Способ моделирования комбинированного радиационно-механического поражения, включающего в качестве нелучевого компонента обширное повреждение мягких тканей конечности, подвергшееся первичной хирургической обработке с установкой аппарата внешней фиксации Российский патент 2025 года по МПК A61B17/66 A61B17/122 A61N5/10 G09B23/28 

Изобретение относится к медицине, а именно к военно-полевой хирургии, экспериментальной медицине и радиобиологии и может быть использовано, например, для оценки эффективности новых методов и средств лечения комбинированного радиационно-механического поражения (КРМП), где в качестве нелучевого компонента выступает обширное травматическое повреждение мягких тканей конечности с реализованной первичной хирургической обработкой раны и установкой аппарата внешней фиксации. Разработка модели КРМП с реализованной тактикой хирургического лечения нелучевого компонента обусловлено тем, что комбинированное поражения представляет собой мультидисциплинарную проблему, в которое одновременно реализуются терапевтические и хирургические методы в варианте политерапии.

В структуре боевой хирургической травмы в войнах последних десятилетий продолжают преобладать ранения конечностей, которые в структуре боевых повреждений составляют более 60 % (Тришкин Д.В. с соавт. 2022). Ранения мягких тканей, не сопровождающиеся переломами костей, варьируют от 47 до 62 % от всего количества огнестрельных ранений конечностей (из них обширные составляют 21 %). При этом ранения характеризуются повреждением кожи, мышц и фасций, а в ряде случаев – сосудов, нервов и сухожилий (Хоминец В.В. с соавт. 2024). Тяжелая травма конечностей мирного времени сопровождается обширным повреждением мягких тканей в 25-30 % случаев (Бадалов В.И. с соавт. 2024).

Классическим вариантом курации раненых с огнестрельными ранениями мягких тканей конечностей является проведение первичной хирургической обработки, наложение аппарата внешней фиксации, длительное ведение открытой раны c последующим ее закрытием с помощью различных методов дерматопластики.

Комбинированное радиационно-механическое поражение представляет собой одновременное или последовательное воздействие факторов лучевой и нелучевой (механические повреждения) природы на организм пострадавшего. От выбора метода и способа лечения КРМП во многом будет зависеть его течение и исход. При радиационном поражении возникают изменения в репарации ран. Одна из постлучевых особенностей раневого процесса при КРМП – большое скопление микроорганизмов в тканях, ограничивающих раневой дефект без образования лейкоцитарного вала на границе со здоровыми тканями. Рана является входными воротами для инфекции и вследствие снижения иммунного ответа, обусловленного также и облучением, возникают условия для генерализации инфекции и наблюдают увеличение числа неблагоприятных исходов и осложнений КРМП. Учитывая особенности лечения обширных ран мягких тканей, добиться закрытия раны при исключении оперативных вмешательств в периоде преобладания лучевого компонента комбинированного поражения не представляется возможным. Выполнение различных хирургических вмешательств будет лишь усугублять состояние пораженного и не будет способствовать снижению летальности и осложнений.

Существует большое количество моделей нанесения ран различного характера (с повреждением мягких тканей, сосудов, костей, разрушением сегментов конечностей). Проведены многочисленные исследования по оценке эффективности различных тактик лечения обширного повреждения мягких тканей, в том числе конечностей. Однако описание модели обширного повреждения мягких тканей конечности в сочетании с радиационным воздействием в доступной литературе не обнаружено.

