Устройство для моделирования ушиба сердца

 

Устройство относится к экспериментальной медицине, а именно к патофизиологии - воспроизведение в эксперименте ушиба сердца как изолированного повреждения, позволяющего изучить механизмы развития миокардиальной дисфункции при данной патологии и эффективность использования средств метаболической коррекции. Задача полезной модели - повышение точности воспроизведения ушиба сердца за счет соотношения силы удара и точности попадания тяжести травматического предмета в проекцию сердца, максимальная приближенность к наиболее часто встречающемуся механизму получения ушиба сердца и его изолированность от других органов. Поставленная задача решается за счет использования устройства для моделирования ушиба сердца, состоящего из рабочей поверхности для фиксации экспериментального животного, в качестве которого используют крысу, и ударного механизма. Экспериментальное животное фиксируют на рабочем столе горизонтально, при этом в области проекции сердца размещают круглую металлическую пластины толщиной 2 мм и диаметром 2,5 см, а в качестве ударного механизма используют пневматический пистолет с удельной энергией удара 0,12 Дж/см2, закрепленный на стойке таким образом, что дуло пистолета упирается в пластину.

Устройство относится к экспериментальной медицине, а именно к патофизиологии - воспроизведение в эксперименте ушиба сердца как изолированного повреждения, позволяющего изучить механизмы развития миокардиальной дисфункции при данной патологии и эффективность использования средств метаболической коррекции.

Проблема травмы сердца является одной из наиболее сложных и актуальных в современной хирургии. Наряду с сохраняющейся тенденцией к росту числа данного вида повреждений, травма сердца характеризуется еще и высокой летальностью, не имеющей заметной тенденции к снижению.

В настоящее время отсутствует единая, общепринятая классификация травм сердца [Корнеев Н.В. 0, Стажадзе JI.JI., Спиридонов Е.А., Лачаев М.А., 2004], что существенно затрудняет обобщение и сопоставление данных полученных различными исследователями.

Под ушибом сердца следует понимать синдром, возникающий при одномоментном воздействии на поверхность тела механической травмой.

Многие исследователи для экспериментального моделирования тупой травмы сердца наносили удар молотком по грудной клетке собак в проекции сердца, путем удара рукояткой ампутационного ножа по передней стенке грудной клетки или непосредственно по передней поверхности желудочков сердца (кошки, крысы), так и дозированным способом (у крыс и кошек), который достигался падением металлического цилиндра, массой около ½-1/4 от массы животного, диаметром 1,5 см с высоты 50 см на грудную клетку в области сердца. У кроликов в опытах удар воспроизводили металлическим молотком массой 1,5 кг при свободном падении с высоты 60 см.

Известной моделью изучения локальных ушибов сердца является нанесение тупой травмы во время торакотомии. Моделирование ушибов различных отделов обнаженного сердца было осуществлено при падении с высоты 1,5 м полого цилиндра массой 850 г. Такие удары вызывали тяжелый ушиб сердца, и экспериментальные животные погибали в течение первых суток.

Известно устройство для моделирования тупой травмы сердца путем свободного падения груза на переднюю грудную стенку экспериментального животного (Борисенко А.П. Поражение сердца при закрытой травме грудной клетки Автореферат диссертации). Недостатком данного устройства является невозможность точного нанесения удара в область проекции сердца: вместо ушиба сердца можно воспроизвести ушиб легких или повреждение костно-хрящевого каркаса грудной клетки.

Известно устройство для моделирования ушиба сердца, состоящее из металлической штанги с пружинным механизмом и ударником грибовидной формы. Рабочая часть ударника из трех слоев материалов возрастающей плотности (авт. свид СССР 1498447). Устройство обеспечивает имитацию фаз травматического воздействия в смешенных средах живого организма.

