本研究提出了一种用于猪腋部连接性出血的混合定量模型,可提高院前止血干预评估的准确性。
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本研究提出了一种用于猪腋部连接性出血的混合定量模型,可提高院前止血干预评估的准确性。
本研究建立并验证了一种用于模拟猪上肢交界性出血的混合定量模型,旨在推动院前止血产品的研发。通过使用12只健康的8月龄雄性约克夏猪,我们证明了猪腋动脉损伤模型在评估止血效果方面的可行性。将动物分为三组,进行容积控制性出血(VCH),通过以不同速率放血来模拟I-III级失血性休克。随后使用一种新型装置施加外部压迫,该装置由机械臂和可充气止血气囊组成,可实现可控压力以促进血凝块形成。持续监测心率和血压等血流动力学参数,揭示了容积控制性出血和外部压迫对生理反应的影响。研究结果表明,容积控制性出血结合靶向外压能够有效模拟腋动脉损伤的临床场景,为以可控、标准化方式测试止血干预措施提供了有价值的模型。本研究强调了该模型在促进新型止血剂和止血器械研发与评估方面的潜力,可用于交界性出血的管理。
在军事和民用创伤救治中,创伤性出血的管理,尤其是在传统止血带无法应用的交界区域,是一项重大挑战。在腋窝和腹股沟等具有复杂血管解剖结构的区域,有效控制出血对生存至关重要。腋动脉损伤是上肢交界部位大出血的主要原因1。填塞敷料和外部加压是院前急救止血的关键步骤。新型止血敷料的发展显著提高了止血效率。然而,早期有效的止血仍必须依赖外部加压2,3。本研究介绍了一种新型混合定量评估模型,采用猪模型模拟上肢交界部位出血,旨在推动院前止血干预技术的进步。
交界性损伤通常需要持续、直接的手动按压,而在院前环境中,由于人员有限且情况不可预测,实现这一点具有挑战性4。开发该技术的原理在于现有控制交界性出血方法的局限性。所提出的混合定量评估模型相较于其他技术具有明显优势。通过使用与人类生理特征高度相似的猪模型,该研究相较于灌注尸体模型能够提供更可靠且可转化的结果5。
由于猪在生理学和解剖学上与人类具有高度相似性,因此在血管创伤研究中被广泛用作动物模型,是评估止血剂和止血技术的理想选择6,7。本研究的实验方案通过将容量控制性出血(VCH)与外部机械压迫相结合,精确模拟腋动脉损伤的临床情况,从而应对在接合部出血场景中对可靠止血方法的迫切需求。
超声成像技术的整合提高了止血控制技术的精确性,并有助于图像解读,凸显了现代创伤救治的多学科交叉特性。一种机械性外部加压装置的研发标志着重要进展,为手动加压和传统止血方法提供了有前景的替代方案。本研究旨在确定在交界区域实现有效止血所需的最优压力,有望填补创伤救治文献中的一项重要空白。
所有实验程序均获得陆军军医大学动物福利与伦理委员会(AMUWEC20201513)的批准,遵循“3R”伦理准则,即倡导减少、优化和替代动物使用。共选取12头健康的8月龄雄性约克夏猪(体重49-56 kg)作为动物模型,并随机分为三组(每组n=4)。约克夏猪的体重和解剖结构与人类相似,适用于生物医学研究。
1. 手术准备
注意:一个典型的实验持续120分钟,其中前30分钟用于手术准备。随后以10分钟为间隔依次进行一系列操作,具体定义为T0、T10、T20、T30、T40、T50、T60、T70、T80和T90,以确保整个过程的时间精确控制。手术准备完成后,实验方案包括20分钟的(VCH)操作和40分钟的外部加压应用。实验最后安排30分钟的随访监测,以评估干预措施的效果(图1)。
2. 容量控制性出血
3. 腋动脉损伤
4. 外部加压
5. 随访与安乐死
所有12只动物均存活至实验结束。所有统计分析均通过统计分析软件进行处理。该混合定量模型可产生定量的、容积可控的失血量,并在加压条件下实现稳定的失血。在图6A中,经血管损伤致出血(VCH)后,I组、II组和III组的平均失血量分别为354.2 mL、714.4 mL和1064.0 mL,分别占总血容量(TBV)的10%、20%和30%。这些结果表明,该模型可用于多种实验设置,通过VCH实现定量失血。图6B显示,在加压条件下,三组之间的失血量差异无统计学意义(p > 0.05)。这种稳定的失血量可通过使用显微剪刀在腋动脉上做一条约2 mm的切口实现,切口长度约为腋动脉周长的1/3。在图6C中,实验结束时,I组、II组和III组的平均总失血量分别为462.9 mL、893.0 mL和1213.0 mL,分别达到了I级、II级和III级失血性休克的标准。
图 7 所示数据阐明了控制性失血对血流动力学参数的影响,表明各组在诱导休克后心率均显著升高。心率升高在施加外部压迫期间最为明显,而在解除压迫后有所下降。心率升高的程度与抽血量呈正比,其中 III 组升高最显著,其次是 II 组,然后是 I 组。这一趋势通过心率最大变化值(ΔHR = HR_峰值 - HR_基线)得到定量印证,III 组的变化显著更高(I 组:11.28 ± 1.2 bpm,II 组:30.08 ± 2.7 bpm,III 组:106.80 ± 7.2 bpm,p < 0.0001)。

