СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ОЖОГА КОЖИ ГОРЯЧЕЙ ЖИДКОСТЬЮ НА КРЫСАХ
METHOD AND DEVICE FOR MODELING OF SKIN BURNS WITH HOT LIQUID ON RATS

Изобретение относится к экспериментальной медицине, комбустиологии, патологической физиологии, радиобиологии, хирургии, реаниматологии, судебной медицине, а именно к способам моделирования термического ожога кожи горячей жидкостью на мелких лабораторных животных, и может быть использовано в практике медицинских, физиологических экспериментов.
Для моделирования ожогов кожи в эксперименте используют нагретый металл (Dahiya Р., 2009; Campelo А.Р., 2011), электричество (Zelt R. G., 1988) и горячую воду (Pfurtscheller K. et al., 2013). Метод нанесения контактного ожога подразумевает аппликацию нагретого металла на предварительно выбритую кожу животного на определенное время (Dahiya Р., 2009). Площадь контакта и температура воздействия зависит от формы и размера металлического нагревательного элемента. Недостатком этого метода является неоднородная глубина прогревания тканей. Модели электрических ожогов очень сложны в исполнении и обычно требуют крупных животных, таких как обезьяны, для создания условий, схожих с таковыми у людей (Zelt R.G., 1988). Моделирование ожогов горячей водой получили широкое распространение в экспериментальной медицине и некоторыми экспертами считаются стандартными для животных моделей (Abdullahi А., 2014).
Известно описание устройства для моделирования ожога кожи горячей жидкостью у крыс, которое представляет собой полую конструкцию из полиэтиленового пластика в виде правильной четырехугольной призмы, нижняя апертура которой размером 6×9 см служит «трафаретом» для ожога кожи экспериментального животного (Pfurtscheller K. et al., 2013). Конструкция плотно прижимается к коже животного нижними гранями, наполнение формы горячей жидкостью осуществляется через верхнюю апертуру. Описано устройство для моделирования ожоговой раны на крысах (патент BY 7927 Респ. Беларусь № u 20110576, G09B 23/00, А61В 17/00, опубл. 28.02.12), которое представляет собой металлическую камеру в форме параллелепипеда. Нижние грани камеры плотно прижимаются к спине экпериментального животного, через верхнюю апертуру в камеру подается горячая жидкость, которая удаляется из устройства по системе трубок, вмонтированных в стенку камеры. Общими недостатками данных конструкций являются:
1. трудоемкость процесса моделирования, требующая участия в нем нескольких человек;
2. нахождение резервуара с горячей жидкостью сверху над животным, что при нарушении герметичности в месте контакта кромки устройства с кожей животного из-за неровностей рельефа может привести к протеканию горячей жидкости, изменению площади и глубины термического воздействия на ткани, создать угрозу травмы для экспериментаторов;
3. невозможность изменения площади контакта кожи с горячей жидкостью не позволяет использовать одно устройство для моделирования ожогов кожи различной площади;
4. техническая сложность изготовления устройств, требующая специализированного оборудования и персонала.
Описание метода моделирования ожога горячей водой на крысах в большинстве исследований сводится к тому, что после выбривания шерсти животное укладывается на спину в трафарет из термостойкого пластика с окном заданной площади, соответствующей обжигаемой области кожи (Xie Т., Niu Y., Ge K., Lu S., 2008; Cevik О. [et al.], 2012; Baer L.A. et al., 2013). При этом техническое описание самого устройства не приводится, что создает трудности для воспроизведения результатов эксперимента.
В основу изобретения положена задача создания способа, позволяющего более точно моделировать ожоги кожи горячей жидкостью заданной площади и глубины на крысах разной массы. При этом процесс моделирования должен быть безопасным для людей, технически простым и не трудоемким, обеспечивать возможность произвольного, контролируемого и легкого изменения площади воспроизводимого поражения. Конструкция устройства должна быть простой, а используемые для ее воспроизведения материалы - доступными и недорогими. Цель изобретения в обеспечении однотипности площади и равномерной глубины ожога кожи горячей жидкостью различных степеней тяжести в сравниваемых группах мелких лабораторных животных.