Для выяснения механизмов развития посттравматической миокардиальной дисфункции и патогенетического обоснования эффективность метаболической цитопротекции при ушибе сердца был применен оригинальный способ моделирования ушиба сердца [полезная модель РФ 37427, принятая за прототип). Авторы применяли специально разработанное устройство, имитирующее удар передней грудной стенки о стойку руля при столкновении движущегося автомобиля с препятствием, содержавшее подвижный механизм с фиксированным телом животного, расположенным соосно грузу (препятствию) при ударе. В предлагаемой модели ушиба сердца подвижный механизм с вертикально фиксированной крысой приводят в движение грузом, находящемся в состоянии свободного падения. При этом происходит удар тела экспериментального животного о препятствие. Торможение происходит в результате столкновения грудной клетки крысы с выступающей частью препятствия, которая по месту расположения соответствует области проекции сердца на грудную клетку. В результате столкновения падение груза прекращается, грудная клетка, ударяясь о препятствие, сжимается в переднезаднем направлении, затем, когда система приходит в состояние равновесия, процесс сжатия грудной клетки прекращается. Несколько долей секунд грудная клетка находится в постоянной по силе компрессии. Через сотые доли секунды величина сопротивления грудной клетки начинает превышать силу удара, и механизм, благодаря эластическим свойствам грудной клетки, с определенной скоростью отъезжает в обратном направлении. Грудная клетка и органы грудной полости возвращаются в исходное положение. Данное устройство выбрано нами за прототип.

Общим недостатком известных моделей является: отсутствие возможности дозирования удара и его направленность непосредственно в место проекции сердца.

Для того, чтобы правильно диагностировать степень ушиба сердца, например при ДТП, необходимо создать модели на животных для изучения закономерностей ушиба повреждений сердца и разработки лечебных и профилактических подходов. Механизм воспроизведения ушиба сердца, например, у собаки в эксперименте основывается на анатомо-топографических особенностях и характере удара, созданного травмирующим объектом (ударником). Для того, чтобы получить синдром ушиба сердца необходимо воспроизвести такую травму (ушиб) сердца при которой достигалось бы точно дозированная сила удара.

Задача полезной модели - повышение точности воспроизведения ушиба сердца за счет соотношения силы удара и точности попадания тяжести травматического предмета в проекцию сердца, максимальная приближенность к наиболее часто встречающемуся механизму получения ушиба сердца и его изолированность от других органов.

Поставленная задача решается за счет использования устройства для моделирования ушиба сердца, состоящего из рабочей поверхности для фиксации экспериментального животного, в качестве которого используют крысу, и ударного механизма. При этом в него введена имитирующая бронежилет круглая металлическая пластина толщиной 2 мм и диаметром 2,5 см, размещаемая в области проекции сердца, а в качестве ударного механизма использован пневматический пистолет с удельной энергией удара 0,12 Дж/см 2, закрепленный на стойке ударного механизма таким образом, что дуло пистолета упирается в имитирующую бронежилет круглую металлическую пластину.

Ушиб сердца моделировали с помощью пневматического пистолета, имитирующего удар передней грудной стенки о тупой предмет.

Схематично устройство представлено на рис.1, где 1 - рабочая поверхность, расположенная горизонтально, 2 - фиксированное экспериментальное животное, 3 - стойка для установки пневматического пистолета, 4 - пневматический пистолет, 5 - имитирующая бронежилет круглая металлическая пластина, 6 - курок пистолета.

Устройство работает следующим образом. Экспериментальное животное 2 помещают на рабочую поверхность 1 грудной клеткой кверху, на которую кладут имитирующую бронежилет круглую пластину диаметром 2,5 см и толщиной 2 мм. С помощью стойки 3 закрепляют пневматический пистолет 4 таким образом, чтобы дуло пистолета упиралось в пластину 5. Выстрел производят нажатием курка 6. Регистрируют изменения частоты дыхания, ритмической и сократительной функций сердца, а также центральной гемодинамики в целом в посттравматическом периоде ушиба сердца (приборы на рис. не показаны).

