Способ определения уровня ишемии травмированных мышечных тканей Советский патент 1992 года по МПК G01N33/483 

1i

(21)4849281/14

(22) 23.05.90

(46)30.10.92. Бюл. N 40

(75) В.М. Дерюжов, Н.М. Кузнецов и П.А.

Яцын

(56)Шмидт Р., Геве Г., Физиология человека, М., Мир. 1985, т. 3.

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ ИШЕМИИ ТРАВМИРОВАННЫХ МЫШЕЧНЫХ ТКАН ЕЙ

(57)Способ определения уровня ишемии травмированных мышечных тканей. Использование: травматология, сосудистая хирургия, военно-полевая хирургия, медицина катастроф. Целью изобретения является ускорение и упрощение способа. Сущность изобретения: исследуемый участок мягких тканей просвечивают потоком слабого коротковолнового инфракрасного излучения с длиной волны 960 нм и по отклонению значения степени пропускания от степени пропускания непораженных тканей определяют жизнеспособность ишемизиро- ванных тканей. 3 ил., 3 табл.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано в травматологии, сосудистой хирургии, военно-полевой хирургии, и особенно, в медицине катастроф для выбора метода лечения.

Ишемия - типовой патологический процесс, относящийся к группе растройств местного кровообращения и не связанный непосредственно с насыщением крови кислородом. Этиология ишемии может быть различна, но патогенез ишемии типичен и характеризуется постоянством признаков, Прогрессирование ишемии ведет к изменению клеточного метаболизма, в тканях быстро накапливаются недоокисленные продукты обмена веществ: молочная и другие кислоты, возникает ацидоз, нарушается обмен аминокислот, происходит их распад, накапливается аммиак, ишемический токсин.

Элемент ишемии всегда присутствует при повреждениях, ранениях, синдроме длительного сдавления, а также при сосудистых заболеваниях. Для выбора правильного метода лечения необходимо не только установить факт ишемии, но и дать егс количественную оценку, что особенно затруднительно на данных стадиях развития процесса. В сложившейся клинической практике оценка ишемии и жизнеспособности мышечной ткани производится хирургом чаще всего визуально, т.е субъективно. В связи с этим нередко возникает необходимость в реампутации, повторной хирургической обработке, а возникновение инфекционных осложнений нередко приводит к летальному исходу.

Известны физические способы определения ишемии мягких тканей путем электромиографии,полярографии, электротермометрии, флюориметрии Однако указанные способы могут констатировать явление ишемии, ко давать количественную оценку в короткий промежуток времени. Эти способы не MOI ут быть применены в ходе операции.

Применение гистологических методов дает достаточно полные сведения о строении и функциональном состоянии биологических тканей в норме и патологии. Однако использование подобных методов исследования исключает раннюю диагностику и предполагает наличие препаратов биотка- ней, получаемых путем иссечения их из живого организма.

Гистохимические исследования требуют применения криогенной техники, специальных реактивов, цитоспектрофотометрическо- го контроля.

Биохимические методы лишь косвенным образом подтверждают степень ишемии, требуют специального оборудования, фотометрической и хроматографической аппаратуры, а также отличаются сложностью подготовки образцов для исследования.i

Все указанные методы трудоемки, требуют участия специально подготовленного персонала и дорогостоящей аппаратуры, реактивов и материалов и не относятся к экспресс-диагностике. Кроме этого многие из них не могут быть применены на живом объекте и, естественно, не могут быть применены в ходе оперативного вмешательст- ва.

Наиболее близким по достигаемому эффекту к заявляемому способу является способ оценки насыщения крови кислородом - оксигемометрия. Оксигемометрия основана на различии спектров поглощения оксиге- моглобина и гемоглобина, при этом кровь облучают видимым светом в диапазоне 620- 680 нм и инфракрасными лучами с длиной волны 810 нм. Оксигемоглобин поглощает ближнее инфракрасное излучение с длиной волны 810 нм, восстановленный гемоглобин поглощает видимый свет в диапазоне 620- 680 нм.

Способ-прототип позволяет выявить эффективность внешнего дыхания и слаженность функций сердечно-сосудистой и дыхательной систем.

Целью изобретения является ускорение и упрощение способа..

Цель достигается тем, что в способе экс- пр есс - определения степени ишемии мягких тканей на живом обьекте исследуемый участок мягких тканей просвечивают потоком слабого коротковолнового ИК-излуче- ния с длиной волны 960 нм и по отклонению значения степени пропускания от пропускания ИК-излучения через непораженную ткань определяют жизнеспособность ише- мизированных тканей..