Данная задача решается за счет способа моделирования ожога кожи горячей жидкостью на крысах, заключающегося в том, что после проведения общей анестезии раствором Золетил 50 (20 мг/кг), шерсть на спине животного сбривают, затем осуществляют разметку области моделирования ожога заданной площади при помощи перманентного маркера и животное укладывается в устройство, состоящее из силиконового трафарета (1), ручек (2) из плетеного синтетического шнура диаметром 0,5 см, влитых в структуру формы, набора ограничителей разного диаметра (5) из синтетической москитной сетки, которые крепятся по периметру отверстия трафарета (3) при помощи пришивных металлических кнопок (4) к влитой в структуру силикона москитной сетке, выступающей из краев отверстия трафарета на 0,5 см, затем дно устройства погружается в емкость с горячей жидкостью заданной температуры на определенное время, по истечению которого, устройство извлекают из емкости с горячей жидкостью, при этом полученный участок ожога кожи имеет форму эллипса, площадь которого легко рассчитывается по формуле и может быть задана заранее при разметке кожи животного.
Техническим результатом приведенной совокупности признаков является возможность моделирования и воспроизведения в серии опытов равномерных и однотипных ожогов кожи горячей жидкостью на крысах различной массы заранее рассчитанной площади и глубины, а так же возможность произвольного, контролируемого и легкого изменения площади воспроизводимого поражения с точностью до 1% поверхности тела животного (р<0,05, n=55), при этом процесс моделирования безопасен для людей, технически не сложен и может быть выполнен одним человеком, конструкция устройства проста, используемые для ее воспроизведения материалы - доступные и недорогие.
Сущность изобретения поясняется рисунками, на которых изображено:
на фиг. 1. Устройство для моделирования ожога кожи горячей жидкостью на крысах (А - вид сверху; Б - вид снизу): 1 - силиконовый трафарет, 2 - ручки из плетеного синтетического шнура, 3 - отверстие трафарета, 4 - пришивные металлические кнопки, 5 - ограничитель из синтетической москитной сетки, 5 - спина животного;
на фиг. 2. Создание формы-отпечатка торса крысы в растворе строительного гипса: А - погружение торса животного в раствор гипса до начала его отвердевания; Б - готовая форма-отпечаток торса крысы в растворе гипса;
на фиг. 3. Изготовление гипсового макета торса крысы: А - заливка гипсового макета в форму-отпечаток торса животного; Б - готовый гипсовый макет торса крысы, извлеченный из формы;
на фиг. 4. - заливка гипсового макета торса крысы свечным парафином, растопленным на водяной бане;
на фиг. 5. - внешний вид формы для заливки силиконового трафарета: 6 - гипсовый макет торса крысы, залитый парафином; 7 - москитная сетка; 8 - плетеный синтетический шнур для ручек трафарета; 9 - герметизация щелей скульптурным пластилином;
на фиг. 6. - расчет площади эллипса для разметки области моделирования ожога кожи на крысе: А - схема, Б - изготовленный трафарет для разметки (объяснения в тексте).
на фиг. 7. - заливка формы двухкомпонентным силиконом: 6 - гипсовый макет торса крысы; 10 - двухкомпонентный силикон;
на фиг. 8. - ограничитель из москитной сетки с подшитыми к нему металлическими кнопками;
на фиг. 9. - разметка области моделирования ожога кожи на крысе;
на фиг. 10. - размещение животного в устройстве для моделирования ожогов кожи: А - вид сверху; Б - вид снизу без монтирования ограничителя; В - вид снизу с ограничителем из москитной сетки;
на фиг. 11. - схема моделирования ожога кожи горячей водой (А - вспомогательное оборудование, Б - процесс моделирования): 1 - силиконовый трафарет; 11 - емкость с горячей водой; 12 - нагревательный элемент для поддержания заданной температуры воды; 13 - мультиметр для контроля температуры воды в емкости; 14 - игольчатая термопара К-типа;
на фиг. 12. - участок моделирования ожога кожи горячей водой 12% поверхности тела (54,4 см)/ III ст. (по МКБ-10) туловища крысы массой 396 г (температура воды 90°С, экпозиция 15 с): А - внешний вид через 1 мин. после воздействия; Б - внешний вид на 21-е сутки после воздействия.
