CC BY
30
УДК 615.035.9
DOI 10.21685/2072-3032-2020-1-5
А. К. Воронцов, В. П. Трошин, Ю. А. Пархисенко, А. В. Корсаков, А. В. Климашевич
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ГЕЛЕВЫХ СОРБЕНТОВ В КРОВИ ПРИ ТРАВМАТИЧЕСКИХ ПОВРЕЖДЕНИЯХ ПЕЧЕНИ
Аннотация.
Актуальность и цели. Травмы, полученные в результате дорожно-транспортных происшествий, падений, насилия или военных действий, ежегодно приводят к смерти более 5 млн людей и являются причиной 9 % всех случаев смерти в мире. Повреждения печени характеризуются особой тяжестью, сложностью распознавания и лечения, особенно травмы, которые связаны с повреждением крупных венозных сосудов. Целью нашего исследования было изучение абсорбирующих свойств широко применяющихся гемостатических препаратов в эксперименте in vitro.
Материалы и методы. В качестве испытуемых сорбентов были выбраны гемостатическая губка, Тахокомб, Сургитамп и Молселект. In vitro помещались испытываемые материалы (гемостатическая губка, Тахокомб, Молселект, Сургитамп) одинаковой формы и размеров, в пробирках была заранее заготовленная кровь в количестве 30 мл. Полученные экспериментальные данные были аппроксимированы полиномом пятой степени методом наименьших квадратов.
Результаты. Установлено, что наиболее эффективно наносить «напыление» слоем в 2 мм, так как объем впитываемой крови наибольший. При этом при равных условиях применения препарат Молселект имеет большую экономическую перспективу.
Выводы. Полученные результаты показывают, что Молселект обладает наибольшими абсорбирующими свойствами по сравнению с другими препаратами, что делает его применение в клинической практике наиболее перспективным.
Ключевые слова: травмы печени, гемостатические материалы, гелевые сорбенты, впитывание крови, математическая модель.
A. K. Vorontsov, V. P. Troshin, Yu. A. Parkhisenko, A. V. Korsakov, A. V. Klimashevich
ESTIMATION OF EFFICIENCY OF GEL SORBENTS' APPLICATION IN BLOOD ON TRAUMATIC LIVER INJURIES
Abstract.
Background. Injuries resulting from traffic accidents, falls, violence or hostilities annually result in the death of more than five million people and account for 9 % of all deaths in the world. Damage to the liver is characterized by special severity, the difficulty of recognition and treatment, especially injuries that are associated with
© Воронцов А. К., Трошин В. П., Пархисенко Ю. А., Корсаков А. В., Климашевич А. В., 2020. Данная статья доступна по условиям всемирной лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/), которая дает разрешение на неограниченное использование, копирование на любые носители при условии указания авторства, источника и ссылки на лицензию Creative Commons, а также изменений, если таковые имеют место.
damage to large venous vessels. The aim of our study was to study the absorbent properties of widely used hemostatic drugs in an in vitro experiment.
Material and methods. The hemostatic sponge, Tachocomb, Surgitamp and Molselect were chosen as the tested sorbents. In vitro, the test materials (hemostatic sponge, Tachocomb, Molselect, Surgitamp) of the same shape and size were placed, the tubes had pre-prepared blood in the amount of 30 ml. The obtained experimental data were approximated by a fifth degree polynomial by the least squares method.
Results. It has been established that it is most effective to apply "spraying" with a layer of 2 mm, since the volume of absorbed blood is greatest. At the same time, evaluating the cost of materials under equal conditions of use, Molselect has a greater economic prospect.
Conclusions. The results show that Molselect has the highest absorbing properties compared to other drugs, which makes its use in clinical practice the most promising.
Keywords: liver injuries, hemostatic materials, gel sorbents, blood absorption, mathematical model.
Введение
Травмы, полученные в результате дорожно-транспортных происшествий, падений, насилия или военных действий ежегодно приводят к смерти более 5 млн людей и являются причиной 9 % всех случаев смерти в мире [1]. На каждый случай смерти приходятся десятки случаев госпитализации, сотни случаев обращения в службы неотложной помощи и тысячи случаев обращения к врачам. Значительная доля людей, выживших после полученных травм, страдает от временной или постоянной инвалидности [1].
