Способ моделирования обструкции трахеи в лабораторных условиях Российский патент 2025 года по МПК G09B23/28 A61B17/00 

Изобретение относится к медицине, в частности к фармакологии, оториноларингологии, пульмонологии и реаниматологии, и может быть использовано для срочного скрининга в лабораторных условиях фармакологических средств при их внутритрахеальных, внутрибронхиальных и внутрилегочных инъекциях по наблюдению на глаз за динамикой аэрации легких в режиме реального времени.

Проблема срочного устранения острого удушья, возникшего вследствие обструкции дыхательных путей, и предотвращения смерти пострадавших от гипоксического повреждения клеток головного мозга, является актуальной и социально значимой, так как она сопровождает такие состояния, как асфиксия новорожденных, утопление детей и взрослых в ледяной и горячей воде, легочные ранения, травмы грудной клетки, асфиксия кровью при раке легких, туберкулез легких, бронхоэкстатическая болезнь и COVID-19. Срочная диагностика острой респираторной обструкции с помощью лучевых методов диагностики в критических ситуациях затруднена и ее наличие проявляется только сохранением удушья несмотря на проводимое искусственное дыхание. Экспериментальное моделирование острой обструкции трахеи позволяет осуществлять срочный скрининг фармакологических средств и технологий их локального применения с целью разработки новых лекарственных средств и методов экстренной медицинской помощи при острой обструкции трахеи и гортани.

Известен способ моделирования обструкции дыхательных путей в верхней части трахеи и гортани, включающий использование живых беспородных собак, введение им в поверхностную вену ноги внутривенного катетера, внутривенное введение тиопентала натрия в дозе 10 мг/кг с помощью установленного внутрисосудистого катетера, использование в качестве вспомогательной жидкости раствора Рингера, содержащего лактат, достижение стадии наркоза, последующее укладывание животного на стол навзничь с вытянутой шеей, помещение на тело собаки электрокардиографических (ЭКГ) отведений, наблюдение за животным с помощью осциллографа (Tektronix 414, Бивертон, Орегон), поддержание анестезии ингаляциями 3%-ного раствора галотана в смеси закиси азота и кислорода в соотношении 50:50 с помощью маски и титрования до исчезновения роговичных рефлексов и принятия животным неподвижного состояния, выбривание передней часть шеи, выполнение низкой трахеостомии посредством введения через вертикальный разрез трахеи между кольцами 4 и 5 эндотрахеальной трубки диаметром 7,0 мм, прекращение использования закиси азота, поддержание анестезии с использованием 3%-ного раствора галотана и кислорода в соотношении 50:50, открывание рта собаки с помощью большого вагинального зеркала, наблюдение на глаз за гортанью с его помощью, уменьшение глубины анестезии вплоть до появления роговичных рефлексов и подергивания ног, гипервентилирование животного путем серии из десяти вдохов 100% кислорода в течение 15 секунд, опрыскивание голосовых связок 2,5 мл 0,1 или 0,2 моль/л раствора гидроксида аммония с помощью длинного катетера, присоединенного к шприцу, введение в трахею через разрез в ней катетера, соединенного с датчиком давления и завершающегося на рабочем конце эластичным баллоном, обеспечивающего регистрацию внутриглоточного давления при условии размещения средней части баллона между голосовыми отростками, и осуществление скрининга испытуемого лекарственного средства и технологии его применения на динамику величины силы сдавливания баллона, после чего осуществление эвтаназии под глубоким наркозом с помощью болюсной инъекции хлорида натрия без восстановления сознания (Henderson PS, Cohen JI, Jarnberg РО, Smith JD, Stevens W. A canine model for studying laryngospasm and its prevention. Laryngoscope. 1992;102(11):1237-1241. doi: 10.1288/00005537-199211000-00006).

Недостатком известного способа является узкая сфера применения, низкая эффективность, точность и безопасность, так как способ основан на использовании живых беспородных собак, которые могут укусить исследователей, заразить их инфекцией, глистами, и применении средств для наркоза, которые требуют специальных условий, оборудования, устройств и электричества. Кроме этого, средства для внутривенной и ингаляционной анестезии оказывают токсическое действие на организм людей, участвующих в эксперименте.

