СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОТЕРМОХИМИЧЕСКОГО ОЖОГА ВЕРХНЕГО ОТДЕЛА ЖЕЛУДОЧНО-КИШЕЧНОГО ТРАКТА (ВАРИАНТЫ)
METHOD FOR SIMULATING ELECTROTHERMOCHEMICAL BURN OF UPPER GASTROINTESTINAL TRACT (VERSIONS)

Группа изобретений относится к медицине, а именно к экспериментальной медицине, хирургии, и предназначена для получения модели электротермохимического ожога верхних отделов желудочно-кишечного тракта в эксперименте.
В последние десятилетия увеличилось число детей с поражением пищевода дисковыми батарейками, что обусловлено ростом количества электронных игрушек и приборов. Частота попадания дисковой батарейки в пищевод составляет около 10 на 1 млн. населения в год, а 1 из каждых 1000 случаев проглатывания батарейки вызывает серьезные травмы желудочно-кишечного тракта [Разумовский А.Ю., Гераськин А.В., Обыденнова Р.В., Н.В. Куликова. Лечение химических ожогов пищевода у детей. Хирургия. Журнал им. Н.И. Пирогова 2012; 1: 43-48].
Наиболее близким аналогом первого варианта изобретения является способ моделирования интерорецепторного термического ожогового шока нехирургическим путем в остром эксперименте, заключающийся в том, что в желудок лабораторного животного через глотку вводят зонд соответствующего диаметра. На рабочем конце зонда выполняют герметично закрепленную к зонду эластичную оболочку. При этом область рабочего конца заполняют самовозгорающейся порошкообразной смесью. Далее в область рабочего конца вводят жидкость, инициирующую самовозгорание смеси. Затем, после сгорания смеси внутри желудка, зонд извлекают. В качестве самовозгорающейся порошкообразной смеси может быть использована смесь, состоящая из одной весовой части перманганата калия и полутора весовой части металлического магния. При этом в качестве жидкости, инициирующей самовозгорание смеси, используют концентрированный раствор серной кислоты [патент RU 2446483, 2012 г.].
Недостатками данного способа являются его воздействие только на желудок, системное воздействие на организм животного (ожоговый шок), сложность дозирования действия токсического агента (расчет химических реагентов) и гибель животного, как обязательный заключительный компонент воздействия.
Задачей первого варианта изобретения является создание модели локального электротермохимического ожога в верхнем отделе желудочно-кишечного тракта (пищевод) без фатального воздействия на организм животного с использованием разных промежутков времени воздействия (3, 6, 12, 24 часов и т.д.) с исключением возможного в практике наслоения действия лекарственных веществ, еды и т.д.
Технический результат при использовании первого варианта изобретения - повышение точности моделирования за счет получения локального электротермохимического ожога в верхнем отделе желудочно-кишечного тракта (пищевод) и дозирования времени действия токсического агента, исключение системного воздействия на организм животного, простота воспроизводимости.
В качестве объекта для моделирования инородного тела верхнего отдела желудочно-кишечного тракта используют карликовую домашнюю свинью возрастом 3-4 месяца массой 12 кг. Этот возраст животного моделирует размеры внутренних органов детей раннего возраста (до 4-х лет), которые по статистике наиболее подвержены электротермохимическим ожогам дисковых батарей [Litovitz Τ, Whitaker Ν, Clark L, White NC, Marsolek M: Emerging battery ingestion hazard: Clinical implications. Pediatrics 2010; 125(6): 1168-1177; Giampiero Soccorso1, Ole Grossman1, Massimo Martinelli2, Sean S Marven1, Kirtik Patel3, Mike Thomson4, Julian Ρ Roberts 1: 20 mm lithium button battery causing an oesophageal perforation in a toddler: lessons in diagnosis and treatment. Arch. Dis. Child. 2012; 97:8 746-747]. Механизм повреждения при попадании батарейки в пищевод включает коррозионное воздействие вытекающего электролита, токсическое воздействие, внешнее действие тока, некроз в результате давления [Разумовский А.Ю., Гераськин А.В., Обыденнова Р.В., Н.В. Куликова. Лечение химических ожогов пищевода у детей. Хирургия. Журнал им. Н.И. Пирогова 2012; 1: 43-48].
