Способ моделирования термического ожога у подопытных крыс и устройство для его осуществления
THERMAL BURN MODELLING METHOD IN EXPERIMENTAL RATS AND DEVICE FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Группа изобретений относится к медицине и может быть использована в патологической физиологии.
Известен способ экспериментального моделирования термического ожога у лабораторных животных с помощью лазера (RU 2472232 С2, 10.01.2013). Способ позволяет стандартизировать эксперимент, четко соблюдать заданные критерии площади и глубины ожога.
Однако несмотря на то что в способе используется электромагнитное излучение, он является контактным  и требует тщательной депиляции. Даже коротко остриженная шерсть животного препятствует прогреванию тканей при действии термического агента и затрудняет получение стандартных термических ожогов. С помощью медной пластинки, которая используется в устройстве для осуществления способа, можно нанести ожог только на плоские участки тела животного. Применяемое в способе оборудование (лазер и тепловизор) характеризуется высокой стоимостью. В виду того что стекло не пропускает инфракрасное излучение, линзы для объектива тепловизора необходимо делать из специальных и дорогих материалов.
Прототипом предлагаемого способа является способ экспериментального моделирования термического ожога у лабораторных животных, известный из описания к патенту RU 2582458 С1, 27.04.2016. Устройство для осуществления известного способа является аналогом предлагаемого устройства.
Способ включает использование в качестве термического агента электромагнитного излучения и контроль температуры в зоне ожога. В качестве источника электромагнитного излучения и устройства, позволяющего контролировать температуру непосредственно на коже в зоне ожога, используют инфракрасную (ИК)  паяльную станцию, оснащенную внешней термопарой. Площадь ожога измеряют с помощью устройства, содержащего снабженный рукояткой каркас с неподвижно закрепленным стеклом. На нижнюю поверхность стекла, обращаемую при измерении к коже, нанесена измерительная сетка с квадратными ячейками определенной площади. Стекло закреплено в каркасе так, что нижняя его поверхность отстоит от нижнего края каркаса на расстоянии, исключающем контакт нижней поверхности стекла с ожоговой раной. Стандартный термический ожог заданной площади и степени наносят экспериментальным животным используя найденные параметры режима его нанесения.
Недостатком способа, известного из описания к патенту RU 2582458 является измерение площади и нанесение ожога с помощью устройства, содержащего каркас с неподвижно закрепленным стеклом, которое не позволяет ограничить площадь воздействия инфракрасного излучения на кожу животного и получить четкие границы ожога.
Группа изобретений направлена на решение технической проблемы, заключающейся в создании способа моделирования термического ожога у подопытных крыс и устройства для его осуществления, обеспечивающих стабильные характеристики течения раневого процесса,  в частности, короткое время нагрева и направленное нагревание облучаемого участка до заданной температуры, а также равномерный прогрев, который охватывает всю облучаемую поверхность с глубоким проникновением в живые ткани (применительно к моделированию ожога на животных).
Технический результат группы изобретений – получение модели термического ожога при стабильных характеристиках течения раневого процесса, сравнимых по глубине и площади поражения тканей, а также примерно равной скорости и полноте заживления ран у подопытных животных.
Сущность группы изобретений выражается в совокупности существенных признаков, в которой способ моделирования термического ожога у подопытных крыс, включающий общую анестезию животного и нанесение инфракрасным излучением термического ожога на его кожу, отличается от ближайшего аналога тем, что термический ожег на коже животного получают устройством для осуществления способа, описанным ниже, при этом задние конечности крысы располагают горизонтально, а в центре подготовленного участка кожи крысы размещают центральное рабочее отверстие фокусирующей пластины и концевой контакт термопары устройства, гибкий провод которой прижимают фокусирующей пластиной к коже животного, затем на равном расстоянии от центрального рабочего отверстия фокусирующей пластины устанавливают края съемной опорной насадки, закрепленной на конце излучателя устройства, включают инфракрасное излучение, выбирают оптимальные параметры ожога на дисплее блока управления источника инфракрасного излучения, удаляют провод и концевой контакт термопары из-под фокусирующей пластины и на выбранный участок кожи воздействуют инфракрасным излучением с параметрами, установленными на дисплее.
В частных случаях выполнения способа для горизонтального расположения задних конечностей крысы между ними размещают сложенную бумажную салфетку или марлевую салфетку, а подготовку выбранного участка кожи проводят выстриганием шерсти с последующей химической депиляцией на наружной поверхности левого бедра и частично на наружной поверхности подвздошной области.
Упомянутое выше устройство для осуществления способа содержит фокусировочную пластину и источник инфракрасного излучения с дисплеем блока управления, причем, источник инфракрасного излучения соединен гибкими проводами с внешней термопарой и с излучателем, выполненным в виде ручки с опорной насадкой, а фокусировочная пластина выполнена с рукояткой для установки между поверхностью тела животного и торцом насадки, ориентированным к животному, при этом фокусировочная пластина имеет толщину от 1 до 2,5 мм и выполнена из полированной нержавеющей стали с центральным рабочим отверстием диаметром от 15 до 17 мм для определения границ термического ожога путем ограничения светового пятна излучателя на поверхности тела животного.