В начале XXI в. наблюдается тенденция резкого роста пациентов с травмами печени. Так, в сравнении с 1990-ми гг. число таких травм в настоящее время увеличилось с 18 до 31 % от общего числа травм [2-5].
Повреждения печени характеризуются особой тяжестью, сложностью распознавания и лечения, особенно травмы, которые связаны с повреждением крупных венозных сосудов [6]. По данным разных источников, частота повреждений печени колеблется от 20 до 50 % от всех травм брюшной полости, и в настоящее время не имеет тенденции к снижению [7, 8]. В большинстве случаев (до 90 %) пострадавшие с повреждением печени являются людьми молодого трудоспособного возраста [7, 8].
Более чем 40 % травмированных пациентов, имеющих серьезные повреждения печени и значительный гемоперитонеум, не демонстрируют клиническую картину абдоминальной катастрофы [8].
Средний возраст больных с повреждениями печени 25-36 лет. Большую часть пострадавших составляют мужчины. По данным Всемирной организации здравоохранения, смертность от механических травм занимает третье место среди всех летальных исходов и выходит на первое место у лиц, погибших в возрасте моложе 40 лет, среди подростков этот показатель достигает 80 % [9, 10]. Характерной чертой последних лет является изменение структуры травматизма, заключающееся в возрастании тяжести повреждений, преимущественно за счет увеличения доли сочетанных и множественных травм, частота которых достигает 55-80 % [11]. Данная категория повреждений характеризуется высокими летальностью и инвалидизацией, соответственно 50 и 74 %. При острых массивных кровотечениях в результате травмы живота летальность достигает 68-90 % [9-11].
Одной из актуальных проблем хирургии травм паренхиматозных органов остается интраоперационная остановка паренхиматозных и капиллярных кровотечений. Снижение травматичности оперативных вмешательств - одно из основных направлений развития хирургии на современном этапе. Лечение пациентов с травматическими повреждениями печени остается актуальной проблемой в современной хирургической практики.
Цель исследования: изучить абсорбирующие свойства широко применяющихся гемостатических препаратов в эксперименте in vitro.
Задачи исследования:
1. Провести ретроспективный анализ гемостатических средств, часто применяемых в хирургической практике.
2. Выполнить эксперимент по определению препарата, обладающего наибольшей абсорбирующей способностью in vitro.
3. Разработать математическую модель, позволяющую выявить гемо-статический препарат с наибольшей абсорбирующей способностью.
Материалы и методы
Начальный этап исследований предполагал эксперимент, показывающий, как различные гемостатические материалы, в частности гелевые сорбенты, выполняют абсорбцию крови. Данный эксперимент стал частью доказательной базы по разработке и применению в клинической практике новой технологии оперативного лечения травматических повреждений печени. На конечном этапе разработки перспективных технологий оперирования, при оценке пригодности новых материалов, их экспериментальные исследования являются определяющими. Цели, стоящие перед экспериментальными исследованиями, задаются исходя из особенностей проводимой операции.
Так, при выполнении оперативного вмешательства при травме печени на первый план выходит способность применяемых материалов к остановке кровотечения, желчеистечения, возможность выполнить полный объем оперативного вмешательства без повторных лапаротомий. При этом количественным показателем процесса абсорбции крови, впитываемой исследуемыми материалами, может служить ее объем. В качестве испытуемых сорбентов были выбраны препараты, которые широко используются в медицинской хирургической практике отечественного здравоохранения. Эти препараты широко распространены и доступны в лечебных учреждениях Российской Федерации [12-14]. Это гемостатическая губка, Тахокомб, Сургитамп и Молселект (рис. 1).
По результатам эксперимента, помимо оценки их впитывающих свойств, ставилась также задача установления экономической целесообразности их использования, преимуществ друг перед другом, а также математическое описание процесса впитывания крови материалами.
