Способ формирования модели временного гемостаза для остановки внутрибрюшного и наружного кровотечения в подвздошно-паховой области у свиньи
METHOD FOR FORMING A MODEL OF TEMPORARY HEMOSTASIS FOR STOPPING INTRA-ABDOMINAL AND EXTERNAL BLEEDING IN THE ILIO-INGUINAL REGION IN A PIG

Изобретение относится к экспериментальной медицине, а именно к военно-полевой хирургии, хирургии повреждений, абдоминальной хирургии, медицине катастроф и может быть использовано для моделирования способа оценки эффективности временного наружного компрессионного гемостаза, используемого при устранении продолжающегося внутрибрюшного и наружного кровотечения в подвздошно-паховой области.
В современных вооруженных конфликтах продолжающееся кровотечение является основной причиной летальности, особенно это актуально для категории «потенциально спасаемых» раненых [Самохвалов И.М. «Потенциально спасаемые» раненые - резерв снижения догоспитальной летальности при ранениях и травмах / И.М. Самохвалов, А.В. Гончаров, B.C. Чирский, [и др.] // Скорая медицинская помощь. - 2019. - Т. 20. №3. - С. 10-17., Davis, J.S., Satahoo, S.S., Butler, F.K., et al (2014). An analysis of prehospital deaths: who can we save? Journal of trauma and acute care surgery, 77, 213-218.].
На сегодняшний день более 50% военнослужащих умирает на догоспитальном этапе от полостных кровотечений, а решение проблемы до сих пор не найдено, основная помощь - быстрая эвакуация. Данные В. Eastridge с соавт.(2012), обобщивших сведения о догоспитальной летальности за 10 лет вооруженных конфликтов в Ираке и Афганистане, свидетельствуют о том, что 67,3% раненых умерли от внутриполостного кровотечения [Eastridge, B.J., Mabry, R.L., Seguin, P., et al. (2012). Death on the battlefield (2001-2011): implications for the future of combat casualty care. Journal of trauma and acute care surgery, 73(6 Suppl 5), 431-37].
Актуальные рекомендации по оказанию первой помощи в таких случаях на догоспитальном этапе предполагают создание внешнего давления на область раны [Hodgetts, T.J., Mahoney, P.F., Russell, M.Q., Byers, M. (2006). ABC to <C> ABC: redefining the military trauma paradigm. Emergency medicine journal, 23(10), 745-746., Savage, E., Forestier, C., Withers, N. et al. (2011). Tactical combat casualty care in the Canadian Forces: lessons learned from the Afghan war. Canadian Journal of Surgery, 54(6), 118-123.].
Подобная методология контроля кровотечения была сформирована на основе данных, полученных в экспериментальных исследованиях, в том числе и для таких анатомических областей как живот и подвздошно-паховая область. Для остановки внутрибрюшного, тазового кровотечения и кровотечения из смежных областей тела (подвздошно-паховая, подмышечная и др.) на догоспитальном этапе был предложен ряд компрессирующих устройств (Abdominal Aortic Junctional Tourniquet, Combat Ready Clamp, SAM Junctional Tourniquet), накладываемых практически непосредственно на поля боя и способствующих сдавлению источника кровотечения извне.
В исследовании Blaivas М. et al., ученые обосновали эффект от внешней локальной компрессии в области живота (проекция брюшного отдела аорты) с остановкой кровотока в сосудистом русле ниже зоны пережатия. Инструментальный контроль проводился с помощью дуплексного ангиосканирования в проекции бифуркации бедренных артерий. Для создания локального внешнего воздействия использовали гантели различного веса и определенной формы, размер экспериментального «шага» составлял 9 кг. Сила внешней компрессии устройств локального действия, при которой отмечалось полное прекращение кровотока дистальнее области воздействия, находилась в диапазоне от 36 до 64 кг [Blaivas, М., Shiver, S., Lyon, М., Adhikari, S. (2006). Control of hemorrhage in critical femoral or inguinal penetrating wounds - an ultrasound evaluation. Prehospital and disaster medicine, 21, 379.].
