Спосіб оцінки рівня ішемічного ушкодження скелетних м’язів методом модульованої електростимуляції

Реферат: Спосіб оцінки рівня ішемічного ушкодження скелетних м'язів полягає у тому, що застосувують модульовані за частотою електричні стимуляційні імпульси для подразнення ішемічно ушкодженого м'яза та використовують його міотичну відповідь, як ефективний маркер щодо встановлення саме ішемічного ушкодження м'язової тканини та оцінки рівня такого ушкодження. UA 119974 U (12) UA 119974 U UA 119974 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузей фізіології людини і тварин та біомедицини і стосується способу оцінки рівня ішемічного ушкодження скелетних м'язів за використання частотномодульованої електростимуляції. Серед патологій, які розвиваються у скелетних м'язах за травм різної природи, ішемічні ушкодження складають понад 35 % від загальної кількості ушкоджень опорно-рухового апарату [1]. Ішемія - місцеве недокрів'я, найчастіше зумовлене судинним чинником (звуженням просвіту артерії), що веде до тимчасової дисфункції або стійкого ушкодження тканини або органу. Наслідки ішемії залежать від рівня ушкодження м'язової тканини. Клінічні прояви ішемії не систематизовані і досить складні [1, 2]. Швидке встановлення рівня ішемічної травми має вирішальне значення для її подальшої терапії. Однак, наразі відсутні точні діагностичні тести для досягнення цієї мети [3]. Недоліками загальноприйнятого клінічного тестування рівнів ішемічного ушкодження є те, що їх проводять лише методами біопсії (аналізом вилучених з ушкодженого м'яза тканин, який триває від декількох днів до декількох тижнів), або візуального аналізу [4]. В переважній більшості випадків лікування ішемічно-ушкодженого м'яза зводиться до його ампутації, не дивлячись навіть на те, що відсоток ушкоджених м'язових волокон може бути і незначним [5]. Таким чином, розробка неінвазивного, швидкого і простого у використанні методу тестування рівня ішемічного ушкодження скелетних м'язів є актуальним завданням в галузі біомедицини. Задача корисної моделі полягає у розробці технології використання електричних стимуляційних імпульсів для встановлення рівня розвитку ішемічного ушкодження м'язової тканини. Суть корисної моделі полягає у тому, що пропонується застосувати модульовані за частотою електричні стимуляційні імпульси для подразнення ішемічно-ушкодженого м'яза та використати його міотичну відповідь як ефективний маркер щодо встановлення саме ішемічного ушкодження м'язової тканини та оцінки рівня такого ушкодження. Технічний результат полягає у тому, що завдяки запропонованому методу оцінки рівня ішемічного ушкодження скелетних м'язів шляхом його подразнення модульованою електростимуляцією стає можливим оцінити стан ушкодженого м'яза і застосовувати адекватні до цього методи лікування. Додатково суть корисної моделі пояснюють ілюстрації: Фіг. 1 - Зміни сили скорочення ішемізованого м'яза за його подразнення модульованою електростимуляцією: а - зміни частоти прикладеної стимуляції; б - криві зміни силової відповіді м'язового скорочення; Δt1-Δt5 - часові інтервали стимуляції; К - крива зміни сили неішемізованого m.gastrocnemius (контроль). Вертикальними пунктирними лініями вказані межі інтервалів зміни сили (F1-F5). Фіг. 2 - Зміни сили скорочення ішемізованого м'яза за його подразнення модульованою електростимуляцією за різних рівнів ішемічного ушкодження: 1-4 год. - час ішемізації; Δt1-Δt5 часові інтервали стимуляції; cont - зміни сили скорочення неішемізованого м'яза (контроль); F1F5 - межі інтервалів зміни сили. Приклад практичної реалізації корисної моделі. Досліди проводили на щурах-самцях лінії Вістер вагою 200-350 г. Оперативні втручання та забій тварин виконували відповідно до вимог "Європейської конвенції про захист хребетних тварин, що використовуються в експериментальних та інших наукових цілях" (Страсбург, 1985) і норми біомедичної етики відповідно до Закону України №3446-IV від 21.02.2006р., м. Київ "Про захист тварин від жорстокого поводження". Ішемізації піддавали литковий м'яз (m. gastrocnemius) шляхом накладання жорстких лігатур на задню кінцівку наркотизованої тварини на 2, 3 і 4 год. Анестезію тварин здійснювали внутрішньочеревним введенням суміші кетаміну (100 мг/кг "Pfizer", США). Для підготовки нервово-м'язового препарату in vivo литковий м'яз звільняли від оточуючих тканин, перерізали його сухожильну частину та приєднували до тензометричного реєстратора зусилля. Перерізали нерв, що іннервує м'яз, і готували його для подальшої стимуляції. Дослідження динамічних властивостей м'язового скорочення проводили за умов активації м'яза з використанням методу модульованої електростимуляції. Стимуляцію здійснювали електричними імпульсами за допомогою генератора сигналів, керованим аналого-цифровим перетворювачем, через платинові електроди. Характеристики стимулюючого сигналу задавали програмно. Скорочення м'яза відбувалось за ізометричних умов; контроль довжини м'яза здійснювали за допомогою сервокерованого механостимулятора; ефекти післядії скорочення м'яза усували шляхом його розтягнення у проміжках між серіями 1 UA 119974 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 стимуляції: амплітуда розтягнення становила 3,5 мм, а його тривалість -2 с; час релаксації - 1 хв. Силу скорочення фіксували стандартним датчиком сили та (або) міографом. Експеримент 1. Для виявлення саме ішемічних ушкоджень м'яза використали стимуляційний пул за таких функціональних характеристик: тривалість імпульсів прямокутної форми - 2 мс; напруга - 10-15 В; частотно-модульована стимуляція складалась з таких ділянок: Δt1 - зростання частоти стимуляційного сигналу від 0 до 30 Гц та утримання цієї частоти упродовж 2 с; Δt2 - зниження частоти стимуляції з 30 до 5 Гц упродовж 1 с; Δt3 - утримання частоти стимуляції 5 Гц упродовж 2 с; Δt4 - збільшення частоти стимуляції з 5 до 30 Гц упродовж 1 с; Δt5 - утримання частоти стимуляції 30 Гц упродовж 2 с. Одержані результати ілюструє Фіг. 1, де наведено залежність зміни величини сили скорочення м'яза після 2-х год. ішемізації за використання вищевказаної частотно-модульованої електростимуляції. Експеримент 2. Для оцінки рівня ішемічних ушкоджень м'яза використали той же стимуляційний пул після 2, 3 і 4-х год. ішемізації. Одержані результати ілюструє Фіг. 2, де наведено зміни рівня сили на ділянці скорочення F5 відносно ділянки F1 залежно від рівня ішемізації м'яза. Як видно з Фіг. 1, на ділянці стимуляції Δt1, яка відповідає виходу стимуляційного сигналу на максимальний рівень, сила м'язового скорочення (ділянка F1) лінійно зменшується з кожною наступною серією стимуляції. Проміжок лінійного спадання частоти стимуляції (Δt2), який на графіку зміни сили відповідає ділянці F2 і відображає перехід м'яза на новий стаціонарний рівень скорочення, вказує на швидкість зміни генерації силової відповіді. Дотетанічна ділянка стимуляції (Δt3), яка викликає поодинокі м'язові скорочення, призводить до лінійного зменшення силової відповіді на усіх досліджуваних часових проміжках. При подальшому збільшенні частоти стимуляції до нового стаціонарного рівня (ділянка Δt4) сила скорочення м'яза майже не змінюється і складає біля 80 % від контрольного рівня. Цей факт є наслідком залишкових ефектів передісторії руху (мається на увазі залежність змін параметрів скорочення від попереднього стану м'яза) [3, 5], які проявляються у зростанні швидкості скорочення на ділянці F3 завдяки ймовірному впливу залишкової жорсткої компоненти, накопиченої