Известен способ моделирования взрывной травмы мягких тканей конечности (патент РФ 2741238, G09B 23/28, опубл. 22.01.2021). Способ предусматривает нанесение на предварительно выстриженную поверхность бедра находящегося под наркозом мелкого лабораторного животного повреждения за счет организации взрыва с использованием в качестве взрывного заряда пиротехнического изделия бытового назначения – терочной петарды типа Корсар-2. Данное изделие устанавливают на бедре крысы, в канале длиной 2,8-3,0 см, сформированном в области расположения полусухожильной, полуперепончатой и двухглавой мышц бедра параллельно оси бедренной кости. Размещают петарду не ближе 1,0-1,3 см от бедренной кости и таким образом, чтобы ее часть от места запала выступала на 2 см над поверхностью кожи, а оставшаяся часть располагалась в сформированном канале и частично, а именно на 0,3-1,0 см, выступала из контрапертуры на противоположной поверхности бедра. Отсутствие облучения животных (крыс) в предлагаемом способе не позволяет оценить отягощающее влияние радиационного поражения на течение и исход травматической болезни. А мелкий размер животного ограничивает оценку течение раневого процесса, т.к. диагностируются выраженные дистантные повреждения.

Описан способ моделирования огнестрельного ранения конечности на кроликах [Колкутин В.В. Моделирование огнестрельных повреждений мирного времени с целью изучения механизмов их образования / В.В. Колкутин, В.Д. Исаков, Е.А. Дыскин, Е.И. Зайцев // Огнестрельные ранения и взрывная травма мирного времени. – 1996. – С. 123-129.]. Для моделирования огнестрельных повреждений тазовых конечностей животного создан огнестрельный снаряд оригинальной конструкции, отвечающий расчетным требованиям: длина – 0,8 см; диаметр поперечного сечения 0,5 см; масса – 0,9 г; материал – свинец, начальная скорость полета 334-398 м/с; форма головной части закругленная. Данный снаряд изготавливали из штатной свинцовой пули к спортивно-охотничьему малокалиберному (5,6 мм) патрону путем удаления головной и ведущей части пули к этому патрону до уровня второго ведущего пояска. Травмирование мышечной ткани тазовой конечности проводилось без повреждения бедренной кости. Данный способ не может быть использован ввиду отсутствия острого радиационного поражения, т.е. воспроизводится не комбинированное-радиационное поражение.

В другом источнике приведен способ моделирования взрывной травмы конечности [Соловьев И.А. Особенности взрывной травмы при использовании отдельных видов средств индивидуальной бронезащиты / И.А. Соловьев, Р.В. Титов, И.А. Шперлинг [и др.] // Вестник Российской Военно-медицинской академии. – 2015. – № 3. – С. 128-132.]. При использовании данного способа для получения минно-взрывного ранения животных после наркотизации фиксируют на специальных деревянных станках, а к правой задней лапе прикрепляют взрывное устройство объемом 30-100 мл, заполненное гексогеном из расчета 5-7 г на килограмм массы тела животного. После подрыва у всех животных наблюдается отрыв конечности на уровне верхней трети голени со скелетированием костей, множественными ранами сгибательной поверхности голени и бедра. Недостатком указанного способа является невозможность моделирования стандартизированной, повторяемой травмы, что обусловлено особенностями воздействия факторов взрыва. В описанном способе также не воспроизводят и лучевой компонент поражения, что не позволяет отнести его к модели КРМП.

Разработан способ моделирования перелома бедренной кости с сопутствующим повреждением мягких тканей у овец [Wullschleger M.E. A New Model to Study Healing of a Complex Femur Fracture with Concurrent Soft Tissue Injury in Sheep / M.E. Wullschleger, R. Steck, R. Matthys [et al.] // Open Journal of Orthopedics. – 2013. – Vol. 3, N 2. – P. 62-68.]. Для создания стандартизированной травмы с определенной картиной повреждения, сравнимой с той, которая возникает в результате высокоэнергетического воздействия на человека ранящих элементов было разработано маятниковое ударное устройство. После обезболивания животное укладывали на козлы, при этом правая бедренная кость точно располагалась с помощью наковален в месте нанесения удара, в пяти сантиметрах проксимально коленного сустава. Ударный элемент и вспомогательные наковальни были сконструированы таким образом, чтобы сжимать всю окружность дистальной области бедра. Повреждение мягких тканей, возникшее в результате удара, характеризовалось посмертными макроскопическими структурными изменениями тканей, подтверждающими тяжелое повреждение с подкожными и внутримышечными гематомами, а также частичным разрушением мышц. Отсутствие облучения, наличие перелома кости и отсутствие дефекта мягких тканей не позволяет применить данную модель для изучения течения раневого процесса при обширном повреждении мягких тканей при КРМП.