В настоящее время имеется описание нескольких экспериментальных моделей по изучению физиологических эффектов, которые развиваются при использовании устройств локальной внешней компрессии на область живота, с целью сдавления сосудов инфраренальной зоны.
Так рабочая группа Rail J.M. et al., изучали физиологические эффекты от применения компрессионного изделия (пояс с раздуваемой камерой на передней брюшной стенки) на биообъекте (свинья) с клинической картиной геморрагического шока (потеря 40% от всего объема циркулирующей крови). В качестве анестезиологического пособия использовалась общая анестезия, постоянная искусственная вентиляция легких (ИВЛ), поддерживающая инфузия кристаллоидными растворами из расчета 10 мл/кг массы тела. Осуществлялась постоянная регистрация электрокардиограммы и насыщения артериальной крови кислородом. Для оценки основных параметров системной гемодинамики использовался инвазивный мониторинг. Контролируемая кровопотеря выполнялась путем забора крови из правой бедренной артерии с помощью электромеханического насоса из расчета 65 мл/кг в течение 30 минут. С целью исключения «селезеночного ответа» на значимую кровопотерю предварительно выполнялась спленэктомия, а для особей мужского пола - накладывалась эпицистостома. Эффективность раздувания пневматической камеры пояса оценивалась путем регистрации пульсовой волны методом дуплексного сканирования в проекции бедренных сосудов и ее полным исчезновением при сдавлении инфраренальной аорты. С целью изучения возможного повреждения внутренних органов, в связи с длительным воздействием внешней компрессии, выполнялось гистологическое исследование микропрепаратов тонкой кишки. Конечная контрольная точка эксперимента составляла 120 минут. Авторами исследования не были зарегистрированы отрицательные эффекты системной гемодинамики и повреждение внутренних органов вследствие длительной компрессии в области передней брюшной стенки [Rail, J.M., Ross, J.D., Clemens, M.S., Cox, J.M., Buckley, T.A., Morrison, J.J. (2017). Hemodynamic effects of the Abdominal Aortic and Junctional Tourniquet in a hemorrhagic swine model. Journal of surgical research, 15(212), 159-166.].
В другом исследовании  A., et al., была сформирована схожая экспериментальная модель по изучению локальной компрессии в области инфраренальной зоны у животного, после предварительной кровопотери. Одной из приоритетных задач работы было выявление возможного повреждения внутренних органов вследствие внешнего воздействия на переднюю брюшную стенку, поэтому временные интервалы компрессии находились в диапазоне от 60 до 240 минут. Кроме того, выполнялась компьютерная томография в ангиорежиме с целью инструментальной фиксации остановки кровотока в сосудистом русле дистальнее зоны компрессии. Повреждение внутренних органов выявлялось с помощью гистологического скрининга. В результате эксперимента выяснилось, что необратимые изменения внутренних органов (застойные явления в печени, ишемия и некроз ткани кишечника) были зарегистрированы лишь в группе с длительностью компрессии в течение 240 минут.
Ссылаясь на предыдущие исследования, авторы предположили, что такие патологические процессы как гиперкалиемия, снижение рН и увеличение концентрации лактата, а также повреждение внутренних органов развиваются во временном диапазоне 120-240 минут [ А.,  D., Hartman, J., Nyman, N., Gustavsson, J., Arborelius, U.P.,  M. (2018). Abdominal Aortic and Junctional Tourniquet release after 240 minutes is survivable and associated with small intestine and liver ischemia after porcine class II hemorrhage. Journal of trauma and acute care surgery, 85(4), 717-724.].