Способ осуществляется с помощью установки, блок-схема которой представлена на фиг. 1; на фиг. 2 - график зависимости степени пропускания ИК-излучения через мягкие ткани от времени ишемии; на фиг. 3

- график прогрессирования некроза мягких тканей при огнестрельном ранении лапы кролика с помощью предлагаемого метода. В табл. 1 представлены данные измерений степени ишемии мягких тканей в зависимости от времени,

В табл. 2 представлены данные измерений степени ишемии мягких тканей после нанесения огнестрельного ранения в лапу кролика.

Способ осуществляется следующим образом.

Через здоровые, а далее через ишеми- зированные участки мышечной ткани, толщиной 5 мм пропускали слабое коротковолновое ИК-излучение с помощью светодиода 2 и воспринимающее это излучение фотодиода 3, по регистрирующему прибору 6 снимали показания, по которым судили о степени ишемии.

Установка, позволяющая определить степень ишемии состоит из: генератора импульсов 1 ГС-54, излучающего устройства - светодиода АЛ-107В 2 и воспринимающего это излучение - фотодиода ФД-27К 3, по регистрирующему прибору б снимали показания в относительных единицах. Светоди- од и фотоид располагали на противоположных браншах пинцета 4. Сигнал от фотодиода подавали на усилитель напряжения постоянного тока У-5-10. после усиления сигнал шел на регистрирующее устройство - осциллограф Cl-68 5. Тарирование измерительной аппаратуры производили перед каждым замером, путем сведения бранш пинцета с расположенными на его концах источником и приемником ИК-излучения на воздушный промежуток 5 мм. При этом путем регулировки усиления осциллографа на его экране устанавливали амплитуду сигнала 1в. После чего производили измерения пропускания ИК-излучения через неповрежденную мышечную ткань. Измерения проводили трехкратно. Амплитуда сигнала устанавливалась перед каждым измерением. Время одного измерения -10с.

Величину пропускания ИК-излучения определяют по отношению амплитуды напряжения, на экране осциллографа к тари- ровочному уровня 1 В. Положение ручек регулировке усиления осциллографа и усилителя оставляют неизменными. При проведении большинства измерений коэффициент усиления усилителя У5-10 не превышал 10, а масштабирующий усилитель осциллографа используют на пределе 1 В/см.

Для проведения экспериментов использовали кроликов средним весом 5 кг. Наркоз

животных на протяжении всех экспериментов осуществляли дробным внутримышечным введением смеси кеталара и фенозепама.

Проведение первой серии экспериментов на 20 кроликах имело целью определить границы необратимых изменений мышечной ткани, используя модель острой ишемии лапы кролика, путем наложения жгута на основание лапы.

После проведения замеров на неише- мизированной мышечной ткани на уровне паховой складки кролика накладывают жгут. Дальнейшие измерения проводят ежечасно, трехкратно, в одних и тех же точках. После проведения замеров и регистрации показаний осциллографа проводят забор образцов измеряемой ткани на гистологическое и гистохимическое исследование. Длительность каждого эксперимента составляла 8 ч. Из показаний прибора для каждого часа измерений рассчитывают среднюю величину.

После 8 ч ишемии проводят контроль качества наложения жгута, для подтверждения отсутствия кровообращения в конечности. Контроль проводят, используя внутривенное введение насыщенного раствора Родамина 6Ж, с последующим, через 40 мин наблюдением флюоресценции тканей. Возбуждение флюоресценции проводят источником ультрафиолетового излучения с длиной волны 340 нм. Отсутствие флюоресценции тканей ниже места наложения жгута свидетельствует о полном прекращении кровотока в лапе кролика.

Относительная погрешность осциллографа С1-68 и усилителя У5-10 с учетом долговременного дрейфа после 30 мин прогрева не превышает долей процента и при дальнейших расчетах не учитывали. Относительная погрешность усилителя У5-10, не превышает ±0,5%. Соответствующая погрешность осциллографа не превышает ±8%, таким образом общую аппаратную погрешность измерений оценивают, как не превышающую ±8...9%.

На основании статистической обработки экспериментальных данных, полученных на 20 кроликах выводят зависимость степени ишемии мышечной ткани от времени наложения жгута и показаний установки. Исходя из показаний установки их времени ишемии строят график, (фиг. 2). Дисперсия измерений не превышала 0,075.

