CC BY
13УДК 615.832.93
Е.А. Рюткянен1, Н.В. Сиротинкин2, К.Н. Касанов3, В.А. Попов В.А.4
Локальная гипотермия (ЛГ) - лечебное воздействие на ограниченные участки тела холодовых факторов, которые снижают температуру тканей не ниже пределов их криоустойчивости (5-10°С). На сегодняшний день ЛГ является неотъемлемой частью оказания помощи раненым на ранних стадиях раневого процесса. Значимость применения данного метода отмечается как в отечественной, так и в зарубежной литературе по военно-полевой хирургии и медицине катастроф. Так локальное понижение температуры тканей не оказывает неблагоприятного влияния на репаративные процессы в ране при применении в течении 72 часов после оперативного вмешательства [2]. Стоит отметить, что указания на средства и способы обеспечения ЛГ в полевых условиях практически отсутствуют, недостаточно освещена и физиологическая роль метода ЛГ. Детальное изучение значения локальной гипотермии в патофизиологии раневого воспалительного процесса и разработка патофизиологически обоснованных криопакетов стало проводиться относительно недавно, что обусловлено, прежде всего, ростом технических возможностей в проведении биохимических и биофизических исследований.
Применяемые в настоящее время охлаждающие средства содержат неорганическую соль и воду, разделенные перегородкой. При разрыве перегородки соль растворяется в воде с эндотермическим эффектом. В промышленности выпускают такие пакеты под маркой «Снежок», «Апполо», «Мирал» и др. Известны терапевтические пакеты для охлаждения тканей организма двух основных типов. Первые основаны на использовании эндотермической реакции, происходящей при растворении некоторых солей в воде [3, 4]. Такие пакеты удобны для применения в полевых условиях, поскольку не требуют привлечения холода извне. Но при малой теплоемкости пакеты одномоментного действия не эффективны в усло-
РАЗРАБОТКА КРИОПАКЕТА С ДОЗИРОВАННЫМ И ПРОЛОНГИРОВАННЫМ ГИПОТЕРМИЧЕСКИМ ЭФФЕКТОМ ДЛЯ ОКАЗАНИЯ НЕОТЛОЖНОЙ МЕДИЦИНСКОЙ ПОМОЩИ
Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет) 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., 26 Военно-Медицинская академия им. Кирова 194044, Санкт-Петербург, ул. Академика Лебедева, 6.
В данной работе проведены исследования гипотермических систем с целью увеличить длительность эндотермической реакции происходящей при растворении соли в воде за счёт создания полимерной оболочки на поверхности соли. Для этого были определены состав соли, входящей в гипотермический пакет, и полимер, используемый в качестве защитной оболочки гранул соли. По комплексу всех исследований было выявлено, что использование твердых полимерных оболочек позволяет пролонгировать действие всей системы, входящей в состав ги-потермического пакета.
Ключевые слова: гипотермический эффект, криопакет, пролонгирование, нитрат аммония, поливинилхлорид, полиметилметакрилат.
виях жаркого климата и не могут обеспечить оптимальный уровень гипотермии при различных медицинских показаниях. Действие пакетов второго типа основано на предварительной аккумуляции холода содержимым пакета (например, гелем) в холодильной камере [5, 6]. Такие пакеты имеют большую теплоемкость, но не могут обеспечить моментальный лечебный эффект без предварительного их охлаждения в течение нескольких часов в морозильной камере. Однако, главным недостатком таких устройств является кратковременность действия - следствие скоротечности эндотермической реакции между водой и солью. Для пролонгирования реакции используются следующие средства:
а) последовательное растворение порций соли;
б) регулирование в процессе реакции поверхности контакта воды и соли;
в) применение солей в гранулированном виде с растворимыми или пористыми оболочками гранул.
Конструкции типа а) и б) трудно, а в большинстве случаев невозможно, использовать для целей поверхностной гипотермии в медицине. Кроме того, они не обеспечивают необходимую для применения в этой области длительность охлаждения. Устройства третьего типа просты в употреблении. Пористые оболочки дают максимальную из известных устройств длительность реакции.