В исследовании Kheirabadi B.S. et al., со схожим протоколом, кроме вышеописанных задач, изучалось последствия компрессии мезогастральной зоны животного (в течение 120 минут) на функцию дыхания. Авторы не отмечали гистологических признаков ишемических повреждений внутренних органов, а явления гиперацидоза и калиемии были обратимы, однако в первые минуты сдувания пневматической манжеты в группе животных, находившихся на самостоятельном дыхании, было зарегистрировано несколько эпизодов остановки сердечной деятельности и дыхания. По мнению исследователей, данные патофизиологические эффекты были связаны с гипергликемией и выраженным метаболическим ацидозом, которые быстро развились после возобновления кровотока в нижней половине туловища и были критичны в первые минуты [Kheirabadi, B.S., Terrazas, 1.В., Miranda, N., Voelker, A.N., Grimm, R., Kragh, J.F., Dubick, M.A. (2016). Physiological consequences of abdominal aortic and junctional tourniquet (AAJT) application to control hemorrhage in a swine model. Shock, 46(1), 160-166.].
Вышеописанные экспериментальные модели позволяют оценить изменения системной гемодинамики при «выключении» нижней половины туловища из кровообращения, зарегистрировать нарушения функции внешнего дыхания (ФВД), а также выборочно оценить возможную ишемию органов брюшной полости путем гистологического скрининга.
Недостатками вышеописанных экспериментальных моделей является отсутствие динамической оценки физиологических «сдвигов» показателей газообмена, обусловленных длительной компрессией мезогастральной зоны животного. Кроме того, в вышеописанных исследованиях не измерялось ВБД и не оценивалось его влияние на функцию дыхания, особенно на этапе максимальной локальной компрессии. Не выполнялась рентгенконтрастная ангиография аорты и полой вены непосредственно на этапе создания внешнего воздействия, которая позволит оценить момент остановки кровотока в сосудистом русле дистальнее зоны.
Задачей изобретения является:
- создание оптимальной экспериментальной модели временного гемостаза для остановки внутрибрюшного и наружного кровотечения при помощи внешних компрессионных устройств локального действия у свиньи. На основании полученных данных подготовить медико-технические требования для создания и последующей апробации компрессирующего устройства, используемого с целью временного гемостаза при повреждениях живота и смежных подвздошно-паховых областей.
+
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что экспериментальное животное (свинья) под эндотрахеальным наркозом размещается на спине с разведенными и фиксированными конечностями, затем в общую сонную артерию устанавливают интродьюсеры - 4Fr, в бедренную артерию - 5Fr и в бедренную вену - 6Fr, на хвост животного фиксируется пульсоксиметр. Комплексная оценка основных показателей гемодинамики, осуществляется за счет системы мониторинга инвазивного давления, которая подключается к интродъюсерам на сонной и бедренной артериях. Эффективность газообмена регистрируется по показателям ФВД, оксигенации крови, значениям углекислого газа в выдыхаемой газовой смеси. Осуществляется забор крови для комплексного лабораторного скрининга, в том числе и оценки выделительной функции почек (К, креатинин, мочевина). Наложение эпицистостомы позволяет регистрировать показатели внутрибрюшного давления. Затем через бедренную артерию осуществляется контролируемая (с объемной скоростью 50 мл/мин.) кровопотеря в объеме 40% ОЦК. Далее в области мезогастрия животного позиционируют устройство внешней компрессии, предварительно помещая под него тензодатчики. Затем производится применение компрессионного устройства.
Критериями эффективной локальной компрессии следует считать: повышение системного артериального давления в сонной артерии; остановку регистрации данных с инвазивного датчика «нижнего» артериального доступа (бедренная артерия); увеличение частоты сердечных сокращений и частоты дыхательных движений; исчезновение пульсовой волны в проекции подвздошно-бедренного артериального сегмента и допплеровского сигнала при ангиосканировании сосудов нижней конечности, а также снижение оксигенации крови в нижней половине туловища животного (по пульсоксиметру).
На заключительном этапе создания локальной компрессии выполняем аорто-каваграфию инфраренальной зоны с целью подтверждения эффективности создаваемого гемостаза.