Сравнивая результаты показаний установки сданными гистологических и гистохимических исследований образцов измеренных тканей делали вывод о степени

ишемии: чем меньше значение показателей на выходе установки, тем больше слепень ишемии мягких тканей. При достижении показаний установки 0,25 дальнейшего пзде- ния показаний во времени не происходило (фиг. 2, табл. 1). Данное значение принимали за критическое при определении жизнеспособности тканей и ориентировались на него при иссечении нежизнеспособных тканей в огнестрельной ране, при проведении следующей серии экспериментов.

С целью подтверждения преимуществ предлагаемого способа провели вторую серию экспериментов на 10 кроликах, которым после аналогичного обезболивания наносили огнестрельное ранение в мягкие ткани лапы кролика из пистолета системы Марголинз, калибр 5,6 мм, с расстояния 10 см, таким образом, чтобы избежать повреждения магистральных сосудов и кости. Во всех 10 случаях ранения были сквозными. После ранения раны хирургической обработке не подвергались, швы на рану не накладывались. Измерения степени

пропускания проводили сразу после нанесения ранения, затем через 2, 4, 6, 8, и в последующем через каждые 24 ч от момента ранения на протяжении трех суток (фиг. 3. табл. 2). Калибровка измерительной аппаратуры проводилась перед каждым замером по методике, описанной выше.

Анализ полученных данных показал, что первые признаки ишемии после огнестрельного ранения наблюдали через 2 ч после

травмы, но только через 48 ч количественные показатели ишемии свидетельствовали о необратимости патологических измене ний на расстоянии 1 см от стенок раневого канала. При осмотре раны через 48 ч визуальные признаки некроза отсутствовали и появились через 72 ч после ранения В процессе второй серии экспериментов проводили забор измеряемой ткани на гистологические и i истохимические исследовзния, которые давали оценку состояния мышечной ткани, в данной точке и в это же время. Гистологические и гистохимические изменения в иссеченных образцах мышечной ткани соответствовали изменениям, хэрактерным для морфологической картины ишемии, вплоть до некроза тканей, при показаниях установки 0,25, оттарировзнной при проведении первой серии экспериментов.

Способ поясняется примером.

Для проведения эксперимента исполь зовали кролика средним весом пять шло грамм. Наркоз на протяжении ornro эксперимента осуществляли дробным RHVT

римышечным введением кеталара ифенозе- пама.

После наркотизации животного проводится рассечение кожи на бедре и измерение пропускания ИК-излучения через неповрежденную мышечную ткань. Измерение проводили трижды при помощи пинцета на концах бранш которого расположены источник и приемник ИК-излучения, при этом строго соблюдали постоянство толщи- ны захвата ткани, которая составляла 5 мм, что достигается фиксированным механическим упором на пинцете.

После этого на уровне паховой складки накладывали жгут. Дальнейшие измерения проводили ежечасно, трехкратно, в одних и тех же точках с соблюдением стабильного толщины захватываемой ткани.

После каждого часа замера и перед наложением жгута проводили забор измеряв- мой ткани на морфологические, гистохимические и биохимические исследования с целью подтверждения и оценки жизнеспособности мышечной ткани, оценки уровня ее ишемии. Одновременно прово- дили электротермометрию измеряемой ткани.

-уровень ишемии измеряли в относительных единицах, т.к. показатели ишемии определяли по отношению амплитуды на- пряжения, измеренного на экране осциллографа к тарировочному уровню, равному 1

В.

-степень напряжения кислорода в тканях зависит от вида тканей, так например исходная величина напряжения кислорода

в мышцах, в нормальных условиях, составляет 25-30 мм рт.ст., а в подкожной клетчатке - 35-43 мм рт.ст.

Для подтверждения преимуществ пред- ложения проводили серию экспериментов с созданием острой ишемии указанным способом и попыткой выявить корреляцию между степенью напряжения кислорода в нормальной и ишемизированной мышечной ткани и показателями степени пропускания ИК - лучей через эту же ткань. Измерение напряжения кислорода проводили на отечественном полярографе ППТ-1. Одновременно проводили электротермометрию и забор тканей на гистолоческие, гистохимические и биохимические исследования (молочная кислота, гяюкозо-6-фосфат). Молочную кислоту определяли колориметрическим методом с н-оксидифенилом; а глюкозо -6-фосфат по нарастанию неорганического фосфата после щелочного гидролиза. При проведении анализа полученных данных в течении первого часа происходило падение напряжения кислорода до 1 мм