Известно, что Тахокомб (производитель TAKEDA AUSTRIA GmbH, Австрия), не вызывает в тканях острого воспаления и местной токсической реакции. Биополимер стимулирует раннюю активацию фибробластической реакции и ангиогенез. Мезотелиальный покров восстанавливается на поверхности препарата на 7-14-е сут. Биодеградация Тахокомба наступает спустя 30 сут после нанесения на раны печени. Известны также технические приемы наложения препарата при открытой и лапароскопической опе-
рациях и его гемостатическая эффективность при использовании в клинических условиях [12].
Рис. 1. Экспериментальные материалы
Гемостатическая коллагеновая губка оказывает местное гемостати-ческое и антисептическое действие, стимулирует регенерацию тканей. Оставленная в ране или полости губка полностью рассасывается. При контакте с кровоточащей поверхностью происходит адгезия и агрегация тромбоцитов, что приводит к быстрой остановке капиллярно-паренхиматозного кровотечения. Коллаген подвергается биодеградации - постепенному рассасыванию в организме в срок до 6 недель, что позволяет оставлять материал в месте применения без последующего удаления. Продукты биодеградации (лизиса) коллагена стимулируют процессы раневой репарации, ускоряя заживление ран. Содержащиеся в губке борная кислота и нитрофурал оказывают антисептическое и противомикробное действие [13].
В эксперименте также был применен такой гемостатический материал, как Сургитамп. Он представляет собой фибриллярный рассасывающийся ге-мостатик из окисленной регенерированной целлюлозы с уровнем кислотности Ph 3,5-4,5. Сургитамп получается путем окисления определенного типа целлюлозы, натуральной вискозы. Он обладает быстрым гемостатическим эффектом (2-4 мин), полностью рассасывается путем гидролиза (5-8 дней) даже при отсутствии крови, не вызывает нежелательных тканевых реакций и реакций гиперчувствительности. Сургитамп используется в хирургической практике для контролирования капиллярных, венозных и мелких артериальных кровотечений в случае, если лигатура или другой метод контроля кровотечения непрактичен или неэффективен [14].
Исследуемый препарат Молселект (ООО ПКФ «МИНКАР», Россия, Москва) несколько меньше известен в хирургической практике. Однако благодаря высокому содержанию гидроксильных групп легко набухает и абсорбирует большое количество жидкости.
Эксперимент заключался в том, что в пробирки с одинаковым количеством крови 30 мл (кровь здорового донора, показатели общего анализа крови, биохимического анализа и коагулограмма в пределах нормы, измеренные в лаборатории клинико-диагностического отделения Брянской городской больницы № 1) помещались испытываемые материалы (гемостатическая губка, Тахокомб, Молселект, Сургитамп) одинаковой формы и размеров (рис. 2).
Рис. 2. Мерные пробирки с сорбентами
Гемостатическая губка, материалы Тахокомб, Сургитамп были выполнены в виде квадратных фрагментов площадью 8 см2, материал Молселект по причине своей порошкообразной природы находился в марле и имел кубическую форму объемом 1 мл. По истечении времени происходило полное насыщение материалов кровью (уровень впитываемой крови в пробирке в течение 5 мин оставался на одном уровне), в дальнейшем производился контрольный замер уровня крови в лабораторной пробирке со шкалой деления от 0 до 50 мл методом непосредственной оценки впитанного объема каждым материалом (рис. 3).
В качестве целевой была выбрана функция, устанавливающая зависимость объема впитываемой крови от геометрических размеров продольного и поперечного сечения материала. Минимизация целевой функции была проведена по критерию Хука-Дживса.
Результаты и обсуждение
Результаты исследований показали, что наибольший объем крови впитан материалом Молселект (до 30 % исходного объема), что подтверждает перспективность его применения. Также установлено, что материал имеет наименьший период набухания в крови.
В ходе исследований было также отмечено, что процесс абсорбции напрямую зависит от площади полной поверхности сорбента. Поэтому экспе-
римент был многократно выполнен для испытываемых материалов при их различных геометрических размерах и формах. После аппроксимации экспериментальных данных было установлено, что для гемостатической губки, материалов Тахокомб и Сургитамп зависимость объема впитываемой крови от объема используемого вещества носит близкий к линейному характер, а в случае с материалом Молселект - нелинейный. Полученные результаты представлены на рис. 4.
