операции, число павших животных не оценивали 1 0 Гибель в период со 2 по 30 сутки, число павших животных 8 3 4 СПЖ*, сутки 14,9 ± 5,2 6,0 ± 5,0 8,0 ± 2,6 Выживаемость, число животных, выжило (исходно) 5 (13) 3 (7)
3 (6)* 3 (7) * – без учета павших животных в первые сутки

В группе «МГС» в одном случае возник рецидив кровотечения, приведшего к гибели кролика (общая летальность в данной группе на первые сутки составила 17 ± 15 %). За все время наблюдения была зарегистрирована гибель еще трех кроликов (30-ти суточная выживаемость составила 40 ± 22 %, без учета павшего животного в первые сутки), СПЖ которых составила 6,0 ± 5,0 суток. Также в течение изучаемого посттравматического периода не отмечали нагноения в ранах и стойких нарушений двигательной функции травмированной конечности. Движения в поврежденной лапе были ограничены только в течение первых суток после нанесения травмы. Таким образом, было подтверждена относительная эффективность применения МГС для остановки наружного кровотечения из поврежденных сосудов при травме мягких тканей бедра. Смоделированная механическая травма мягких тканей бедра с повреждением бедренной артерии и развитием наружного артериального кровотечения, сопровождающиеся развитием тяжелой кровопотери равной 40 % ОЦК, при условии компенсации острой кровопотери объемом внутривенной инфузии физиологического раствора, соответствовала развитию у кроликов механического компонента КРМП средней степени тяжести [Методические указания по отбору лекарственных средств и разработке на их основе новых методов лечения комбинированных радиационных поражений, 1991].

В условиях развития КРМП применение местного гемостатического средства оказалось эффективным для достижения временного гемостаза у всех животных. В течение постлучевого периода была зафиксирована гибель трех животных (30-ти суточная выживаемость составила 33 ± 19 %), СПЖ которых составило 8,0 ± 2,6 суток. В группах «КРМП» и «МГС» СПЖ животных составила 8,0 ± 2,6 и 6,0 ± 5,0 суток соответственно (р = 0,3). В группе кроликов с комбинированным поражением, как и в группе животных с изолированной механической травмой, в течение периода наблюдения не отмечали нагноения в ранах и стойких нарушений двигательной функции травмированной конечности. Отмечено, что движения в поврежденной лапе у кроликов группы «КРМП» были ограничены также только в течение первых суток после нанесения травмы. Сравнение животных групп «Облучение» и «КРМП» выявило, что у животных с комбинированным поражением внешние проявления периода преобладания лучевого компонента (адинамия, отказ от корма, снижение объема потребляемой воды) регистрировали уже с третьих суток постлучевого периода, в отличие от изолированного лучевого поражения, когда период разгара наблюдали с 8-10 суток. Динамика клеточного состава периферической крови в группе «КРМП» носила схожий характер с группой «Облучение», однако имела тенденцию к более выраженному развитию лейкопении. Так, спустя на 3 сутки после облучения количество лейкоцитов составляло 0,73 ± 0,26×10⁹/л. Восстановление количественного состава крови начиналось так же с 15 суток постлучевого периода. Средняя продолжительность жизни павших животных в группе «КРМП» по сравнению с группой «Облучение» составила 6,0 ± 5,0 суток и 14,9 ± 5,2 суток соответственно, а выживаемость – 33 ± 19 и 38 ± 15 % соответственно (р = 0,91). Суммируя полученные данные, можно заключить, что модель комбинированного поражения соответствовала КРМП тяжелой степени [Методические указания по отбору лекарственных средств и разработке на их основе новых методов лечения комбинированных радиационных поражений, 1991].

Таким образом, выбранная модель соответствовала условиям воспроизведения КРМП для оценки влияния применения местного гемостатического средства, как метода остановки наружного кровотечения из поврежденных сосудов раны мягких тканей конечности, сопровождающиеся развитием острой массивной кровопотери, при условии ее компенсации объемом внутривенной инфузии физиологического раствора, на течение и исход поражения.

В предлагаемом изобретении разработана экспериментальная модель комбинированного радиационного-механического поражения, в которой формируется последовательная комбинация воздействий на организм животного острого радиационного поражения и механической травмы мягких тканей конечности с источником наружного артериального кровотечения, осложненного развитием острой массивной кровопотери, при условии ее компенсации объемом внутривенной инфузии физиологического раствора, позволяющая оценить влияние выбранного метода остановки наружного кровотечения из поврежденных сосудов раны мягких тканей конечности на течение и исход комбинированного радиационного поражения. Модель может быть использована для изучения общебиологических и патофизиологических процессов, развивающихся при изолированной механической травме или лучевой патологии в комбинации с механической травмой, а также для оценки эффективности новых способов (технологий) временного гемостаза при КРМП.

Изобретение относится к медицине, а именно к патологической физиологии, экстремальной радиологии, хирургии и реаниматологии. Выполняют общее равномерное облучение животных в дозе, вызывающей развитие острого радиационного поражения средней степени тяжести. Наносят механическую травму мягких тканей бедра с повреждением бедренной артерии, сопровождающуюся развитием острой массивной кровопотери, равной 40 % ОЦК. После достижения требуемого объема кровопотери выполняют остановку кровотечения путем применения местного гемостатического средства (МГС). Затем проводят восполнение ОЦК физиологическим раствором в объеме, соответствующем кровопотере. Время использования МГС – 2 часа. Затем удаляют МГС из раны, бедренную артерию перевязывают, а рану послойно зашивают, с последующим наблюдением за животными в течение 30 суток. Способ позволяет изучить общебиологические и патофизиологические процессы, развивающиеся при лучевой патологии в комбинации с механической травмой, а также оценить эффективность новых технологий временного гемостаза при комбинированном радиационно-механическом поражении, включающих травмы мягких тканей конечностей, осложненных острой массивной кровопотерей. 2 табл., 1 пр.

Способ моделирования комбинированного радиационно-механического поражения, включающий общее равномерное облучение животных в дозе, вызывающей развитие острого радиационного поражения средней степени тяжести с последующим моделированием кровотечения, отличающийся тем, что наносят механическую травму мягких тканей бедра с повреждением бедренной артерии, сопровождающуюся развитием острой массивной кровопотери, равной 40% ОЦК; после достижения требуемого объема кровопотери выполняют остановку кровотечения путем применения местного гемостатического средства (МГС); затем проводят восполнение ОЦК физиологическим раствором в объеме, соответствующем кровопотере; время использования МГС – 2 часа, затем удаляют МГС из раны, бедренную артерию перевязывают, а рану послойно зашивают, с последующим наблюдением за животными в течение 30 суток.