Помимо этого, известный способ не обеспечивает прямую визуализацию на глаз динамики аэрации (воздушности) легких экспериментальных животных в режиме реального времени. В то же время, именно прекращение аэрации легких и их вентиляции при обструкции трахеи и ларингоспазме является причиной удушья, гипоксемии и смерти пострадавших.

При этом критические ситуации с удушьем могут быть при разных температурных режимах: от глубокой гипотермии до высокой гипертермии. Однако известный способ не обеспечивает скрининг при выбранной температуре в условиях локальной гипотермии, нормотермии и гипертермии в диапазоне 0 - +42°С.

Известен способ моделирования острой респираторной обструкции путем асфиксии кровью, включающий аспирацию живой крысе 45-55% объема циркулирующей крови, потерю которой в организме крысы восполняют внутривенным введением раствора Рингера, и последующее введение раствора тромбопластина из расчета 10-20 мг/кг животного (RU 2285961).

Недостатком известного способа является узкая сфера применения, низкая эффективность, точность и безопасность, так как способ не предназначен для срочного скрининга фармакологических средств и технологий их внутритрахеального, внтрибронхиального и внутрилегочного введения в лабораторных условиях без живых экспериментальных животных, без забора у них половины циркулирующего объема крови, без внутривенного инфузионного введения раствора Рингера и последующего введения раствора тромбопластина из расчета 10-20 мг/кг животного. Дело в том, что известный способ основан на использовании живых крыс, которые могут стать причиной укуса исследователя по неосторожности и/или агрессивности животных. При этом известный способ имеет большую трудоемкость, низкую скорость восполнения утраченного объема крови крысе, так как иначе у нее развивается сердечная недостаточность с кардиогенным отеком легких.

Кроме этого, известный способ требует специальных условий и устройств (инфузаторов) для инфузионного введения раствора Рингера. При этом введение большого объема жидкости (в среднем 3,5-4 мл) в дыхательные пути крысы вызывает смертельное удушье, что приводит к гибели животных от утопления и к невозможности создания известной модели.

Известен способ моделирования обструкции дыхательных путей, включающий использование живых лабораторных животных, которым осуществляют ингаляции диоксида азота в концентрации 30-40 мг/м³ ежедневно в течение 1,5-2 часов не менее 60 дней подряд (RU 2360296).

Недостатком известного способа является узкая сфера применения, так как способ не предназначен для срочного скрининга фармакологических средств и технологий их внутритрахеального, внутрибронхиального и внутрилегочного введения в лабораторных условиях по динамике аэрации легких на глаз в режиме реального времени.

Помимо этого, недостатком известного способа является его низкая точность, эффективность и безопасность, так как способ не обеспечивает стандартизированные условия скрининга, что не обеспечивает повторяемость получаемых результатов. Дело в том, что ингаляции диоксида азота в концентрации 30-40 мг/м³ ежедневно в течение 1,5-2 часов не менее 60 дней подряд исключают стандартизацию как самого способа моделирования обструкции дыхательных путей, так и качественных и количественных характеристик создаваемой биологической модели, поскольку известный способ допускает применение ингаляций диоксида азота на протяжении 60, 100, 300, 600 или более дней подряд. Поэтому известный способ не обеспечивает высокую скорость создания биологической модели, точность и срочность скрининга фармакологических средств.

К тому же, известный способ не содержит точную разовую, суточную и курсовую дозу применяемого диоксида азота. Это снижает стандартизируемость и повторяемость биологического моделирования обструкции дыхательных путей, что снижает точность последующего скрининга фармакологических средств.

Задачей изобретения является расширение сферы применения, повышение эффективности, точности и безопасности.

Поставленная цель достигается за счет использования в лабораторных условиях при выбранной температуре изолированного органокомплекса легких с трахеей, выделенного из выбранного экспериментального животного сразу после эвтаназии, выдавливания воздуха из легких вплоть до состояния спавшихся легких, герметичного пережатия канала трахеи и размещения органокомплекса в медицинском лотке в условиях естественного освещения, что обеспечивает прямое наблюдение на глаз за состоянием аэрации (воздушности) легких, изменением цвета их поверхности, а также введение испытуемых фармакологических средств непосредственно в трахею, в выбранный бронх или в выбранную долю правого и/или левого легкого.