В качестве патологического агента используют дисковый литий-йодный элемент питания диаметром 20 мм, в частности - типоразмер 2025, что соответствует диаметру 20 мм и толщине 2,5 мм. Электродвижущая сила элемента питания составляет 3 вольта, стандартный ток - 1,5 ампера. Влажная окружающая среда пищевода и желудка приводит к замыканию между полюсами батарейки и электротермохимическому ожогу слизистой.
К принципиальным особенностям пищевода относится нейтральная среда (рН 5,8-7,4), отсутствие значимого содержимого большую часть времени, малый внутренний объем, наличие выраженного мышечного аппарата, наличие физиологических сужений. Эти особенности создают условия для локализации элемента питания за счет механического фактора (физиологические сужения), замыкание цепи элемента вызывает спазм мышечного аппарата и тем самым еще большую фиксацию на месте стояния.
К принципиальным особенностям среды желудка относится наличие содержимого большую часть времени, кислую среду (рН 1,5-1,8), значительный внутренний объем, замыкательный аппарат лишь на выходе. Эти особенности создают условия для замыкания цепи элемента питания через среду электролита (минерализация желудочного сока - до 8 г/л), секретируемого железами желудка, элемент способен свободно мигрировать по внутреннему объему желудка [Судаков К.В. Нормальная физиология. М.: Медицинское информационное агентство, 2006; 433]. Предпосылки к локализации и фиксации элемента питания крайне важны вследствие того, что дисковый элемент питания имеет конкретную точку наибольшей концентрации поражающих факторов: отрицательный полюс в области изолирующей прокладки между полюсами. Именно здесь наиболее благоприятные условия для замыкания электрической цепи, выхода электролита в просвет желудка, подкрепляемые механическим и термическим фактором, условно равно распределенным по всем частям дискового элемента питания.
Термический фактор повреждения имеет место вследствие того, что основная реакция элемента питания является экзотермической. В предложенной экспериментальной модели использовались литий-йодные элементы питания. Основная реакция:
2
При прямом контакте йодсодержащего (I) катода и лития (Li) в результате прямой химической реакции образуется твердый иодид лития (LiI).
Таким образом, один литий-йодный элемент питания способен выделить в виде тепла до 5,53 (5,536379132) кДж.
Изобретение иллюстрируется следующими фигурами: на фиг. 1 представлена схема моделирования по первому варианту изобретения; на фиг. 2 - то же, по второму варианту, где: 1 - пищевод, 2 - желудок, 3 - батарейки, 4 - корень языка, 5 - нити.
Предлагаемый способ моделирования ожога верхнего отдела желудочно-кишечного тракта (вариант 1) осуществляют следующим образом.
Дисковые элементы питания типоразмера 2025 в количестве 3 штук маркируют буквенным или цифровым кодом, наносимым царапинами на положительном полюсе, и фиксируют положительным полюсом к шовному материалу «шелк 3/0» различной длины: 10, 20, 30 см с помощью клея на основе эпоксидной смолы. Такая фиксация оставляет свободные поверхности и положительного и отрицательного полюса элемента питания, что позволяет возникнуть замыканию электрической цепи. Выбор клея обусловлен высокой инертностью кристаллизованной эпоксидной смолы и высокими адгезивными свойствами к металлу, что позволяет обеспечить высокое качество крепления нити и исключить дополнительные химические воздействия в области нахождения элемента питания [(А.Ф. Николаев, В.К. Крыжановский, В.В. Бурлов и др. Технология полимерных материалов / Под ред. В.К. Крыжановского. - СПб.: Профессия, 2008. - 544 с].
Лабораторных животных (карликовых домашних свиней) вводят в состояние наркотического сна путем внутримышечного введения 5% раствора кетамина. Наркоз инициируется болюсным внутримышечным введением 5% раствора кетамина из расчета 7,5 мг/кг и поддерживается введением такой же дозы каждые 15-20 минут. С целью снижения саливации в ротовой полости за 30 минут до инициации анестезии внутримышечно вводят 0,1% раствора атропина сульфата из расчета 0,1 мг/кг.