на дотетанічних ділянках скорочення. У цьому випадку прояв ефектів передісторії руху сприяє досягненню ішемізованим м'язом нового, хоча і не максимального (біля 80 % від контролю), але стаціонарного рівня силової відповіді, і певною мірою компенсує її втрату. Важливо зазначити, що вихід сили скорочення на стаціонарний рівень F5 не супроводжується лінійним зменшенням силової відповіді залежно від кількості стимуляційних скорочень. Отже, ця серія дослідів показує, що лінійне зменшення силової відповіді ішемізованого м'яза залежно від тривалості експерименту (розвиток процесів штучно викликаної втоми м'яза) може бути скомпенсованим лише у випадку прояву передісторії руху і за умови часової затримки стимуляції на дотетанічному рівні. При збільшенні часу ішемізації (2, 3 і 4 год.; Фіг. 2) і, відповідно, збільшенні рівня м'язового ушкодження, рівень компенсаторної складової скорочення (ділянка F5) лінійно зменшується. Описана компенсаторна компонента регулювання м'язового скорочення ішемізованого м'яза, яка включає в себе зменшення силової відповіді м'яза для утримання контролю над динамікою м'язового скорочення, дозволяє йому адекватно реагувати на моторні команди. Однак, збільшення часу ішемізації м'яза призводить до пригнічення цих компенсаторних механізмів. Вимірювання рівня цього пригнічення дає змогу оцінити рівень ішемізованості м'яза на кожному етапі розвитку хвороби. Таким чином, метод оцінки рівня ішемічного ушкодження скелетних м'язів шляхом його подразнення модульованою електростимуляцією дає можливість достатньо чітко оцінити стан ушкодженого м'яза, зокрема рівень ішемічного ушкодження м'язової тканини на момент проведення тестування і, як наслідок, застосовувати відповідні до цього методи лікування або корекції терапевтичних дій. Джерела інформації: 1. Murdock M, Murdoch M.M. Compartment syndrome: a review of the literature. Clin. Podiatr. Med. Surg. 2012, 29(2): 301-10. 2. Pierce S.M. Acute lower extremity compartment syndrome: avoiding limb loss and long-term complications. Adv. NPs. PAs. 2012, 3(4): 21-4. 3. Turoczi Z., Aranyi P., Lukats A. et al. Muscle fiber viability, a novel method for the fast detection of ischemic muscle injury in rats. PLoS One. 2014, 13; 9. 2 UA 119974 U 4. Покровский А.В. и др. Диагностика и лечение пациентов с критической ишемией нижних конечностей. М: Российский консенсус, 2002, 40 с. 5. Покровский А.В. и др. Алпростан и лечение больных с критической ишемией нижних конечностей. Ангиология и сосудистая хирургия. 2005, 11(1); 19-26. 5 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 Спосіб оцінки рівня ішемічного ушкодження скелетних м'язів із застосуванням модульованої електростимуляції шляхом введення стимулюючих електродів у пошкоджену кінцівку, який відрізняється тим, що використовують стимулюючі подразнення таких функціональних характеристик: тривалість імпульсів прямокутної форми - 2-5 мс, напруга - 10-15 В; частотномодульована складова подразнення складається з таких ділянок: t1 - зростання частоти стимуляційного сигналу від 0 до 30 Гц упродовж 1 с та утримання цієї частоти упродовж 2 с; t2 - зниження частоти стимуляції з 30 до 5 Гц упродовж 1 с; t3 - утримання частоти стимуляції 5 Гц упродовж 2 с; t4 - збільшення частоти стимуляції з 5 до 30 Гц упродовж 1 с; t5 - утримання частоти стимуляції 30 Гц упродовж 2 с; вимірювання сили скорочення м'яза проводять за допомогою стандартного міографа, після чого розраховують величину зменшення сили скорочення м'яза на ділянці t5 стимуляційного пулу (порівняно з контрольними значеннями) і за кількісною зміною силової відповіді оцінюють рівень ішемічного ушкодження м'язової тканини. 3 UA 119974 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4