Техническим результатом является высокая скорость создания модели за счет размещения в медицинском лотке изолированного органокомплекса спавшихся легких с трахеей, канал которой полностью сдавлен хирургическим зажимом наложенным вблизи краев ее отверстия, наличия условий для точного введения исследуемого лекарства в выбранную часть органа дыхания и наблюдения на глаз за изменением динамики аэрации легких при локальном применении исследуемых фармакологических средств в условиях выбранной температуры в режиме реального времени, при исключении травматических повреждений и инфекционных заражений исследователей от экспериментальных животных, токсических воздействий от лекарственных средств для наркоза, а также необходимости использования электричества.

Сущность способа моделирования обструкции трахеи в лабораторных условиях, включающего размещение жизнеспособной части тела экспериментального животного в горизонтальное положение с возможностью прямого наблюдения на глаз за проходимостью дыхательных путей для воздуха, перекрытие канала в верхнем участке трахеи путем полного смыкания ее стенок, заключается в том, что органокомплекс легких с трахеей, изолированный сразу после эвтаназии животного, размещают в медицинском лотке при выбранной температуре в диапазоне 0 - +42°С в условиях естественного освещения, выдавливают воздух из легких вплоть до состояния спавшихся легких, после чего перекрывают канал трахеи наложением хирургического зажима в непосредственной близости от краев ее открытого отверстия.

В заявленном способе за счет создания биологической модели обструкции дыхательных путей в лабораторных условиях с использованием органокомплекса легких с трахеей, изолированного сразу после эвтаназии животного, расширяется сфера применения, повышается точность, эффективность и безопасность, так как такая модель обеспечивает высокую стандартизированность, срочный скрининг фармакологических средств, легкость и точность их введения в избранную часть ткани легких, в избранный бронх или в избранную часть трахеи, а также оценку влияния фармакологических средств на аэрацию легких и исключает влияние грудной клетки, стенок брюшной полости животного, средств для наркоза и других лекарств на аэрацию легких.

Размещение органокомлекса легких с трахеей в медицинском лотке при выбранной температуре в диапазоне 0 - +42°С в условиях естественного освещения обеспечивает стандартизированность модели и точность наблюдения на глаз за динамикой аэрации легких в режиме реального времени. Дело в том, что функциональная активность органа дыхания и механизм действия лекарственных средств на него при локальном применении лекарств зависит от величины их локальной температуры. Заявленный способ обеспечивает скрининг аэрационной активности фармакологических средств в условиях выбранной температуры в диапазоне 0 - +42°С. Это исключает случайное, неведомое для исследователей изменение локальной температуры органа дыхания в изолированных условиях и влияние неучтенного охлаждения и/или нагревания на эффективность действие лекарств и аэрацию легких. К тому же, заявленная модель обеспечивает скрининг фармакологических средств не только в условиях нормотермии, то есть при температуре около +37°С, но и в условиях гипотермии, то есть при охлаждении ниже +37°С вплоть до 0°С, а также в условиях локальной гипертермии, а именно - при нагревании до +42°С. При этом границы диапазона температуры соответствуют границам сохранения жизнеспособности тканей человека и теплокровных животных при локальной гипотермии и гипертермии, а также максимально возможным величинам охлаждения органа дыхания у людей при утоплении в ледяной воде в зимнее время года и максимально возможным величинам нагревания органа дыхания у людей при асфиксии горячей пищей в случаях необходимости оказания неотложной медицинской помощи в связи с удушьем. Это исключает неконтролируемое изменение температуры в органокомплексе, поэтому повышает точность, а также исключает его преждевременное разрушение от кристаллизации воды в клетках и тканях при замораживании и от денатурации вследствие сваривания в кипятке.

Выдавливание воздуха из легких вплоть до состояния спавшихся легких, наложение хирургического зажима на трахею поперек ее длинника в непосредственной близости от краев ее открытого отверстия до полного сдавливания канала трахеи создает условия для раздувания легких при использовании модели с целью срочного скрининга фармакологических средств. Это стандартизирует технологию создания обструкции трахеи, повышает эффективность и точность способа.