рт.ст., а в дальнейшем не отмечали напряжения 02 в измеряемых тканях (0 мм рт.ст.). Количественные показатели содержания молочной кислоты и глюкозо-6-фосфата говорили о переходе тканей на анаэробный цикл питания, параллельно снижались показатели температуры измеряемой ткани (табл. 3 соотношения уровня ишемии мышечной ткани сданными напряжения кислорода, содержанием молочной кислоты, глюкозо-6-фосфата, температуры). Параллельный анализ морфологических исследований при показаниях установки от 0,5 до 0,25 свидетельствовали о прогрессирующих изменениях в мышечной ткани). При показаниях 0,25 отмечался лизис миофибрилл, сливные участки миоцитолиза).

-полярографический метод определяли напряжения кислорода в тканях говорит о нарушениях тканевого дыхания, но не гибели тканей, т.к. при ишемии ткани переходят на анаэробный цикл питания (гликолиз) в процессе которого (при прогрессировании ишемии) погибают, что соответствует определенным показателям содержания в тканях молочной кислоты, глюкозо-6-фосфата, температуре тканей и глубине их морфологических изменений.

-согласно общепринятой классификации (2 Всесоюзный симпозиум по актуальным проблемам ишемии органов и тканей и ранним постишемическим расстройствам, 1979), при острой ишемии можно выделить 3 уровня обмена, через которые проходят любые ткани в процессе ишемии.

1 уровень- высокая интенсивность процессов гликолитической регенерации энергии и высокая интенсивность потребления энергии. 2 - уровень - снижение интенсивности процессов гликолитической генерации энергии, на фоне высокой, или несколько сниженной скорости потребления преобразованной АТФ, глюкозо-6-фос- фата. 3 уровень - полное отсутствие процессов гликолитической регенерации при полном отсутствии АТФ в тканях.

Характер и степень ишемических повреждений находятся в прямой зависимости от длительности острой ишемии,

Способ к обратимости развившихся изменений обусловлена степенью расстройства метаболизма и функции, она сохранена при первом уровне острой ишемии, снижена при втором, и резко, необратимо нарушена при третьем уровне острой ишемии.

Согласно трем уровням ишемии, параллельно с определением их количественных границ авторы изучали степень метаболли- ческих расстройств морфологических изменений в здоровых и ишемизированных

тканях. В связи с этим выделены количественные уровни ишемии, связанные в прямо пропорциональной зависимости со степенью пропускания ИК-лучей через мышечные ткани;

1уровень ишемии: 0,75-0,5 (0-2 ч ишемии)

2уровень ишемии: 0,5-0,25 (2-4 ч ишемии)

3уровень ишемии: 0,25, свыше 4 ч, где показания, установки характеризуется стабильностью, а уровень метаболических расстройств в тканях носят необратимый характер, т.е. состояние мышечной ткани достигает предела, когда далее она, как биологический субстрат с определенной функцией, существовать не может, хотя

по общепринятым визуальным признакам жизнеспособности (цвет, сократимость, кровоточивость, консистенций) мышечная ткань жива.

Примечание. Величину пропускания определял ПО отношению амплитуды напряжения, измеренного на «кране осциллографа Uon. « тарировочному уровню Um. равному 1В.

Таблица 2

Примечание Величину пропускания определяли по отношению амплитуды напряжения, измеренного на крене осциллографа Uen.

тэрировочному уровню Um, равному 1В.

Использование изобретения позволяет быстро, количественно, с достаточной степенью точности определить степень ишемии мягких тканей и по их показателям определить жизнеспособность тканей на живом объекте.

Формула изобретения

Способ определения уровня ишемии травмированных мышечных тканей путем оценки функционального состояния исследуемой ткани с последующим сравнением полученного показателя с контролем, отличающийся тем, что, с целью ускорения и упрощения способа, исследуемый участок мягкой ткани просвечивают потоком коротковолнового инфракрасного излучения с длиной волны 960 нм, а в качестве контроля используют участок неповрежденной ткани.

Таблица 1

Соотношения уровней ишемии мышечной ткани с данными напряжения кислорода, содержанием молочной кислоты, глюкозо-6-фосфата, электротермометрии, морфологическими исследованиями.

с.3ич(

0,8 07

0,6 05 О О Of О

Фиг

ад

08

or

0,6

о о о о о

-Щ5Г

Фиг 3

IT

ЬРЕНЯ

64RCAX

Ј PG. м 0

Ъ 1OCOJC