Через 30 минут внешнее компрессионное устройство снимается с животного, регистрируют контрольные физиологические и лабораторные показатели. Возобновление кровотока регистрируется пальпаторным исследованием пульса, допплеровским ангиосканированием и оценкой проходимости сосудов инфраренальной зоны при их контрастировании.
Для устранения недостатков, присущих прототипу, нами была разработана следующая экспериментальная модель. На первом этапе производится подготовка животного к экспериментальному исследованию. Обеспечивается вводное анестезиологическое пособие с переходом на ингаляционный наркоз, устанавливаются интродьюсеры (сонная артерия, бедренная артерия, бедренная вена). Испытуемому животному накладывают эпицистостому с целью регистрации изменения ВБД и дренирования мочевого пузыря.
+
На втором с помощью электромеханического насоса через бедренную артерию осуществляется контролируемая (с объемной скоростью 50 мл/мин.) кровопотеря в объеме 40% ОЦК по окончанию которой регистрируются показатели гемодинамики, газообмена, ВБД, лабораторные показатели функционирования выделительной системы животного (К, креатинин, мочевина).
Затем выполняют фиксацию компрессионного пояса в области мезогастрия у животного (свиньи) с позиционированием пневматической камеры в проекции инфраренальной аорты. Для объективной оценки внешнего давления используются тензодатчики, которые предварительно размещаются на передней брюшной стенке животного, непосредственно в зоне внешнего локального воздействия.
После этого накачиваем компрессионную камеру пояса (третий этап). Конечная цель при нагнетании давления - это сдавление участка нисходящий аорты и соответствующего сегмента нижней полой вены, что регистрируется при помощи ультразвукового ангиосканирования в проекции бедренных сосудов и подтверждается ангиографией аорты и нижней полой вены. Далее регистрируются основные физиологические показатели животного (гемодинамика, газообмен, ВБД, значения тензодатчиков), сразу после применения внешнего компрессионного устройства и через каждые 15 минут в течение 30 минут.
С учетом современных тенденций к распространению авиамедицинской эвакуации или применение концепции «хирургических групп специального назначения», отмечается значимое сокращение догоспитального этапа, поэтому в своей работе в качестве «золотого стандарта» оптимальное время локального компрессионного воздействия мы приняли за 30 минут. К сожалению, данный показатель за период контртеррористической операции на Северном Кавказе в среднем составлял около 120 минут, а в некоторых недавних конфликтах и более того. Предлагаемая нами модель позволяет оценить необходимое временное «окно безопасности» если возникнет необходимость таких исследований, в нашем случае длительность составила 30 минут.
Добавление динамического наблюдения за основными физиологическими показателями в эксперименте и изучение влияния «скачков» ВБД на эффективность внешнего дыхания более качественно и объективно позволяет оценить негативное влияние локальной компрессии и остановки аортального кровообращения. Кроме этого, появляется возможность произвести объективную корреляцию показателей давления в манжете пояса, тензодатчиков и данных ВБД, что впоследствии поможет определить более четкие временные параметры использования данных изделий.
Техническим результатом изобретения является разработанная экспериментальная модель для оценки эффективности внешнего компрессионного устройства при остановке кровотечения из крупных сосудов живота, малого таза и нижних конечностей.
Это достигается за счет включения в способ моделирования компрессионного гемостаза инвазивного мониторинга основных показателей гемодинамики и газообмена. Для осуществления мониторинга производится установка интродьюсеров 5,6Fr в бедренную артерию и вену, 4Fr в общую сонную артерию экспериментального животного. С целью объективного контроля эффективности использования изделия в области хвоста животного фиксируется пульсоксиметр.