Рис. 3. Оценка впитанной крови
о Сургитамп х Гемостатическая губка а Тахокомб О Молселект
Объём материала, см Рис. 4. Зависимость объема впитанной крови от объема материала
Для оценки эффективности использования материалов произвольной формы также необходимо математическое описания зависимости объема впитываемой крови от объема используемого вещества. По результатам проведенных испытаний был выбран наиболее перспективный материал - Мол-селект. Полученные экспериментальные данные были аппроксимированы полиномом пятой степени методом наименьших квадратов:
Ук (у) = а0 + а1Уг + а2Уг2 + а3У? + а4Уг4 + а5Уг5, (1)
где Уг - объем материала; Ук - объем впитанной крови; а0, а], а2 , а3, а4, а5 -параметры, подлежащие идентификации.
Для расчета идентифицируемых параметров использовалась целевая функция, которая определяла степень расхождения эксперимента и расчетной модели. В качестве целевой функции использовался критерий среднеквадра-тических отклонений объема впитанной крови от экспериментальных данных:
'тах
а = \ (Ук (Оэ - Ук (Ом )2 *, (2)
0
где Ук ^)э - экспериментальное значение объема впитанной крови; Ук ^)м -расчетная величина объема впитанной крови.
Минимизация критерия методом Хука-Дживса позволила определить параметры математической модели а0, аь а2, а3, а4, а5. График полученной зависимости показан на рис. 4.
Конечным этапом исследований было определение необходимого объема материала при травматических повреждениях печени. Оптимальные качества выражались способностью максимальной абсорбции крови при минимальных размерах используемого материала как в продольном, так и в поперечном направлении. Так как методика нанесения материала Молселект предполагает «напыление» его с помощью особого инструмента, то в расчетах условно принималась прямоугольная форма сечения.
Для проверки адекватности разработанной математической модели с учетом экспериментальных данных применялся ^-критерий Фишера:
^ф = при ^ > 5у2.
5У
Результаты проверки представлены в табл. 1, из которой видно, что
52
ад
2
дисперсии адекватности ^ад больше средних дисперсий воспроизводимости
Sy , расчетные значения ^ф меньше табличных ^табл. Следовательно, математические модели аппарата и его основных узлов прошли проверку адекватности по F-критерию для уровня значимости q = 5 %.
Установлено, что наиболее эффективно наносить «напыление» слоем в 2 мм, так как объем впитываемой крови наибольший. При этом с учетом стоимости материалов при равных условиях применения препарат Молселект имеет большую экономическую перспективу.
Таблица 1
Результаты проверки адекватности модели
Показатель Аппарат АВК-120П
2 Дисперсия адекватности Бад, мл 0,614
Средняя дисперсия воспроизводимости , мл 0,208
Расчетное значение критерия Фишера ^ф 2,95
Табличное значение критерия Фишера ^табл 3,39
В результате анализа литературы не было найдено работ, в которых была бы проведена сравнительная оценка препаратов на абсорбционную способность (гемостатической губки, Тахокомба, Сургитампа и Молселекта).
Заключение
Полученные результаты показывают, что Молселект обладает наибольшими абсорбирующими свойствами по сравнению с другими препаратами, что делает его применение в клинической практике наиболее перспективным.
Молселект - порошкообразный препарат, поэтому он удобнее наносится на поверхность раны и прост в использовании, что немаловажно для его применения при травматических повреждения печени в экстренных условиях.
Оценивая экономическую составляющую препаратов, можно сделать однозначный вывод о том, что Молселект имеет большие перспективы внедрения по сравнению с Тахокомбом и Сургитампом.
Библиографический список
1. Статистика травм в мире по данным ВОЗ в 2017 году. - URL: https://www.who.int/topics/injuries/about/en/ (дата обращения: 20.10.2019).
2. Скипенко, О. Г. Хирургия печени. Оперативная техника и мини-инвазивные технологии. Руководство / О. Г. Скипенко. - Москва : МИА, 2016. - 304 с.