Так же описан способ моделирования минно-взрывного ранения мягких тканей (крысы) [Венгерович Н.Г. Морфологическая характеристика посттравматической регенерации скелетных мышц при экспериментальной взрывной травме / Н.Г. Венгерович, И.А. Шперлинг, Ю.В. Юркевич [и др.] // Бюллетень сибирской медицины. – 2015. – Т. 14, № 4. – С. 17-24.]. В данном способе ранение наносится с помощью электродетонатора ЭДП-р, предназначенного для инициирования взрыва в зарядах бризантных взрывчатых веществ, приводимого в действие электрическим импульсом (источник газопламенного компонента минно-взрывной травмы). В результате детонации получают воспроизводимые по характеру, но не объему повреждения кожи и скелетных мышц задней поверхности бедра подопытных животных. Размеры входного повреждения составляют в среднем 10 ± 2 мм, раневого канала – 18 ± 3 мм. После приведения в действие электродетонатора возникает направленная взрывная газовая струя, которая приводит к образованию обширных разрушений мягких тканей с возникновением наружного кровотечения. Недостатками данного метода являются отсутствие облучения и невозможность стандартизировать объем повреждений, кроме того, при данном способе моделирования присутствует термическое воздействие. В результате воспроизводится модель комбинированного механо-термического поражения.

Наиболее близким к предлагаемому в данном изобретении является моделирования комбинированного радиационно-механического поражения для исследования влияния на течение и исход поражения нелучевого компонента, включающего рану мягких тканей конечностей с купированным кровотечением из поврежденных сосудов конечности применением местного гемостатического средства (патент РФ № 2799704, G09B 23/28, опубл. 10.07.2023). В данной модели выполняют общее равномерное облучение животных в дозе, вызывающей развитие острого радиационного поражения средней степени тяжести. Наносят механическую травму мягких тканей бедра (участок 1,0 x 1,0 см) с повреждением бедренной артерии, сопровождающуюся развитием острой массивной кровопотери, равной 40 % объема циркулирующей крови (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. Данная модель обладает следующими недостатками: воспроизводится малый объем повреждения мягких тканей конечности.

В основу настоящего изобретения положена задача создания модели КРМП для оценки эффективности новых методов и способов лечения комбинированного радиационно-механического поражения, где в качестве нелучевого компонента выступает обширное травматическое повреждение мягких тканей конечности, подвергшихся первичной хирургической обработке с установкой аппарата внешней фиксации.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в отличие от описанных ранее моделей в предлагаемом способе воспроизводится КРМП, где в качестве нелучевого компонента выступает обширное травматическое повреждение мягких тканей конечности, модифицированное хирургическим вмешательством в виде первичной хирургической обработки раны с установкой аппарата внешней фиксации. Животных подвергают кратковременному равномерному γ-облучению в дозе, вызывающей развитие острого радиационного поражения средней степени тяжести. Затем воспроизводят нелучевой компонент поражения: скальпелем иссекают участок кожи 10,0 х 5,0 см по наружной поверхности задней конечности от средней трети бедра до средней трети голени, на мышцы бедра и голени, разминая их, на один час накладывают зажимы Микулича.

Выполненный вариант травмы конечности соответствует определению обширного раневого дефекта, трактуемого как «повреждение тканей (в том числе в разных вариантах – мягких тканей, костей, сосудисто-нервных образований, внутренних органов) на всю глубину кожи, подкожной клетчатки и подлежащих тканей по площади, равной или более 1/3 сегмента конечности, таза, крупного сустава, либо отрыв сегмента конечности выше уровня кисти и стопы» (Бадалов В.И с соавт. 2024). Тяжесть травмы конечности при обширном повреждении расценивается, как средней степени тяжести (Инструкция по диагностике, медицинской сортировке и лечению пострадавших с комбинированными радиационными поражениями на этапах медицинской эвакуации, 1988). По истечению часа проводят первичную хирургическую обработку раны и устанавливают аппарат внешней фиксации. Дальнейший период наблюдения составляет 30 сут.