Дополнительно налаживается мониторинг ФВД, газообмена, основных показателей сердечно-сосудистой деятельности, выделительной функции почек. Выполняется дренирование мочевого пузыря (эпицистостома), налаживается система для измерения внутрибрюшного давления, затем устройство для создания внешней компрессии фиксируется на передней брюшной стенке животного. Исчезновение пульсовой волны при пальпации в проекции общей бедренной артерии, снижение сатурации артериальной крови, потеря допплеровского сигнала с подвздошно-бедренного артериального сегмента другой стороны, отсутствие проходимости аорты и нижней полой вены расценивается в качестве сигнала для прекращения нагнетания воздуха в пневматическую камеру пояса.
Способ осуществляется следующим образом:
Эксперимент выполняют под эндотрахеальным наркозом. Животное (свинья) лежит на спине, верхние и нижние конечности разведены в стороны и фиксированы. С целью осуществления мониторинга выполняется установка интродьюсера 4Fr в общую сонную артерию, 5Fr бедренную артерию и 6Fr в бедренную вену экспериментального животного. Для оценки насыщения артериальной крови кислородом на хвосте животного устанавливается пульсоксиметр. Налаживается мониторинг основных показателей дыхательной функции и сердечно-сосудистой деятельности с использованием системы комплексных инвазивных измерений, осуществляется забор крови для исходного лабораторного скрининга. После обработки операционного поля и установки эпицистостомы, осуществляется регистрация исходных показателей ВБД.
Далее выполняется контролируемая кровопотеря в объеме 40% ОЦК с помощью электромеханического насоса из бедренного артериального доступа со скоростью 50 мл/мин и по окончанию осуществляется регистрация основных показателей гемодинамики, газообмена и ВБД.
Затем фиксируется устройство внешней компрессии, с позиционированием на передней брюшной стенке, на которую предварительно помещаются тензодатчики. Повышение системного артериального давления, частоты сердечных сокращений и дыхательных экскурсий, исчезновение пульсовой волны при пальпации и допплеровского сигнала при ангиосканировании сосудов нижней конечности, данных инвазивного мониторинга с «нижнего» артериального датчика, а также снижение оксигенации крови в нижней половине туловища указывает на успешное формирование биологической модели. Основные контрольные показатели эксперимента регистрируем после применения изделия, через 15 минут компрессии и непосредственно перед снятием компрессионного устройства (еще + 15 минут, суммарно, общее время компрессии составляет 30 минут). Производим регистрацию контрольных физиологических показателей эксперимента, осуществляем забор материала (ткань кишечника, печени, скелетной мускулатуры нижних конечностей) для гистологического скрининга и последующей оценки на предмет острых ишемических изменений. Возобновление кровотока регистрируется пальпаторным исследованием пульса, допплеровским ангиосканированием, увеличением сатурации артериальной крови и возобновлением работы нижнего инвазивного датчика, а также дополнительно подтверждается при выполнении ангиографии аорты и нижней полой вены.
Существенные отличительные признаки заявляемого способа и причинно-следственная связь между ними и достигаемым результатом
Наш метод имеет существенные отличия от предложенных ранее методов моделирования временного гемостаза путем создания внешней компрессии в области передней брюшной стенки. Многофакторная оценка объективных показателей сердечно-сосудистой, дыхательной и выделительной деятельности, объективный контроль внутрибрюшного давления и контроль проходимости аорты и нижней полой вены при помощи ангиографии. Использование данных методов наблюдения позволяет создать успешную экспериментальную модель для оценки эффективности остановки внутрибрюшного кровотечения и наружного кровотечения в подвздошно-паховой области при помощи внешних компрессионных устройств локального действия.
Достоинства предлагаемого способа моделирования компрессионного гемостаза на область живота: объективный мониторинг состояния дыхательной и сердечно-сосудистой систем биообъекта в процессе внешнего компрессионного воздействия на область живота; лабораторный контроль функции почек; объективная динамическая оценка ВБД, проходимости магистральных сосудов инфраренальной зоны при помощи ангиографии, физиологических показателей животного; объективная оценка опытных образцов медицинских изделий компрессирующих устройств, предназначенных для временного устранения продолжающегося внутреннего кровотечения при повреждении живота и наружного кровотечения при повреждении смежных подвздошно-паховых областей и корректировка их медико-технических требований; малоинвазивность и повторяемость способа, для отработки практических навыков эффективного использования компрессирующего устройства у обучаемого медицинского персонала.