В качестве пневматического пистолета использовался ИЖ-53М, однозарядный пружинно-поршневой пистолет, предназначенный для тренировочной стрельбы свинцовыми пулями калибра 4,5 мм, используемый при температуре окружающей среды от -1 до +50°C, дульная энергия не более 3 Дж. Данная модель пистолета позволяет точно дозировать силу удара, а значит, и тяжесть травматического повреждения.

Авторами были произведены физико-математические расчеты, по данным которых, получены результаты, говорящие о том, что расстояние, с которого произведен выстрел, не оказывает существенного влияние на кинетическую энергию пули. На основании данных баллистических калькуляторов авторами установлено, что энергия и скорость пули у цели мало зависит от расстояния (для небольших расстояний) и этой зависимостью можно пренебречь.

Экспериментально была определена удельная энергия удара, при которой воспроизводится именно ушиб, а не иные варианты тупой травмы сердца крысы. Удельная энергия удара (энергия на единицу площади) составила 0,12 Дж/см2 .

По литературным данным малая заброневая травма человека возникает при удельной энергии удара 12,5 Дж/см 2. При 50 Дж/см2 телу человека наносятся тяжкие повреждения, переломы костей, проникающие ранения.

Предлагаемое техническое решение поясняется следующим примером

Пример. Характеристика экспериментального материала: эксперимент выполнен на 9 белых беспородных крысах-самцах массой 354±5 г, содержащихся в виварии в стандартных условиях. Животных наркотизировали методом нейролептанальгезии, для миорелаксации и обездвиживания животного при сохраненном сознании в сочетании с общей анестезией, после чего моделировали ушиб сердца с помощью предлагаемого устройства и катетеризировали левый желудочек сердца для забора крови. Биохимические и морфологические исследования проводились на целостном организме и изолированных сердцах животных. В результате выстрела грудная клетка сжимается в переднезаднем направлении. В течение нескольких секунд наблюдалась остановка сердечной деятельности экспериментального животного, после чего работа сердца возобновлялась. Далее проводилось вскрытие грудной клетки и забор крови из желудочка сердца для определения биохимических маркеров митохондриальной дисфункции кардиомиоцитов.

Изучены клинические и патоморфологические эквиваленты данного вида повреждения, полученного с использованием предлагаемого устройства. В частности, зарегистрированы изменения частоты дыхания, ритмической и сократительной функций сердца, а также центральной гемодинамики в целом в посттравматическом периоде ушиба сердца.

1. Оценка морфологических изменений миокарда экспериментальных животных.

В 80% случаев отмечалось повреждение передней стенки левого желудочка, в 60% оно сочеталось с повреждением межжелудочковой перегородки, в 20% с базальными отделами левого желудка, у 20% отмечалось повреждение всех стенок левого желудочка. В 80% случаев изменения локализовались субэндокардиально.

Патоморфологические изменения были представлены очагами острого венозного полнокровия, стазом крови в сосудах микроциркуляторного русла, чередующихся с участками паретического расширения и малокровия сосудов. Отмечались мелкие фокусы некроза с лейкоцитарной инфильтрацией, с отсутствием ядер и поперечной исчерченности в кардиомиоцитах, а так же гомогенизации и повышенной эозинофилии цитоплазмы, мелкоточечные кровоизлияния. Вокруг отдельных некротизированых кардиомиоцитов отмечается скопление лейкоцитов, неполные, многочисленные разрывы кардиомиоцитов.

В срезах интрамуральной локализации, в миокарде так же встречались отдельные очаги некроза с центральным разрывам и кровоизлиянием, захватывающие целые группы кардиомиоцитов, реже отдельные пучки.

Данные изменения говорят о травматическом характере повреждения, так как известно, что в случае гипоксических состояний кровоизлияния крупноточечные, они локализуются в любых отделах эпикарда. [Лапинер М.Я., 1963; Гага В.А., 1967; Зотов Г.В., 1972; Лавровская Т.Г., Сахаров Б.В., 1973; Иванов Б.И., 1974; Кузнецова В.А., 1975; Горлачев В.И. и др., 1976; Кривченя Д.Ю., 1980; Мышкин К.И., Рзянин А.Н., 1984].