Доставка инородного тела в пищевод. Ранее подготовленные нити с прикрепленными элементами питания подшивают к корню языка и мягкому небу свободным от батареи концом нити, начиная с самой длинной нити (30 см), захватывают эндоскопическим зажимом и проталкивают в пищевод. Таким образом, патогенные агенты оказываются в разных отделах пищевода, чем моделируются физиологические и анатомические сужения, где наиболее чаще задерживаются инородные тела [Зубарев П.Н., Трофимов В.М. Хирургические болезни пищевода и кардии. СПб, Фолиант, 2005; 8].
По окончании вмешательства дожидаются «выхода» животного из состояния анестезии, наблюдая за восстановлением рефлексов. Животное освобождают от фиксации на операционном столе и поддерживают в положении приподнятого головного конца. В момент восстановления рефлексов со слизистой рта (появление пережевывающих и глотательных движений) животному в положении приподнятого головного конца дают микроструйно 10-20 мл воды порциями по 3-5 мл, чем достигается дополнительная стимуляция глотательных движений, способствующих распределению инородных тел дистальнее по пищеводу вплоть до достижения задаваемой нитью глубины.
Наиболее близким аналогом второго варианта изобретения является способ моделирования интерорецепторного термического ожогового шока нехирургическим путем в остром эксперименте, заключающийся в том, что в желудок лабораторного животного через глотку вводят зонд соответствующего диаметра. На рабочем конце зонда выполняют герметично закрепленную к зонду эластичную оболочку. При этом область рабочего конца заполняют самовозгорающейся порошкообразной смесью. Далее в область рабочего конца вводят жидкость, инициирующую самовозгорание смеси. Затем, после сгорания смеси внутри желудка, зонд извлекают. В качестве самовозгорающейся порошкообразной смеси может быть использована смесь, состоящая из одной весовой части перманганата калия и полутора весовой части металлического магния. При этом в качестве жидкости, инициирующей самовозгорание смеси, используют концентрированный раствор серной кислоты [патент RU 2446483, 2012 г.].
Недостатками данного способа являются его воздействие только на желудок, системное воздействие на организм животного (ожоговый шок), сложность дозирования действия токсического агента (расчет химических реагентов) и гибель животного, как обязательный заключительный компонент воздействия.
Задачей второго варианта изобретения является создание модели локального электротермохимического ожога в верхнем отделе желудочно-кишечного тракта (желудок) без фатального воздействия на организм животного с использованием разных промежутков времени воздействия (3, 6, 12, 24 часов и т.д.) с исключением возможного в практике наслоения действия лекарственных веществ, еды и т.д.
Технический результат при использовании второго варианта изобретения - повышение точности моделирования за счет получения локального электротермохимического ожога в верхнем отделе желудочно-кишечного тракта (желудок) и дозирования времени действия токсического агента, исключение системного воздействия на организм животного, простота воспроизводимости.
Предлагаемый способ моделирования ожога верхнего отдела желудочно-кишечного тракта (вариант 2) осуществляют следующим образом.
Предварительно дисковый элемент питания типоразмера 2025 маркируют буквенным или цифровым кодом, наносимым царапинами на положительном полюсе, и фиксируют положительным полюсом к шовному материалу «шелк 3/0» длиной 25 см с помощью клея на основе эпоксидной смолы.
Доставка токсического агента в желудок. После наступления наркотического сна производят верхне-срединную лапаротомию. Производят ревизию органов брюшной полости, желудок выводят в рану. В области тела желудка производят гастротомию 1,5-2,0 см. Через гастротомное отверстие в передней стенке желудка в полость желудка подшивают заранее подготовленный, маркированный элемент питания с нитью шовного материала. Рана стенки желудка и передней брюшной полости ушивается.
Животное переводится в условия загона, поддерживается голодным во избежание отрыва/смещения установленных тел. Последовательно, через интересующие исследователей промежутки времени, возможно, поочередное извлечение нитей из пищевода.