3. Масляков, В. В. Непосредственные результаты лечения закрытых травм печени, полученные вследствие дорожно-транспортных происшествий / В. В. Масляков, Е. В. Костенко, С. В. Полков // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Медицинские науки. - 2014. - № 4. - С. 54-63.
4. Савельев, В. С. Клиническая хирургия : национальное руководство : в 3 т. / В. С. Савельев, А. И. Кириенко. - Москва : ГЭОТАР-Медиа, 2013. - Т. 2. - 832 с. -(Национальные руководства).
5. Burch, J. M. Injuries to the liver, biliary tract, spleen, and diaphragm / J. M. Burch, E. E. Moor // Trauma and thermal injury. - 2006. - URL: https://studylib.net/ doc/8237194/injuries-to-the-liver--biliary-tract--spleen-and-diaphragm
6. Hepatoportal Venous Trauma: Analysis of Incidence, Morbidity, and Mortality / S Maithel, A. Grigorian, N. K. Kabutey et al. // Vasc Endovascular Surg. - 2019. - Sep. 30.
7. Decreased mortality, laparotomy, and embolization rates for liver injuries during a 13-year period in a major Scandinavian trauma center / I. A. Gaski, J. Skattum, A. Brooks et al. // Trauma Surg Acute Care Open. - 2018. - Vol. 3 (1).
8. Management of bleeding and coagulopathy following major trauma: an updated European guideline / D. R. Spahn, B. Bouillon, V. Cerny et al // Critical. Care. - 2013. -Vol. 17. - P. 76.
9. Kalil, M. Epidemiological evaluation of hepatic trauma victims undergoing surgery / M. Kalil, I. M. Amaral // Rev Col Bras Cir. - 2016. - Feb. - Vol. 43 (1). - P. 22-27.
10. Green, C. S. Outcomes and complications of angioembolization for hepatic trauma: A systematic review of the literature / C. S. Green, E. M. Bulger, S. W. Kwan // J Trauma Acute Care Surg. - 2016. - Vol. 80 (3). - P. 529-537.
11. Kaptanoglu, L. Current approach to liver traumas / L. Kaptanoglu, N. Kurt, H. E. Sikar // Int J Surg. - 2017. - Vol. 39. - P. 255-259.
12. Горский, В. А. Эффективность использования ТахоКомба в гепатобилиарной хирургии / В. И. Горский, А. М. Зрянин, М. А. Агапов // Современные технологии в медицине. - 2011. - № 2. - C. 61-68.
13. Губка гемостатическая коллагеновая. Инструкция по медицинскому применению -РУ № Р N001656/01-2002. - URL: https://www.rlsnet.ru/tn_index_id_24717.htm. (дата обращения: 23.10.2019).
14. Хирургические материалы // ERGON EST. - URL: http://ergonest.com/surgitamp-fibrillyarnyiy (дата обращения: 22.07.2019).
References
1. Statistika travm v mire po dannym VOZ v 2017 godu [World injury statistics according to WHO in 2017]. Available at: https://www.who.int/topics/injuries/about/en/ (accessed Oct. 20, 2019). [In Russian]
2. Skipenko O. G. Khirurgiya pecheni. Operativnaya tekhnika i miniinvazivnye tekhnologii. Rukovodstvo [Liver surgery. Operational equipment and minimally invasive technologies. Guidance]. Moscow: MIA, 2016, 304 p. [In Russian]
3. Maslyakov V. V., Kostenko E. V., Polkov S. V. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Povolzhskiy region. Meditsinskie nauki [University proceedings. Volga region. Medical sciences]. 2014, no. 4, pp. 54-63. [In Russian]
4. Savel'ev V. S., Kirienko A. I. Klinicheskaya khirurgiya: natsional'noe rukovodstvo: v 3 t. [Clinical surgery: national guidance: in 3 volumes]. Moscow: GEOTAR-Media, 2013, vol. 2, 832 p. [In Russian]
5. Burch J. M., Moor E. E. Trauma and thermal injury. 2006. Available at: https://studylib.net/doc/8237194/injuries-to-the-liver--biliary-tract--spleen-and-diaphragm