При закрытой тупой травме грудной клетки, сопровождавшейся повреждением сердца, морфологические изменения локализуются в различных слоях сердца, но чаще в миокарде, в нашего эксперименте совпадают с литературными данными /Кошляк Д.А. «Морфо-гистохимические и ультраструктурные изменения миокарда при ушибе сердца», Новосибирск, 2008./. В результате проведенного исследования нами было выявлено снижение мембранного потенциала митохондрий, в миокарде желудочков экспериментальных животных при закрытой тупой травме грудной клетки, сопровождавшейся ушибом сердца. Снижение мембранного потенциала митохондрий коррелировало с количеством функционально активных форм этих органелл в миокарде при данном виде травмы. Так же были получены четкие данные о повреждении митохондриального аппарата, т.е. дисфункции митохондрий кардиомиоцитов, при чем эти изменения происходят уже в первые минуты после травмы.

Использование предлагаемого устройства позволит улучшить раннюю диагностику ушибов сердца.

Кроме того, были изучены результаты биохимических методов исследования у пострадавших людей в ранние сроки (первые 24 часа) после травмы. Осуществляли забор крови у контрольных животных и у пострадавших людей. Определяли известным способом содержание коэнзима (310.

В результате исследования коэнзима Q 10 нами были получены следующие результаты:

1234 567 8910 111213 1415
Экспериментальная группа0,15 0,190,070,100,200,15 0,140,160,190,110,13 0,130,150,190,19
Контрольная группа0,850,900,640,73 0,800,910,580,440,44 0,760,680,750,900,86 0,79

Таким образом, у экспериментальных животных отмечается снижение показателей коэнзима Q 10 во всех случаях.

Полученная патоморфологическая картина полностью соответствовала, описанной в литературе при ушибе сердца. Результаты исследования дают основания считать предлагаемую экспериментальную модель данного вида тупой травмы сердца адекватной.

Преимуществом предложенной авторами модели является максимальная приближенность к наиболее часто встречающемуся механизму получения ушиба сердца и его изолированность. Последнее обстоятельство позволяет изучать данную патологию «в чистом виде», без сопутствующих повреждений и вмешательства дополнительных факторов, не связанных напрямую с ушибом сердца (кровопотеря, шок, сопутствующая патология, алкогольное опьянение и др.).

При данном моделировании ушиба сердца достигается точность нанесения удара в область проекции именно сердца. Подобный механизм травмы нечасто встречается в клинике, поскольку нечасто встречается подобная ситуация (тело лежит навзничь, падающий сверху груз попадает точно в область сердца, не затрагивая других участков тела), но дает возможность наиболее точного изучения митохондриальной дисфункции кардиомиоцитов.

Биохимические исследования выполнялись в Центральной научно-исследовательской лаборатории МНИИ детской педиатрии и хирургии.

В результате использования предлагаемой установки можно сделать следующие выводы: воспроизводится именно ушиб сердца, что подтверждено клиническими исследованиями.

Устройство для моделирования ушиба сердца, состоящее из рабочей поверхности для фиксации экспериментального животного, в качестве которого используют крысу, и ударного механизма, отличающееся тем, что в него введена имитирующая бронежилет круглая металлическая пластина толщиной 2 мм и диаметром 2,5 см, размещаемая в области проекции сердца, а в качестве ударного механизма использован пневматический пистолет с удельной энергией удара 0,12 Дж/см 2, закрепленный на стойке ударного механизма таким образом, что дуло пистолета упирается в имитирующую бронежилет круглую металлическую пластину.



 

Похожие патенты:

Защитное декоративное ограждение - металлический забор относится к строительным конструкциям и может быть использован в качестве ограждения предприятий, скверов, парков и других участков городской территории, при обустройстве дорог и улиц и др. подобных применениях.

Модель корня зуба относится к области медицины, а именно к стоматологии и может быть использована для обучения студентов и врачей-стоматологов лечению и удалению корней зубов.
Наверх