В настоящее время актуальной задачей является разработка средств - химических соединений, обеспечивающих эндотермические эффекты в течение продолжительного времени.
Целью настоящей работы является создание криопакета с дозированным и пролонгированным гипотермическим эффектом для оказании неотложной помощи при боевой хирургической травме - огнестрельных ранениях, тяжелых ме-
1 Рюткянен Евгения Александровна, аспирантка каф. химии и технологии каучука и резины, ryutkyanen.evgen@mail.ru
2 Сиротинкин Николай Васильевич, д-р хим.наук, профессор, зав. каф. химии и технологии каучука ти резины, декан факультета химической и биотехнологии СПбГТИ(ТУ), f4@lti-gti.ru
3 Касанов Кирилл Николаевич, студент Военно-Медицинской академии им. Кирова, kasanov_kiria@mail.ru
4 Попов Владислав Александрович, д-р мед. наук, профессор Военно-Медицинской академии им. Кирова
Дата поступления - 20 сентября 2011 года
ханических травмах и глубоких ожогах. Важным критерием при разработке пакета также является возможность его использования в порядке само- и взаимопомощи и в различных климатических широтах независимо от температуры окружающей среды.
Эффект пролонгирования достигается в результате экранирования поверхности водорастворимой соли полимерными пленками с различной гидрофильностью [2], при этом скорость растворения будет зависеть от условий диффузии воды через пленку. Таким образом, необходимо решить следующие задачи:
• Использование различных полимеров - поливинилхлорида (ПВХ), полиметиметакрилата (ПММА);
• Исследование влияния толщины пленки (концентрация полимера в системе 0,13 % - 1 %) полимера;
• Уменьшение экстремальной температуры относительно времени ее достижения эталоном (криопакеты «Снежок» и «Апполо»).
В качестве объектов исследования были выбраны: нитрат аммония в гранулах, полимеры - ПММА и ПВХ.
Результаты исследования
Создаваемый гипотермический пакет состоит из наружного и внутреннего пакетов, в состав первого из них входит соль нитрата аммония, покрытая плёнкой ПММА или ПВХ, а второго - вода. Наружный пакет состоит из плотного полиэтилена, внутренний - из менее плотного, который при сдавливании раскрывается, и содержимое поступает в наружный пакет. Далее происходит эндотермическая реакция между солью и водой.
Первоначально было исследовано использование ПММА в качестве защитной оболочки нитрата аммония. Нанесение полимерной оболочки осуществлялось следующим образом: полимер (концентрация 0,125 - 1,0 %) растворяли в растворителе (хлористый метилен), затем гранулированный нитрат аммония смешивали с данным раствором и перемешивали до полного удаления растворителя из реакционной смеси.
На рисунке 1 представлены результаты изменения температуры во времени при различных концентрациях ПММА, покрывающего гранулы нитрата аммония, которые показывают, что действие системы 1\1Н41\Юз - ПММА - Н2О с концентрацией ПММА 0,125 % является наиболее эффективным из представленных образцов, так как при данной концентрации наблюдается самая низкая температура внутри гипо-термического пакета на протяжении всего временного интервала измерения температуры.
Рисунок 1. Влияние концентрации ПММА на эффективность растворения нитрата аммония в воде при начальной Т= 20 °С
Аналогично исследовали и ПВХ в качестве защитной оболочки в том же диапазоне концентраций.
Рисунок 2. Влияние концентрации ПВХ в системе на эффективность растворения нитрата аммония в воде при начальной Т= 20 °С
На рисунке 2 представлены результаты изменения температуры с течением времени при различных концентрациях ПВХ, покрывающего нитрат аммония.
Так при 20 мин. ДТтах = 9°С для системы с концентрацией полимера 0,125 %, 0,75 % и 1 %; при 60 мин. - ДТ тах = 2.5°С для системы с концентрацией пВх 0,75 %; при 100 мин. - ДТ тах = 4°С для системы с концентрацией ПВХ 0,125 %. С учетом полученных данных и главной задачи эксперимента - увеличение длительности действия эндотермической реакции, наиболее оптимальным из всех систем является состав, содержащий 0,75 % ПВХ.