Способ осуществляют следующим образом. Сразу после эвтаназии животного изолируют его органокомплекс легких с трахеей, который размещают в медицинском лотке при выбранной температуре в диапазоне 0 - +42°С в условиях естественного освещения, выдавливают воздух из легких вплоть до состояния спавшихся легких, после чего полностью перекрывают канал трахеи наложением хирургического зажима на трахею в непосредственной близости от краев ее открытого отверстия.

Пример. В условиях ярко освещенной солнечными лучами лаборатории в летнее время года при комнатной температуре воздуха +25°С и в условиях удовлетворительного освещения солнечными лучами холодной комнаты в зимнее время года в условиях средних широт России при температуре воздуха в комнате +0°С был использован известный и заявленный способы.

В первой серии опытов сразу после эвтаназии 5 взрослых здоровых беспородных кроликов изолировали из их тел органокомплексы с трахеями, отсеченными от гортаней. На этот процесс было затрачено исследователями каждый раз от 20 до 25 минут. Затем каждый органокомплекс с трахеей был размещен в отдельный медицинский лоток при выбранной температуре окружающего воздуха +25°С в условиях естественного освещения. После этого сразу же из легких был выдавлен воздух вплоть до придания состояния спавшихся легких и в этом состоянии был наложен хирургический зажим на каждую трахею поперек ее длинника в непосредственной близости от краев ее открытого отверстия до полного передавливания канала трахеи. На этот процесс исследователи потратили в каждом случае от 20 до 30 секунд. В сумме способ моделирования обструкции трахеи для скрининга фармакологических средств потребовал от исследователей в каждом случае не более 26 минут.

Во второй серии опытов сразу после эвтаназии 5 взрослых здоровых беспородных кроликов изолировали из их тел органокомплексы с трахеями, отсеченными от гортаней. На этот процесс было затрачено исследователями каждый раз от 20 до 25 минут. Затем каждый органокомплекс с трахеей был размещен в отдельный медицинский лоток при выбранной температуре окружающего воздуха +0°С в условиях естественного освещения. После этого сразу же из легких был выдавлен воздух вплоть до придания состояния спавшихся легких и в этом состоянии был наложен хирургический зажим на каждую трахею поперек ее длинника в непосредственной близости от краев ее открытого отверстия до полного передавливания канала трахеи. На этот процесс исследователи потратили в каждом случае от 20 до 30 секунд. В сумме способ моделирования обструкции трахеи для скрининга фармакологических средств потребовал от исследователей в каждом случае не более 26 минут.

В третье серии опытов, проведенных в аналогичный летний день в этой же лаборатории при температуре воздуха в комнате +25°С и естественном освещении моделирование обструкции дыхательных путей в верхней части трахеи было осуществлено на 5 живых беспородных собаках, в поверхностную вену ноги каждой из которых устанавливали внутривенный катетер, затем осуществляли внутривенное введение тиопентала натрия в дозе 10 мг/кг с помощью установленного внутрисосудистого катетера, при этом в качестве вспомогательной жидкости использовали раствор Рингера, содержащий лактат, и достигали стадии наркоза. Эта часть моделирования обструкции трахеи заняла в каждом случае от 35 до 45 минут. Затем после полного обездвиживания животных они были уложены на стол навзничь с вытянутой шеей, на тело каждой собаки были установлены датчики от электрокардиографа, затем осуществляли наблюдение за животными с помощью осциллографа и поддерживали глубину общей анестезии ингаляциями 3%-ного раствора галотана в смеси закиси азота и кислорода в соотношении 50:50 с помощью маски и титрования до исчезновения роговичных рефлексов и принятия животным неподвижного состояния. Сразу после этого выбривали у каждой собаки переднюю часть шеи. На эту часть способа моделирования в каждом случае исследователи потратили от 60 до 80 минут. После этого у каждой собаки выполнили низкую трахеостомию посредством введения через вертикальный разрез трахеи между кольцами 4 и 5 эндотрахеальной трубки диаметром 7,0 мм, прекратили использование закиси азота, поддержание анестезии с использованием 3%-ного раствора галотана и кислорода в соотношении 50:50, осуществили открывание рта собаки с помощью большого вагинального зеркала, начали наблюдение на глаз за гортанью с его помощью, уменьшили глубину анестезии вплоть до появления роговичных рефлексов и подергивания ног. В этот период одна из 5 собак сжала зубами 2 пальца исследователя и нанесла раны. Этот процесс занял в каждом случае 30 - 45 минут. После этого осуществили гипервентилирование животных путем серии из десяти вдохов 100% кислорода в течение 15 секунд, а затем опрыскивали голосовые связки раствором 0,1 или 0,2 моль/л гидроксида аммония, вводимым в объеме 2,5 мл с помощью длинного катетера, присоединенного к шприцу. Сразу же вводили в трахею через разрез в ней катетер, соединенный с датчиком давления и завершающийся на рабочем конце эластичным баллоном, обеспечивающим регистрацию внутриглоточного давления при условии размещения средней части баллона между голосовыми отростками. На эту процедуру потратили в каждом случае от 5 до 7 минут. При этом у одной из участниц эксперимента развился приступ бронхоспазма как индивидуальной гипереакции на раздражение средствами, применявшимися для ингаляционного наркоза. В сумме способ моделирования обструкции трахеи для скрининга фармакологических средств потребовал от исследователей в каждом случае от 130 до 177 минут.