Для создания устройства используются:
1 двухкомпонентный формовочный силикон - 0,5 кг;
1. гипс строительный - 1 кг;
2. парафин свечной П-2 - 0,4 кг;
3. пластилин скульптурный - 0,1 кг;
4. москитная сетка - 40×40 см;
5. кнопки пришивные металлические d 7 мм - 6 шт;
6. плетеный синтетический шнур d 0,5 см - 30 см.
Изготовление заливочной формы начинается с создания отпечатка торса крысы в растворе строительного гипса. После общей анестезии, животное помещается в полиэтиленовый пакет для предотвращения его загрязнения и спиной погружается в разведенный раствор гипса до начала его отвердевания (фиг 2). После застывания отпечатка создают гипсовый макет торса крысы: в образовавшийся отпечаток помещают раствор гипса в полиэтиленовом пакете для предотвращения его адгезии к форме (фиг. 3); после отвердевания, макет извлекают, скалывают острые углы и шлифуют неровности под струей воды. Полное высыхание макета происходит в течение 1-2 суток. После высыхания, гипсовый макет помещают на дно пластикового контейнера, в котором в дальнейшем будет формироваться силиконовый трафарет, и заливают растопленным на водяной бане свечным парафином (фиг. 4). После полного застывания парафина, его единым блоком с гипсовым макетом извлекают из пластикового контейнера, наносят отверстия и продевают в них свободные концы двух отрезков плетеного синтетического шнура диаметром 0,5 см необходимой длины для формирования ручек трафарета, выстилают москитной сеткой, помещают обратно в пластиковый контейнер, герметизируют скульптурным пластилином щели между стенками контейнера и парафином, отверстия вокруг шнура (фиг. 5).
Область воздействия горячей воды на кожу животного будет иметь форму эллипса, площадь которого рассчитывается по формуле:
S=π*a*h,
где а - длина малой полуоси эллипса, b - длина большой полуоси эллипса, π - математическая постоянная, приблизительно равная 3,14 (фиг. 6). Исходя из планируемой средней площади ожога кожи, из миллиметровой бумаги вырезают эллипс соответствующей площади и по нему осуществляют разметку маркером на вершине гипсового макета. Получившаяся линия служит верхней границей уровня заливаемого силиконового трафарета. После смешивания основной массы жидкого силикона с катализатором, производится его заливка в форму до размеченного уровня (фиг. 7). После полного застывания, силиконовый трафарет извлекают из формы и обрезают выступающие из него части москитной сетки. Москитную тетку, закрывающую отверстие получившегося силиконового трафарета рассекают на несколько сегментов, к которым подшивают одну из частей пришивных металлических кнопок, вторую часть подшивают к ограничителю нужной площади (фиг. 8).
Таким образом, устройство для моделирования ожога кожи горячей жидкостью на крысах состоит из силиконового трафарета (1), ручек (2) из плетеного синтетического шнура диаметром 0,5 см, влитых в структуру формы, набора ограничителей разного диаметра (5) из синтетической москитной сетки, которые крепятся по периметру отверстия трафарета (3) при помощи пришивных металлических кнопок (4) к влитой в структуру силикона москитной сетке, выступающей из краев отверстия трафарета на 0,5 см.