В частных случаях выполнения или использования устройства расстояние от торца опорной насадки до торца ручки может быть выполнено равным 30 мм.
Сущность группы изобретений поясняется чертежом, где на фиг. 1 дан общий вид устройства для осуществления способа моделирования термического ожога у подопытных крыс, на фиг. 2 – подопытная крыса, подготовленная для осуществления способа, на фиг. 3 – размещение в центре подготовленного участка кожи фокусирующей пластины и концевого контакта термопары и на фиг. 4 – воздействие инфракрасным излучением на выбранный участок кожи.
Устройство для осуществления способа моделирования термического ожога у подопытных крыс содержит фокусировочную пластину 1 и электронный блок 2 с регулятором температуры излучателя и с дисплеем 3 блока управления.
Для получения инфракрасного излучения может использоваться, например, инфракрасная паяльная станция Ya Xun YX865D . Эта станция имеет внешнюю термопару, что позволяет контролировать зону нагрева с точностью до 1 градуса. Контроль нагрева осуществляют двумя рукоятками управления: «Power set» (левый регулятор блока управления) - мощность излучения ИК лампы. «Temp set» (правый регулятор блока управления) - установка температуры от 50° до 450°С. В комплект станции входят защитные очки защищающие сетчатку глаза от излучения.
Технические характеристики станции Ya Xun YX865D: напряжение питания: 220 В; общая мощность: 300 Вт; мощность лампы инфракрасного излучателя: 120 Вт; термопара: K-типа.
Электронный блок 2 соединен гибкими проводами 4 с внешней термопарой 5 и с излучателем, выполненным в виде ручки 6 с размещенной внутри инфракрасной лампой и с опорной насадкой 7.
Фокусировочная пластина 1 имеет рукоятку 8 для установки между поверхностью тела животного и торцом насадки 7, ориентированным к животному, толщину от 1 до 2,5 мм и выполнена из полированной нержавеющей стали с центральным рабочим отверстием 9 диаметром от 15 до 17 мм для определения границ термического ожога путем ограничения светового пятна излучателя на поверхности тела животного.
В частных случаях выполнения или использования устройства расстояние от торца опорной насадки 7 до торца ручки 6 может быть равно 30 мм.
При осуществлении способа моделирования термического ожога у подопытных крыс (самцов крыс Вистар) животных вводят в состояние общей анестезии внутримышечной инъекцией комбинацией препаратов Ксила и Золетил 100, после чего удаляют выстриганием с последующей химической депиляцией шерсть с наружной поверхности левого бедра и отчасти подвздошной области.
Между задних лап крысы вставляют сложенную в несколько раз мягкую бумажную или марлевую салфетку 10, что придает левой конечности животного относительно ровное горизонтальное положение для удобства применения фокусировочной пластины 1 и излучателя, выполненного в виде ручки 6, на которую установлена опорная насадка 7.
В центре выбранного участка кожи бедра крысы помещают концевой контакт термопары 5. Гибкие провода 4, соединяющие термопару 5 и электронный блок 2, придавливают фокусирующей пластиной 1, которую удерживают за рукоятку 8. Термопару 5 применяют лишь на этапе выбора температурно-временных режимов воздействия, так как в области соприкосновения провода 4 с краем отверстия 9 фокусирующей пластины 1 возникает засвечивание небольшого участка кожи под пластиной 1, что искажает конфигурацию раны.
На фокусировочную пластину 1 устанавливают излучатель, выполненный в виде ручки 6 с опорной насадкой 7. Излучатель размещают на фокусировочной пластине 1 таким образом, чтобы отверстие 9 в пластине 1 оказалось по центру опорного кольца опорной насадки 7.
Затем, включают электронный блок 2.
При наличии термопары 5 в области нагрева тканей на дисплее 3 блока управления электронного блока 2, отражается текущая температура на поверхности облучаемого участка кожи животного. Для выбора оптимальных параметров ожога используют различные сочетания температурно-временного режима инфракрасного облучения, когда по истечении определенного времени температура поверхности в месте ожога достигает желаемых значений. Различные сочетания температурно-временного режима инфракрасного облучения обеспечивает фокусировочная пластина 1 толщиной от 1 до 2,5 мм с центральным рабочим отверстием 9 диаметром от 15 до 17 мм.
Существенность граничных значений числовых диапазонов, характеризующих выполнение фокусировочной пластины 1, подтверждается примерами ее выполнения с толщиной 1 мм, 0,75 мм и 2,5 мм и с центральным рабочим отверстием 9 диаметром, соответственно, 15 мм, 16 мм и 17 мм.