Таким образом, заявленный способ обеспечил высокую скорость создания биологической модели острой обструкции трахеи на изолированном органокомплексе легких с трахеей, что является подтверждением возможности использования этой модели для срочного скрининга в лабораторных условиях фармакологических средств при их внутритрахеальных, внутрибронхиальных и внутрилегочных инъекциях по наблюдению на глаз за динамикой аэрации легких в режиме реального времени.

Следовательно, разработанный способ моделирования обструкции трахеи для скрининга фармакологических средств обеспечивает высокую скорость создания биологической модели на изолированном органокомплексе легких с трахеей, что свидетельствует об отсутствии опасности для получения укушенной травмы и инфекционного заражения исследователей от экспериментальных животных, токсических воздействий от средств для наркоза, а также необходимости использования электричества. Заявленный способ пригоден для осуществления скрининга фармакологических средств в лабораторных условиях, поскольку создает условия для точного введения исследуемого лекарства в выбранную часть органа дыхания и наблюдения на глаз за изменением динамики аэрации легких при локальном применении исследуемого фармакологического средства в условиях выбранной температуры в режиме реального времени при исключении травматических повреждений и инфекционных заражений исследователей от экспериментальных животных, токсических воздействий от средств для наркоза, а также необходимости использования электричества.

Изобретение относится к медицине, в частности к фармакологии, оториноларингологии, пульмонологии и реаниматологии. Органокомплекс легких с трахеей, изолированный сразу после эвтаназии экспериментального животного, размещают горизонтально в медицинском лотке при выбранной температуре в диапазоне от 0 до +42°С в условиях естественного освещения. При этом обеспечивают возможность прямого визуального наблюдения за проходимостью дыхательных путей. Затем устраняют просвет внутри канала в верхнем участке дыхательных путей путем смыкания их стенок. Выдавливают воздух из легких до состояния спавшихся легких. После этого накладывают хирургический зажим на трахею поперек ее длинника у краев ее открытого отверстия до сдавливания трахеи. Способ позволяет создать модель для точного введения исследуемого лекарства в выбранную часть органа дыхания и наблюдения на глаз за изменением динамики аэрации легких при локальном применении исследуемых фармакологических средств в условиях выбранной температуры в режиме реального времени, обеспечить оценку влияния фармакологических средств на аэрацию легких. 1 пр.

Способ моделирования обструкции трахеи в лабораторных условиях, характеризующийся тем, что органокомплекс легких с трахеей, изолированный сразу после эвтаназии экспериментального животного, размещают горизонтально в медицинском лотке при выбранной температуре в диапазоне от 0 до +42 °С в условиях естественного освещения с возможностью прямого визуального наблюдения за проходимостью дыхательных путей, устраняют просвет внутри канала в верхнем участке дыхательных путей путем смыкания их стенок, при этом выдавливают воздух из легких до состояния спавшихся легких, после чего накладывают хирургический зажим на трахею поперек ее длинника у краев ее открытого отверстия до сдавливания трахеи.