Данный способ позволяет на модели КРМП, в котором в качестве нелучевого компонента поражения воспроизведено обширное повреждение мягких тканей конечности, модифицированное первичной хирургической обработкой и установкой аппарата внешней фиксации, оценить эффективность новых средств и методов лечения.

Апробация модели КРМП была проведена в исследованиях на кроликах. Моделирование КРМП осуществляли с целью оценки выбранной тактики хирургического лечения обширного повреждения мягких тканей конечности на течение нелучевого и лучевого компонентов, а также на исход комбинированного поражения в целом. Животные были разделены случайным образом на 5 групп: «Облучение», «Повреждение» и «КРМП» (таблица 1).

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

Условное обозначение группы Количество животных Моделируемое воздействие облучение травма первичная хирургическая обработка и установка аппарата внешней фиксации Облучение 7 да нет нет Повреждение 7 нет да да КРМП 7 да да да Примечание: да – в случае реализации моделируемого воздействия; нет – в случае отсутствия моделируемого воздействия

Для воспроизведения острого лучевого поражения (ОРП) и лучевого компонента КРМП кроликов групп «Облучение» и «КРМП» сначала подвергали кратковременному общему относительно равномерному гамма-облучению на установке ИГУР-1 в дозе 6 Гр (мощность дозы – 0,998 Гр/мин).

Нелучевой компонент поражения моделировали по описанной методике, спустя один час после облучения. При этом кроликам группы «КРМП» проводили первичную хирургическую обработку мягких тканей раны с иссечением нежизнеспособных мышц и наложением аппарата внешней фиксации, с целью иммобилизации конечности и дальнейшего местного лечения обширной раны во время перевязок. В группе с изолированной травмой – «Повреждение», механическое повреждение мягких тканей выполняли тем же способом, облучение не проводили.

По окончании 30-ти суточного наблюдения всех доживших кроликов выводили из эксперимента передозировкой препарата Золетил® 100 (Вирбак, Франция), а затем вскрывали. В случае гибели животных до завершения периода наблюдения аутопсию проводили в день гибели.

Проявления лучевого компонента оценивали по 30-ти суточной выживаемости, средней продолжительности жизни павших животных (СПЖ) и динамике клеточного состава периферической крови, течение нелучевого компонента КРМП – по гибели животных в течение первых суток после операции. Исход КРМП также как и течение лучевого компонента оценивали по 30-ти суточной выживаемости. Выполняли межгрупповое сравнение показателей в группах «Облучение» и «КРМП», «Повреждение» и «КРМП».

Течение изолированного ОРП. Облучение в дозе 6 Гр вызвало развитие у кроликов типичной костномозговой формы острого радиационного поражения средней степени тяжести, что соответствовало ранее полученным данным (патент РФ № 2799704, G09B 23/28, опубл. 10.07.2023). Выживаемость в группе составила 66,7 ± 19,2 при СПЖ равной 7,7 ± 3,2 сут. (таблица 2).

Таблица 2 – Выживаемость и СПЖ кроликов в зависимости от условий экспериментального воздействия

Показатель, единицы измерения Группы животных Облучение Повреждение АВФ КРМП АВФ Гибель в первые сутки после операции, число павших животных не оценивали 0 0 Гибель в период с 2 по 30 сут, число павших животных 3 5 4 СПЖ, сут 7,7 ± 3,2 7,2 ± 5,5 9,3 ± 5,3 Выжило особей (исходно) 4 (7) 2 (7) 3 (7) Выживаемость, % 66,7 ± 19,2 28,5 ± 17,1 42,8 ± 18,7

В группе с изолированной травмой выживаемость кроликов составила 28,5 ± 17,1 %, а СПЖ – 11,5 ± 3,9 сут. (таблица 2). Значимых различий средних значений количественных показателей клеточного состава периферической крови по сравнению с исходными (до нанесения травмы) не выявили (таблица 3-6). Гибель животных была связана с развитием полиорганной недостаточности вследствие генерализации инфекционного процесса (пневмония, перитонит). У павших кроликов также диагностировали признаки гнойно-септических осложнений раны мягких тканей конечности.