6. Maithel S., Grigorian A., Kabutey N. K. et al. Vasc Endovascular Surg. 2019, Sep. 30.
7. Gaski I. A., Skattum J., Brooks A. et al. Trauma Surg Acute Care Open. 2018, vol. 3 (1).
8. Spahn D. R., Bouillon B., Cerny V. et al. Critical. Care. 2013, vol. 17, p. 76.
9. Kalil M., Amaral I. M. Rev Col Bras Cir. 2016, Feb., vol. 43 (1), pp. 22-27.
10. Green C. S., Bulger E. M., Kwan S. W. J Trauma Acute Care Surg. 2016, vol. 80 (3), pp. 529-537.
11. Kaptanoglu L., Kurt N., Sikar H. E. Int J Surg. 2017, vol. 39, pp. 255-259.
12. Gorskiy V. A., Zryanin A. M., Agapov M. A. Sovremennye tekhnologii v meditsine [Modern technologies in medicine]. 2011, no. 2, pp. 61-68. [In Russian]
13. Gubka gemostaticheskaya kollagenovaya. Instruktsiya po meditsinskomu primeneniyu -RU № R N001656/01-2002 [Hemostatic collagen sponge. Medical instruction - RU No.R N001656/01-2002]. Available at: https://www.rlsnet.ru/tn_index_id_24717.htm. (accessed Oct. 23, 2019). [In Russian]
14. ERGON EST. Available at: http://ergonest.com/surgitamp-fibrillyarnyiy (accessed Jul. 22, 2019).
Воронцов Алексей Константинович
кандидат медицинских наук, заведующий первым хирургическим отделением, Брянская городская больница № 1 (Россия, г. Брянск, ул. Камозина, 11)
E-mail: [email protected]
Vorontsov Aleksey Konstantinovich Candidate of medical sciences, head of the first surgical department, Bryansk City Hospital No. 1 (11, Kamozina street, Bryansk, Russia)
Трошин Владислав Павлович доктор медицинских наук, профессор, заведующий патологоанатомическим отделением, Брянская городская больница № 1 (Россия, г. Брянск, ул. Камозина, 11)
E-mail: [email protected]
Пархисенко Юрий Александрович доктор медицинских наук, профессор, кафедра госпитальной хирургии, Воронежский государственный медицинский университет имени Н. Н. Бурденко (Россия, г. Воронеж, ул. Студенческая, 10)
E-mail: [email protected]
Корсаков Антон Вячеславович доктор биологический наук, профессор, кафедра безопасности жизнедеятельности и химии, заведующий НИЛ «Экология человека и анализ данных в техносфере», Брянский государственный технический университет (Россия, г. Брянск, бульвар 50-летия Октября, 7)
E-mail: [email protected]
Климашевич Александр Владимирович доктор медицинских наук, профессор, кафедра хирургии, Медицинский институт, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40)
E-mail: [email protected]
Troshin Vladislav Pavlovich Doctor of medical sciences, professor, head of the pathological department, Bryansk City Hospital No. 1 (11, Kamozina street, Bryansk, Russia)
Parkhisenko Yuriy Aleksandrovich Doctor of medical sciences, professor, sub-department of hospital surgery, Voronezh State Medical University named after N. N. Burdenko (10, Studencheskaya street, Voronezh, Russia)
Korsakov Anton Vyacheslavovich Doctor of biological sciences, professor, sub-department of life safety and chemistry, head of Research Laboratory "Human Ecology and Data Analysis in the Technosphere", Bryansk State Technical University (7, 50th anniversary of October boulevard, Bryansk, Russia)
Klimashevich Aleksandr Vladimirovich Doctor of medical sciences, professor, sub-department of surgery, Medical Institute, Penza State University (40, Krasnaya street, Penza, Russia)
Образец цитирования:
Оценка эффективности применения гелевых сорбентов в крови при травматических повреждениях печени / А. К. Воронцов, В. П. Трошин, Ю. А. Пархисенко, А. В. Корсаков, А. В. Климашевич // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Медицинские науки. - 2020. -№ 1 (53). - С. 38-47. - DOI 10.21685/2072-3032-2020-1-5.