Наилучшие результаты для выбора оптимальных параметров ожога достигаются при использовании фокусировочной пластины 1 толщиной 0,75 мм с центральным рабочим отверстием 9 диаметром 16 мм. Фокусировочная пластина 1 с такими параметрами обеспечивает необходимое сочетание отвода лишнего тепла с достаточной площадью ожога и способствует формированию постоянного размера термической травмы по площади и глубине.
При выполнении фокусировочной пластины с толщиной менее 1 мм или с толщиной более 2,5 мм и, соответственно, с центральным рабочим отверстием диаметром менее 14 мм и более 17 мм, подбор параметров ожога существенно затруднен из-за несоответствия теплоемкости фокусировочной пластины 1, зависящей от ее толщины, и размеров фокусировочных пятен, границы которых проходят по кромке центрального рабочего отверстия 9.
Осуществление способа моделирования термического ожога у подопытных крыс посредством разработанного устройства  поясняется следующими примерами.
Для разработки модели термического ожога у крыс Вистар после предварительного скрининга работы инфракрасного облучателя при различных температурных условиях были испытаны три температурно-временных режима:
1) Облучение в течение 2 минут до достижения температуры поверхности раны 200°С.
2) Облучение в течение 90 секунд до достижения температуры поверхности раны 150°С.
3) Облучение в течение 30 секунд до достижения температуры поверхности раны 100°С.
Каждый режим инфракрасного облучения был испытан на 6 крысах.
Наблюдение за животными начинали непосредственно с момента нанесения ожога и продолжали до формирования рубцовой ткани в области раны.
Непосредственно после вызывания термического ожога внешний вид раны у крыс независимо от выбранного температурно-временного режима был практически одинаков и характеризовался формированием плотной светло-коричневой корочки круглой формы диаметром 16-17 мм. Во всех случаях отмечали высокую повторяемость формы раны. В течение 5-10 минут у всех животных при всех режимах облучения начинал формироваться отек тканей вокруг раны.
Различия в протекании раневого процесса, выражающиеся во внешнем виде ран, начинали проявляться на 4-5-й день после нанесения ожога и становились наиболее показательными максимальными к 7-му дню. Наиболее тяжелое течение раневого процесса с ярко выраженными симптомами гнойно-некротической фазы наблюдали при максимальном из примененных режимов воздействия – 2 мин./200°С. При этом отмечали большую глубину поражения тканей с затрагиванием тазобедренного и коленного суставов с формированием отека голени вследствие повреждения вышележащих тканей. Во всех случаях при данном режиме воздействия в ранах находили гнойное отделяемое.
о
К 7-м суткам после облучения в течение 60 секунд до достижения температуры поверхности раны 150С у двух животных отмечали сохранение жесткого сухого струпа в целом сохранявшего округлую форму и имевшего воронкообразное вдавливание по центру. У четырех животных наблюдали полный секвестр струпа от краев раны, в глубине которой сразу после секвестра виднелись мышцы, имевшие вид вареного мяса.
При минимальном режиме облучения (30 сек/100°С) у всех шести животных на 7-е сутки струпы были сохранены, края ран не имели явных признаков воспаления, осложнения гнойно-воспалительного характера отсутствовали. При иссечении тканей раны было установлено некротическое повреждение всех слоев кожи и подлежащих скелетных мышц, что соответствует III-б степени ожога.
К концу 3-й недели после облучения в группе крыс, получивших термический ожог в режиме 90 сек/200°С, оставалось 4 животных. Два животных были подвергнуты эвтаназии из гуманных соображений на 18-й день после ожога ввиду разрушения тазобедренного сустава и невозможности нормально передвигаться.
У оставшихся животных раны были покрыты кровоточащими грануляциями с заметным эпителиальным слоем по периферии и при этом имели значительную площадь поверхности.
У двух животных, получивших ожог в режиме 60 сек/150°С, к исходу третьей недели раны были покрыты небольшим сухим вторичным струпом с выраженными признаками краевой эпителизации, либо имели стадию рубца со значительной степенью дегидратации.
о
У всех шести животных, получивших ожог в течение 30 секунд до достижения температуры поверхности раны 100С к исходу третьей недели раны полностью зажили и существенно заросли шерстью, рубец был минимальным и эластичным.
Таким образом, из трех изученных режимов создания ожоговой раны с помощью инфракрасного излучения в качестве оптимального был выбран режим минимального воздействия из изученных: в течение 30 секунд до достижения температуры поверхности раны 100°С. Данный режим позволяет получить модель термического ожога при стабильных характеристиках течения раневого процесса, сравнимых по глубине и площади поражения тканей, а также примерно равной скорости и полноте заживления ран у подопытных животных. Большее по времени и температуре воздействие на ткани вызывает существенные различия в заживлении ран у отдельных животных, а также приводит в отдельных случаях к тяжелым последствиям в виде разрушения суставов.