В группе кроликов с комбинированным поражением выживаемость составила 42,8 ± 18,7 %, а СПЖ – 9,3 ± 5,3 сут. Комбинированная травма обусловила значимое (р ≤ 0,05) снижение числа лейкоцитов на 3, 5, 7 и 9 сутки постлучевого периода; лимфоцитов сразу по окончании оперативного вмешательства и на 1, 3, 5, 7 и 9 сутки постлучевого периода; тромбоцитов на 7 и 9 сутки постлучевого периода, по сравнению с исходным (до облучения и нанесения травмы) числом клеток соответствующего вида в периферической крови. Гибель животных данной группы была связана, как и у животных группы «Повреждение», с развитием полиорганной недостаточности вследствие генерализации инфекционного процесса (пневмония).

Значимых различий по показателям выживаемости и СПЖ между групп «Повреждение» и «КРМП» не выявили. В отличие от показателей количества лейкоцитов, лимфоцитов и тромбоцитов. Так, на сроках 3, 5, 7 и 9 сут. в группе с КРМП диагностировано значимое (р ≤ 0,05) снижение количества лейкоцитов по сравнению с показателями группы с изолированной травмой, а на сроках исследования сразу же после выполнения операции, 1, 3, 5, 7 и 9 сут. – значимое (р ≤ 0,05) снижение количества лимфоцитов, а на сроках 5, 7 и 9 сут. – значимое (р ≤ 0,05) снижение количества тромбоцитов.

Совокупность ОРП средней степени тяжести и механической травмы средней степени должны были привести к развитию КРМП тяжелой степени тяжести (Инструкция по диагностике, медицинской сортировке и лечению пострадавших с комбинированными радиационными поражениями на этапах медицинской эвакуации, 1988). Однако комплекс диагностических критериев указывает на воспроизведение КРМП средней степени тяжести, что является закономерным, так как каждый из компонентов терапии был реализован с проведением антибактериальной поддержкой, которая способствовала профилактике инфекционных осложнений ОРП и механической травмы. Данное условия позволило стандартизировать моделируемое комбинированное поражение по степени тяжести и комплексу лечебных мероприятий.

Таким образом, в предлагаемом изобретении разработана модель комбинированного радиационного-механического поражения, в которой сочетаются условия последовательного воспроизведения острого радиационного поражения и травмы конечности с обширным повреждением мягких тканей с выполнением первичной хирургической обработки и последующей установкой аппарата внешней фиксации, что позволяет создать стандартизированные условия для оценки эффективности новых средств и методов лечения КРМП.

Таблица 3 – Динамика количества лейкоцитов в крови кроликов в зависимости от условий экспериментального воздействия

Группа Число лейкоцитов, ×10⁹/л Фон После операции На сутки послеоперационного периода 1 3 5 7 9 15 21 30 Повреждение 7,4±3,2 4,8±2,5 5,9±2,1 7,0±1,1 10,5±3,2 12,1±4,3 11,9±5,0 8,5±3,4 8,9±1,4 10,2±3,8 КРМП 6,7±4,6 2,6±1,6 4,7±3,8 0,8±0,8^{*, 1} 2,0±1,2^*,1 2,1±1,5^*,1 0,7±0,4^*,1 7,3±7,9 7,9±3,3 8,1±5,1 ^* – различия значимы (р≤0,05) по сравнению с группой «Повреждение»; ¹ – различия значимы (р≤0,05) по сравнению с значениями до облучения

Таблица 4 – Динамика количества лимфоцитов в крови кроликов в зависимости от условий экспериментального воздействия