Пример клинического выполнения метода, отработанный на лабораторных животных (свинья)
Эксперимент выполнен под эндотрахеальным наркозом. Животное (свинья весом 50 кг) лежала на спине, верхние и нижние конечности разведены в стороны, фиксированы. С целью осуществления мониторинга выполнили установку интродьюсера 4Fr в общую сонную артерию, 5Fr бедренную артерию и 6Fr в бедренную вену экспериментального животного. Для оценки насыщения артериальной крови кислородом на хвосте животного установили пульсоксиметр. Затем наладили контроль основных показателей дыхательной функции и сердечно-сосудистой деятельности с использованием системы комплексного инвазивного мониторинга. Осуществили забор крови для регистрации исходных лабораторных показателей. После обработки операционного поля и установки эпицистостомы, зафиксировали исходные показатели, в том числе и ВБД.
Далее, при помощи электрического насоса, создающего разрежение в системе интродьюсера бедренного артериального доступа, выполняли контролируемую кровопотерю (со скоростью 50 мл/мин) в объеме 40% ОЦК, а после ее завершения регистрировали основные показатели гемодинамики, газообмена и ВБД. Исходную проходимость сосудов инфраренальной зоны подтверждали путем выполнения контрольной ангиографии. Затем осуществлялась фиксация тензодатчиков на передней брюшной стенке, крепился компрессионный пояс с позиционированием в мезогастральной области пневматической камеры и с последующим нагнетанием в нее избыточного давления до контрольных значений данной экспериментальной модели (исчезновение пульсовой волны при пальпации в проекции общей бедренной артерии, снижение сатурации артериальной крови, потеря допплеровского сигнала с подвздошно-бедренного артериального сегмента, остановка кровотока в нисходящей части аорты и нижней полой вены по данным ангиографии, а также отсутствие данных с «нижнего» инвазивного датчика). Далее после 30 мин производили декомпрессию живота за счет сдувания камеры изделия с последующей регистрацией основных параметров модели. В состоянии раздутой камеры пояса основные показатели регистрируются четыре раза - сразу после раздувания, через 15 минут и непосредственно перед стравливанием давления в камере (еще + 15 минут), через 15 минут после снятия пояса. Перед выведением животного из эксперимента повторно регистрируем лабораторные показатели и осуществляем забор материала для гистологического скрининга.
С помощью заявляемого способа нами было прооперировано 3 экспериментальных животных (свиньи).
Таким образом, заявляемый способ позволяет:
- создать оптимальную экспериментальную модель временного гемостаза для остановки внутрибрюшного кровотечения и наружного кровотечения (в подвздошно-паховой области) при помощи внешних компрессионных устройств у крупных животных на примере свиньи. На основании полученных данных становится возможным подготовить медико-технические требования для создания и последующей апробации компрессирующего устройства локального действия, используемого с целью временного гемостаза при повреждениях живота и смежных подвздошно-паховых областей, в том числе при высоких отрывах нижних конечностей.
- Произвести адекватную оценку опытных образцов медицинских изделий компрессирующих устройств, предназначенных для временного устранения продолжающегося внутреннего кровотечения при повреждении живота и наружного кровотечения при повреждении смежных подвздошно-паховых областей;
- Произвести корректировку медико-технических требований опытного образца компрессирующего устройства, используемого при повреждениях живота и смежных подвздошно-паховых областей;
- Отрабатывать практические навыки по выполнению временного (внутриполостного) гемостаза при помощи компрессирующих устройств локального типа у обучаемого медицинского персонала.