GROUNDS FOR A METHOD OF MODELLING MINE-BLAST TRAUMA TO THE SOFT TISSUES OF THE MAXILLOFACIAL REGION IN LABORATORY ANIMALS
GROUNDS FOR A METHOD OF MODELLING MINE-BLAST TRAUMA TO THE SOFT TISSUES OF THE MAXILLOFACIAL REGION IN LABORATORY ANIMALS
Abstract
Injuries to the maxillofacial region (MFR) resulting from mine-blast trauma are characterised by their severity and the atypical course of the reparative processes. Existing experimental models require complex military infrastructure and the use of large animals, and often fail to account for the ischaemia-reperfusion factor, which limits their application in routine research practice.
Objective: development and physiological substantiation of a reproducible model of mine-explosive damage to the soft tissues of the maxillofacial region in laboratory animals, supplemented by the ischemia-reperfusion phase.
The experiment was conducted on 24 sexually mature female rats of the ‘Standard’ strain. The injurious factor (barotrauma, thermal and shrapnel injury) was induced using a compact spring device and screw cartridges in the region of the buccinator muscle. To model ischaemia-reperfusion syndrome, a 60-minute temporary occlusion of the common and external carotid arteries was performed 30 minutes after injury. Morphometric, histological and biochemical parameters were assessed over time.
The suggested protocol ensured a high degree of standardisation of the wound defect: a blind wound canal was formed, containing areas of coagulative necrosis and ‘minus tissue’. Biochemical analysis confirmed the development of marked oxidative stress (a statistically significant increase in MDA, SOD and TNF-α). Validation of the model through the administration of N-acetylcysteine demonstrated its sensitivity to pharmacological correction.
The developed method is an accessible, universal and highly reproducible tool. The model adequately replicates the pathogenesis of blast injuries in humans and can be used for preclinical testing of promising biodegradable materials and antioxidant drugs.
1. Введение
Поражения челюстно-лицевой области (ЧЛО), возникающие в результате детонации взрывчатых веществ, относятся к категории тяжелых комбинированных травм , , . Специфика данной патологии обусловлена синергичным действием нескольких повреждающих факторов: резкого перепада атмосферного давления (ударная волна), высокотемпературного газового потока, токсичных продуктов горения и множественных осколков , . Топографо-анатомические особенности лицевого отдела — разветвленная капиллярная сеть, значительный объем рыхлой соединительной ткани и высокая интенсивность клеточного метаболизма — создают предпосылки для атипичного течения репаративных процессов. Первичная волна запускает механизмы обширной ишемии вследствие стойкого спазма сосудов и пареза микроциркуляторного русла, формируя зоны молекулярного сотрясения и отсроченного некробиоза.
Экспериментальное воспроизведение подобных повреждений на биологических объектах является базовым этапом доклинической оценки новых лечебных стратегий. Однако большинство существующих протоколов моделирования характеризуются низкой доступностью, так как требуют задействования военной инфраструктуры, использования электродетонаторов или кумулятивных зарядов, что сопряжено с получением трудоемких разрешений , , . Кроме того, классические методики часто ориентированы на крупных млекопитающих (свиньи, собаки), что ограничивает их применение в рутинной научно-исследовательской практике.
В научной литературе описан метод генерации взрывного ранения с применением электродетонатора ЭДП-р, обеспечивающего стандартизированные повреждения мышечного массива бедра . Конструкция предполагает использование жесткого полиуретанового блока для фокусировки газоплазменного потока при строго фиксированном расстоянии до объекта (11 см). Данный подход требует специализированной полигонной базы и высоких временных затрат на подготовку.
Альтернативным решением является использование строительно-монтажных пистолетов (СМП-3М и ПЦ-84) с варьируемой массой порохового наполнителя (0,38–0,55 г) . В качестве поражающих элементов в данном случае выступают стальные фрагменты, помещенные в бумажный пыж. Существенным недостатком этой схемы выступает многоэтапность воздействия и необходимость в специальном фиксирующем стенде, что увеличивает продолжительность эксперимента и вариабельность результатов.
Известные подходы, основанные на временной окклюзии сонных артерий, позволяют изучать исключительно ишемический компонент, но не воспроизводят полный спектр взрывных факторов. Наиболее близким аналогом (прототипом) следует считать способ моделирования травмы мягкотканных структур таза с использованием пружинного пускового устройства и резьбовых патронов (патент RU 2840587). Однако данная модель не адаптирована для изучения специфики лицевого раневого процесса и не предусматривает создание пост-ишемического реперфузионного синдрома, что критически важно для оценки биодеградируемых материалов.