Группа Число лимфоцитов, г/л Фон После операции На сутки послеоперационного периода 1 3 5 7 9 15 21 30 Повреждение 3,3±2,3 1,5±1,1 1,6±0,4 2,1±1,0 2,7±0,7 2,4±1,0 2,7±1,3 3,2±1,0 3,2±0,3 3,0±0,4 КРМП 3,6±2,4 0,4±0,1^{*, 1} 0,4±0,5^{*, 1} 0,4±0,1^{*, 1} 0,4±0,4^{*, 1} 1,1±1,4¹ 0,2±0,1^{*, 1} 1,4±1,3 3,9±4,9 1,4±1,4 ^* – различия значимы (р≤0,05) по сравнению с группой «Повреждение»; ¹ – различия значимы (р≤0,05) по сравнению с значениями до облучения

Таблица 5 – Динамика количества тромбоцитов в крови кроликов в зависимости от условий экспериментального воздействия

Группа Число тромбоцитов, ×10⁹/л Фон После операции На сутки послеоперационного периода 1 3 5 7 9 15 21 30 Повреждение 379,7±160,5 284,0±162,0 211,3±37,0 418,8±204,4 492,3±99,5 431,0±225,9 357,8±73,6 424,0±130,1 479,5±198,7 340,0±18,4 КРМП 355,4±213,3 212,0±76,7 158,6±50,8 213,8±127,8 151,7±148,7^* 67,8±33,9^{*, 1} 36,0±13,4^{*, 1} 466,0±137,0 397,3±17,0 484,0±233,8 ^* – различия значимы (р≤0,05) по сравнению с группой «Повреждение»; ¹ – различия значимы (р≤0,05) по сравнению с значениями до облучения

Таблица 6 – Динамика количества эритроцитов крови кроликов в зависимости от условий экспериментального воздействия

Группа Число эритроцитов, ×10¹²/л Фон После операции На сутки послеоперационного периода 1 3 5 7 9 15 21 30 Повреждение 6,6±1,4 4,3±2,1 4,4±2,1 5,5±1,0 5,1±0,2 5,0±1,4 5,5±2,1 6,0±0,3 5,7±1,5 5,4±0,7 КРМП 6,6±1,8 3,9±1,2 6,1±1,3 6,3±1,7 5,0±0,9 5,8±1,0 4,6±0,6 4,6±0,3 6,1±1,3 5,0±1,9

Изобретение относится к медицине, а именно к военно-полевой хирургии, экспериментальной медицине и радиобиологии. Спустя час после кратковременного гамма-облучения в дозе 6 Гр животным наносят механическую травму конечности, иссекая скальпелем участок кожи 10,0 × 5,0 см по наружной поверхности конечности от средней трети бедра до средней трети голени. На один час накладывают зажимы Микулича на мышцы бедра и голени и выполняют первичную хирургическую обработку обширного повреждения мягких тканей конечности. Обработав повреждение, накладывают аппарат внешней фиксации и наблюдают за животным в течение 30 суток. Способ позволяет изучить общебиологические и патофизиологические процессы, развивающиеся при лучевой патологии в комбинации с обширным повреждением мягких тканей конечности, что в свою очередь позволяет оценить эффективность новых средств и методов лечения комбинированного радиационно-механического поражения. 6 табл., 1 пр.

Способ моделирования комбинированного радиационно-механического поражения, включающий кратковременное равномерное гамма-облучение животных, обширное механическое повреждение мягких тканей конечности, отличающийся тем, что, спустя один час после кратковременного равномерного гамма-облучения в дозе 6 Гр, животным наносят механическую травму конечности, иссекая скальпелем участок кожи 10,0 × 5,0 см по наружной поверхности конечности от средней трети бедра до средней трети голени, на мышцы бедра и голени на один час накладывают зажимы Микулича, затем выполняют первичную хирургическую обработку обширного повреждения мягких тканей конечности и накладывают аппарат внешней фиксации, с последующим наблюдением за животным в течение 30 суток.