Работает устройство следующим образом. После проведения общей анестезии раствором Золетил 50 (20 мг/кг), введенного внутримышечно в бедро животного, шерсть на спине животного сбривают при помощи машинки для стрижки волос. Осуществляют разметку области моделирования ожога заданной площади при помощи перманентного маркера (Фиг. 8). Животное укладывается в устройство таким образом, чтобы центр и границы размеченной области на спине совпадали с центром и границами отверстия трафарета (Фиг. 9). Ограничитель из москитной сетки служит для предотвращения чрезмерного проваливания животного в отверстие трафарета при моделировании обширных ожогов кожи. Моделирование ожога кожи осуществляется путем погружения дна устройства в емкость с горячей жидкостью заданной температуры на определенное время (Фиг. 10). По истечению заданного времени воздействия, устройство извлекают из емкости с горячей жидкостью. Полученный участок ожога кожи имеет форму элипса, его площадь легко рассчитывается по указанной формуле и может быть задана заранее при разметке кожи животного (Фиг. 11).
2
2
2
Нами был поставлен эксперимент требующий моделирования ожога кожи горячей водой III ст. (по МКБ-10) со средней площадью от 10 до 12% поверхности тела на крысах средней массы 250 г. Описанное устройство позволило нам на 46 животных средней массы 249,4 г (среднее квадратическое отклонение (СКО)=24,88) воспроизвести ожог кожи площадью 37,06 см (95% доверительный интервал (ДИ)=1,85 см, СКО 6,24, n=46), что составило в среднем 10,79% поверхности тела (95% ДИ=0,5%, СКО=1,69, n=46). Следующая серия экспериментов потребовала воспроизведения ожогов той же площади относительно поверхности тела крысы, но на животных большей массы. После предварительного расчета необходимой площади термического воздействия на кожу и ее разметки на 9 крысах средней массой 398 г (СКО=32,6) при помощи того же устройства были воспроизведены ожоги кожи средней площадью 50,9 см (95% ДИ=3,8 см, СКО=4,9, n=9), что составило 11,2% поверхности тела (95% ДИ=1,0%; СКО=1,4; n=9).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Устройство для моделирования ожоговой раны у лабораторного животного: пат. 7927 Респ. Беларусь, А.В. Глуткин, Т.В. Ковальчук, В.И. Ковальчук; заявитель Гродн. гос. мед. ун-т - № u 20110576; заявл. 15.07.11; опубл. 28.02.12. //  - 2012. - №1. - С. 256
2. Abdullahi, A. Jeschke Animal models in burn research / A. Abdullahi, S. Amini-Nik, M.G. Jeschke // Cell Mol Life Sci. - 2014. - Vol. 71 (17). - P. 3241-55.
3. An optimized animal model for partial and total skin thickness burns studies / A.P. Campelo [et al] // Acta Cir Bras. - 2011. - Suppl 1: Vol. 26. - P. 38-42.
4. Contributions of severe burn and disuse to bone structure and strength in rats / L.A. Baer [et al.] // Bone. - 2013. - Vol. 52 (2). - P. 644-650.
5. Dahiya, P. Burns as a model of SIRS / P. Dahiya // Front Biosci. - 2009. - Vol. 14. - P. 4962-4967.
6. High-voltage electrical injury: chronic wound evolution / R.G. Zelt [et al.] // Plast Reconstr Surg. - 1988. - Vol. 82 (6). - P. 1027-1041.
7. Innovative scald burn model and long-term dressing protector for studies in rats / Pfurtscheller K. [et al.] // Journal of Trauma and Acute Care Surgery. -2013. - Vol. 74. - №. 3. - P. 932-935.
8. Lycopene inhibits caspase-3 activity and reduces oxidative organ damage in a rat model of thermal injury / O. Cevik [et al.] // Burns. - 2012. - Vol. 38. - №. 6. - P. 861-871.
9. Xie, T. Regulation of keratinocyte proliferation in rats with deep, partial-thickness scald: modulation of cyclin D1-cyclin-dependent kinase 4 and histone H1 kinase activity of M-phase promoting factor / T. Xie, Y. Niu, K. Ge, S. Lu // J Surg Res. - 2008. - Vol. 147 (1). - P. 9-14.