Цель исследования — разработка и физиологическое обоснование воспроизводимой модели минно-взрывного повреждения мягких тканей челюстно-лицевой области у лабораторных животных, дополненной фазой ишемии-реперфузии.
2. Методы и принципы исследования
Экспериментальная часть выполнена на 24 половозрелых самках крыс линии «Стандарт» (средняя масса — 200±50 г). Все процедуры одобрены локальным этическим комитетом (протокол № 7 от 15.07.2024) и соответствуют требованиям ГОСТ 33216-2014 и Приказа Минздрава РФ № 199н.
Животным за 30 минут до вмешательства проводили стандартную инъекционную анестезию (золетил 20 мг/кг + ксилазин 5 мг/кг, внутримышечно). В области проекции жевательной или щечной группы мышц удаляли волосяной покров, оставляя остевые волосы высотой 1–2 мм.
Для генерации поражающего фактора использовали компактное однозарядное пружинное устройство (масса 56 г, габариты 120×14×14 мм) с резьбовыми патронами. Конструкция патрона включает гильзу с капсюлем, заряд на основе перхлората калия и магния, а также сигнальную звездку массой 0,009 г. Продолжительность горения активного вещества составляет 3–5 секунд.
Крысу фиксировали в дорсальной позиции, голову ротировали латерально для подведения щечной области к дульному срезу устройства (дистанция воздействия — 5 см). Устройство ориентировали строго перпендикулярно поверхности. После взведения ударного механизма и фиксации патрона производили выстрел в условиях отсутствия воздушных потоков.
Первичный визуальный осмотр выявил типичные признаки взрывного дефекта «минус-ткань»: рваные, опаленные края с зонами разможжения, препятствующие первичному хирургическому сопоставлению. При препарировании установлено, что раневой канал имеет слепой характер, проникая на ¾ толщины мышечно-фасциального слоя. Полость раны содержала мелкие инородные частицы — продукты детонации гильзы.
С целью верификации механизмов реперфузионного повреждения через 30 минут после взрывного воздействия выполняли доступ к сосудистому пучку шеи. Путем микрохирургической диссекции выделяли общую и наружную сонную артерию с последующим наложением временного сосудистого клипа на 60 минут (тотальная ишемия зоны травмы). По окончании окклюзионного периода кровоток восстанавливали, рану на шее ушивали.
Вид однозарядного пускового устройства:
1 - корпус пускового устройства; 2 - резьба для установки резьбовых патронов; 3 - ударник с пружиной для инициирования резьбовых патронов; 4 - ручка взвода.
Устройство резьбового патрона:
5 - гильза с капсюлем-воспламенителем; 6 - пороховой заряд; 7 - резьбовой патрон
3. Основные результаты
Предложенный протокол обеспечивает однотипность повреждений у всех особей, что подтверждается статистической обработкой морфометрических данных. Усредненные показатели площади раневых дефектов кожи, подкожной клетчатки, мышц и фасций представлены в таблице 1, демонстрируя низкую вариабельность значений (M±m).