После извлечения всех элементов питания животное забивается и производится забор материала для макроскопического и микроскопического исследования ожогов: пищевода и желудка.
Опыты проведены на 6 домашних карликовых свиньях.
Пример №1. Дисковые литий-йодные элементы питания типоразмера 2025 в количестве 3 штук фиксируют положительным полюсом к нитям шовного материала длиной 10, 20 и 30 см с помощью клея на основе эпоксидной смолы. Затем нити с прикрепленными элементами питания подшивают П-образными швами к корню языка и мягкому небу карликовой домашней свиньи свободным от батареи концом нити, начиная с самой длинной нити. После этого нити захватывают эндоскопическим зажимом и проталкивают в пищевод.
Макроскопическое исследование: Через 2-3 часа влажная окружающая среда приводит к замыканию и электроожогу слизистой (гиперемия, отек). При разгерметизации корпуса через 5-6 часов батарейки повреждающее действие усиливается и за счет химического ожога - ожог II степени. Через 12 часов колликвационный некроз слизистой и подслизистой оболочек. Через 24 часа - некроз всех слоев и перфорация органа.
Микроскопическое исследование: Через 3 часа - гиперемия, серозное воспаление, расслоение стенки. Через 6 часов на стенке пищевода отмечается ожог 2 степени. Эпителиальный слой местами утолщается и в нем и собственной пластике образуются пузыри (полости) различной величины и формы с наличием отторгающейся некротической массы. Через 12 часов в мышечной оболочке некроз - лизис. Мышечные волокна набухают, исчезает поперечная исчерченность и в дальнейшем расплавление их. В 3 случаях отмечалось начало перфорации, где отсутствует слизистая оболочка до мышечной оболочки. По бокам слизистая оболочка отечная и расслаивается на эпителий с собственной пластинкой, слизистые железы, отечную соединительную ткань подслизистой основы. При ожоге через 24 часа отмечается некроз, обугливание, отторжение мертвой ткани, перфорация стенки органа.
Пример №2. Производят верхне-срединную лапаротомию, в области тела желудка производят гастротомию 1,5-2,0 см, через гастротомное отверстие в передней стенке желудка в полость желудка подшивают один дисковый литий-йодный элемент питания типоразмера 2025, который предварительно фиксируют положительным полюсом к шовному материалу длиной 25 см с помощью клея на основе эпоксидной смолы.
Макроскопическое исследование. Через 3 часа - видимых изменений не выявлено. Через 6 часов - гиперемия на месте предлежания дискового элемента. Через 12 часов - выраженный отек, ожог II степени. Через 24 часа - колликвационный некроз слизистой и подслизистой оболочек.
Микроскопическое исследование. Через 3 часа - стенка органа отечная с наличием лейкоцитарной инфильтрации. Через 6 часов серозное воспаление, отек, расслоение стенки. Через 12 часов отмечается ожог 2 степени с образованием пузырей. Через 24 часа Собственная пластинка с фундальными железами разрушается, обнаруживаются участки некроза с явлениями обугливания.
Преимуществами метода доставки инородного тела в пищевод являются: минимальная травматизация животного, что позволяет экономно и гуманно обращаться с животным, проводя на одном животном несколько опытов сразу; максимальное исключение воздействия побочных факторов воздействия на слизистую пищевода; возможность свободно задавать время воздействия инородного тела; возможность наблюдения процессов репарации в свободно задаваемые сроки после извлечения инородного тела; возможность экспериментально исследовать влияние лечебных средств и процедур на разных сроках использования при стоянии и после извлечения инородного тела.
Преимуществами метода доставки инородного тела в желудок являются: максимальное исключает воздействие побочных факторов воздействия на слизистую желудка; возможность свободно задавать время воздействия инородного тела; возможность проведения опыта на желудке с контролем места стояния инородного тела.
Недостатками метода доставки инородного тела в желудок являются: достаточно высокая степень инвазивности процедуры; оценка повреждения только в день забоя животного.