Пролонгирование эндотермического эффекта происходит за счет образования пор в полимерной оболочке на поверхности нитрата аммония, которые образуются при испарении растворителя в процессе нанесения данной оболочки на поверхность гранул.
В начальный период протекания реакции, защитная оболочка не пропускает воду к аммиачной селитре, на данном этапе наблюдается медленное снижение температуры внутри гипотермического пакета. Полимерное покрытие не является идеальным и наблюдается неравномерное распределение полимера на поверхности гранул, как показано на рисунке 3(а), в результате чего вода диффундирует вовнутрь оболочки, и гранулы постепенно растворяются (рисунок 3(б)), следствием этого является уменьшение размера (диаметра) гранул аммиачной селитры.
Создаваемая полимерная оболочка является фиксированной, имеющей определенное очертание гранулы (рисунок 3(в)), в результате дальнейшей интенсивной реакцией между водой и солью, полимерная оболочка отслаивается от гранулы и прекращает свое защитное действие.
Рисунок 3. Механизм действия полимерной оболочки нитрата аммония
Разрабатываемые в ходе работы криопакеты (NH4NO3 - 0,125% ПММА - H2O, NH4NO3 - 0,75% ПВХ -H2O) при t = const и т = const сравнивали с выпускаемым в промышленности гипотермическим пакетом «Апполо». (рисунок 4)
Рисунок 4. Сравнительный анализ различных систем для разрабатываемого криопакета при t = const и Тнач = const
На рисунке 4 представлена зависимость изменения температуры в следующих системах: NH4NO3 - 0,125% ПММА - H2O, NH4NO3 - 0,75% ПВХ - H2O, «Апполо». Из рисунка 4 (а) видно, что разница температур после первых 20 минут исследования в системе, содержащей ПММА, составляет 6°С. На рисунке 4 (б-г) показано время, за которое достигается определенная температура Т = const (Т = 4°С, 8°С, 12°С) в криопакетах различного состава. Так, в системах NH4NO3 - 0,125 % ПММА - H2O; NH4NO3 -
0,75 % ПВХ - H2O) Т = 4°С достигается через 15 и 30 минут соответственно, для «Апполо» - 35 минут (рисунок 4 (б)); а Т = 12°С - через 85 и 120 минут, для «Апполо» -100 минут, (рисунок 4 (г)), т.е. разница в пакете, содер-
жащим 0,75 % ПВХ, и пакете «Апполо» составляет 20 минут.
Анализируя полученные данные, можно сделать вывод, что лучшим пролонгирующим действием обладает система, состоящая из нитрата аммония, покрытого ПВХ, с содержанием полимера 0,75 %.
Заключение
Использование полимерных оболочек, таких как ПВХ, позволяет пролонгировать действие разрабатываемого гипотермического пакета относительно существующего пакета «Апполо» на 20 минут при достижении внутри 12°С за счет дозированного выхода соли через оболочку. В настоящее время по результатам испытаний разработанных криопакетов в Военно-медицинской Академии имени С.М. Кирова проводится корректировка рецептуры путем проведения натурных испытаний на животных.
Литература
1. Esclamado R.M., Damiano G.A., Cummings C.W. Effect of local hypothermia on early wound repair. // Arch Otolaryngol Head Neck Surg. 1990; 116(7), p. 803 - 808.
2. Солодовник В.Д. Микрокапсулирование. М.: Химия, 1980. 216 с.
3. Instant hot or cold, reusable cold pack: pat. 4462224 USA , PIC A 61 F 7/10; A 61 F 7/00; F 25 D 5/00; F 25 D 9/00. № 06/512,642; filed 11.07.1983; published 31.07.1984. 2 р.
4. Method and apparatus for manufacturing cold-rolled steel strip: pat. 35594 USA,. № 143,311; filed 11.01.1988; published 10.10.1989. 2 р.
5. Modular apparatus for coded interconnection between electronic cards and a printed circuit board: pat. 4595250 USA, № 691,520; filed 11.04.1984; published 17.06.1986. 2 р.
6. Therapeutic pack for thermal applications: pat. 3643665 USA, № 04/813,491; filed 04.04.1969; published 22.02.1972. 2 р.