Размеры площади ран у лабораторных животных, полученных в результате моделирования взрывной травмы мягких тканей челюстно-лицевой области с ишемически-реперфузионным синдромом с использованием заявляемого способа
M±m
Номер животного | Размеры ран кожи и ПЖК, см | Площадь раны кожи и ПЖК, см² | Размеры мышечных ран и фасций, см | Площадь мышечной раны, см² | Глубина раны, см |
1 | 2,5±0,5 | 3,9±0,5 | 0,8±0,5 | 2,3±0,5 | 1,9±0,5 |
2 | 2,6±0,5 | 4,2±0,5 | 1,2±0,5 | 2,4±0,5 | 2,3±0,5 |
3 | 2,7±0,5 | 3,8±0,5 | 1,1±0,5 | 2,7±0,5 | 2,0±0,5 |
4 | 2,2±0,5 | 3,7±0,5 | 1,3±0,5 | 2,8±0,5 | 2,4±0,5 |
5 | 2,3±0,5 | 3,9±0,5 | 1,3±0,5 | 2,5±0,5 | 2,6±0,5 |
6 | 2,5±0,5 | 4,1±0,5 | 1,0±0,5 | 2,9±0,5 | 1,9±0,5 |
7 | 2,6±0,5 | 4,3±0,5 | 0,9±0,5 | 3,1±0,5 | 1,8±0,5 |
8 | 2,5±0,5 | 3,8±0,5 | 1,0±0,5 | 2,5±0,5 | 2,5±0,5 |
9 | 2,5±0,5 | 3,9±0,5 | 1,3±0,5 | 2,4±0,5 | 2,2±0,5 |
10 | 2,6±0,5 | 4,2±0,5 | 0,8±0,5 | 2,9±0,5 | 2,4±0,5 |
11 | 2,5±0,5 | 3,7±0,5 | 1,1±0,5 | 2,7±0,5 | 2,3±0,5 |
12 | 2,6±0,5 | 3,8±0,5 | 1,3±0,5 | 2,6±0,5 | 2,3±0,5 |
13 | 2,5±0,5 | 3,9±0,5 | 1,1±0,5 | 2,6±0,5 | 2,1±0,5 |
14 | 2,3±0,5 | 3,7±0,5 | 1,2±0,5 | 2,4±0,5 | 2,5±0,5 |
15 | 2,4±0,5 | 3,9±0,5 | 1,2±0,5 | 2,7±0,5 | 2,3±0,5 |
16 | 2,2±0,5 | 4,2±0,5 | 0,8±0,5 | 2,8±0,5 | 2,1±0,5 |
17 | 2,3±0,5 | 4,1±0,5 | 1,2±0,5 | 2,5±0,5 | 2,2±0,5 |
18 | 2,5±0,5 | 3,8±0,5 | 1,0±0,5 | 2,8±0,5 | 2,4±0,5 |
19 | 2,2±0,5 | 3,9±0,5 | 1,2±0,5 | 2,4±0,5 | 2,3±0,5 |
20 | 2,5±0,5 | 4,1±0,5 | 1,2±0,5 | 2,7±0,5 | 2,0±0,5 |
21 | 2,5±0,5 | 3,7±0,5 | 1,1±0,5 | 2,5±0,5 | 2,1±0,5 |
22 | 2,3±0,5 | 3,8±0,5 | 1,2±0,5 | 2,4±0,5 | 2,4±0,5 |
23 | 2,7±0,5 | 3,9±0,5 | 1,0±0,5 | 2,8±0,5 | 2,2±0,5 |
24 | 2,6±0,5 | 4,2±0,5 | 1,1±0,5 | 2,6±0,5 | 2,5±0,5 |
Гистологическая верификация показала, что в зоне поражения преобладают коагуляционные некрозы, перифокальное воспаление с массивной лейкоцитарной инфильтрацией, очаги геморрагического пропитывания. Биохимический анализ в динамике выявил достоверное возрастание уровня малонового диальдегида (MDA), супероксиддисмутазы (SOD) и фактора некроза опухоли α (TNF-α), что подтверждает реализацию окислительного стресса.
Применение модели было валидировано путем введения N-ацетилцистеина (150 мг/кг, внутрибрюшинно) за 30 мин до реперфузии. В тестируемой группе отмечена позитивная динамика биохимических маркеров и уменьшение площади ран по сравнению с контрольной группой, что подтверждает чувствительность модели к фармакологической коррекции.
4. Заключение
Разработанный способ моделирования позволяет воспроизводить специфический комплекс повреждений (баротравма, термотравма, осколочное воздействие) мягкотканного каркаса челюстно-лицевой области у крыс, сопряженный с развитием полноценного ишемически-реперфузионного синдрома. Модель отличается высокой степенью стандартизации травмы по глубине, площади и локализации, что критически важно для валидности сравнительных исследований.
Ключевыми преимуществами методики являются:
1. Доступность — использование серийно выпускаемых отечественных патронов и простого пружинного устройства вместо дефицитных детонаторов.
2. Универсальность — применимость для мелких грызунов без использования полигонного оборудования.
3. Воспроизводимость — стабильность вызываемых повреждений подтверждена морфометрией и гистологией.
4. Технологичность — процедура не требует специфических инженерных навыков и может быть внедрена в условиях стандартной операционной при соблюдении базовых мер безопасности.
Таким образом, предложенная модель является адекватным инструментом для изучения патогенеза взрывных ранений челюстно-лицевой области и доклинической оценки перспективных биодеградируемых материалов и антиоксидантных препаратов.