图1:实验装置及实验时间线。(A)带猪的实验环境。(B)手术准备步骤以及实验的时间进程。整个操作流程持续120分钟,首先进行30分钟的手术准备阶段,随后在每10分钟设定一个时间点(T0至T90),在这些时间点执行特定操作,如容量控制性出血、血管阻断带的牵拉与释放、外部加压以及后续监测。请点击此处查看该图的放大版本。

图2:猪腋窝解剖结构的超声引导下分离。(A)超声探头放置位置,用于识别腋窝结构,并标记一条10 cm弧形切口作为手术入路。(B)显示腋窝区域在6 cm深度的超声图像;(i)超声解剖图示,(ii)修订后的超声解剖标注。线性探头置于旁矢状面。图中显示腋动脉(A)和腋静脉(V),以及臂丛神经(箭头)、胸深肌(DP)和胸浅肌(SP)。(C)沿腋动脉投影路径进行初始切口。(D)切开后暴露腋动脉及神经血管束,胸浅肌和胸深肌部分被切除。请点击此处查看该图的放大版本。

图 3:外部加压装置的组成部分。 可充气止血球囊。请点击此处查看此图的放大版本。

图4:压力测量系统。 压力测量系统的硬件组件,包括通过电线连接至单通道信号调理转换模块的柔性薄膜压力传感器。该模块随后连接至数据采集卡,数据采集卡与计算机进行通信。 请点击此处查看该图的放大版本。

图 5:通过纱布浸润程度评估加压下的失血量。(A)外科伤口经外部加压后取出的纱布。(B)用于称重前的血浸纱布排列,以量化加压下的失血量。请点击此处查看该图的放大版本。

图6:失血量与体重的评估。(A)柱状图显示三个不同组别按总血容量(TBV)百分比计算的容量控制性失血量。(B)柱状图显示在加压条件下的失血量,各组之间无显著差异。(C)柱状图表示实验结束时的总失血量,对应三类出血性休克。左侧Y轴表示失血量,右侧Y轴表示TBV的百分比。每组样本量为N=6。所有连续数据均以均值±标准差表示,显著性水平设定为95%置信区间(C.I.s)。采用重复测量单因素方差分析(ANOVA)来确定出血量对血流动力学参数的影响。请点击此处查看该图的放大版本。

图7:实验期间的血流动力学反应。(A-C)对应于接受不同失血量的三个实验组。各图显示了心率(红线)、收缩压(蓝线)和舒张压(黑线)随时间的变化,以及总血容量(TBV)丢失的百分比(阴影区域)。数据展示了从出血开始(T0)至出血后90分钟(T90)期间心率和血压的时间进程变化。* 表示各组内每个时间点的血流动力学参数与T0相比具有统计学显著差异(p<0.05)。所有连续性数据均以均值±标准差表示,显著性水平设定为95%置信区间(C.I.s)。采用重复测量单因素方差分析(ANOVA)评估失血量对血流动力学参数的影响。请点击此处查看该图的放大版本。
腋动脉损伤是上肢交界部位大出血的主要原因1。在战场或院前环境中,控制活动性出血的常用方法包括手动压迫、纱布填塞和止血剂8。尽管单纯压迫可暂时控制交界部位出血,但由于肩胛骨具有活动性,可能无法完全闭塞腋动脉。此外,大多数局部止血剂为纱布或膜片形式,需通过手动压迫将其固定在出血部位9。目前尚无相关临床研究证实纱布填塞或止血剂联合使用时可靠的压迫压力。本研究建立了一种新的猪上肢交界部位出血混合定量评估模型,有助于院前止血产品的进一步研发。
在构建失血性休克模型时,主要挑战在于如何准确地模拟临床情况,同时确保模型具有高度的可重复性和标准化10。因此,我们开发了一种混合定量评估模型,相较于传统的失血性休克模型,具有多项优势:
本研究首次提出了一种猪腋动脉损伤模型。在近期发表的研究中,大多数工作采用股动脉损伤模型来评估新型止血剂的有效性11,12,13,14,15。然而,关于腋动脉损伤模型可行性的描述却鲜有报道。这主要是由于在猪身上建立腋动脉损伤存在技术挑战,源于猪腋窝区域复杂的解剖结构。为尽量减少意外损伤或出血,建议在解剖前采用超声引导下的腋窝入路来定位腋动脉。这一选择的原因在于,血管位于胸浅肌与胸深肌之间的较深位置,并被腋鞘所包绕。同时,另一项挑战是通过肉眼估计在所有动物中实现一致的2 mm横向切口。
血管阻断带可提供牵引力,暂时阻断损伤腋动脉(开放性动脉)中的血流。在当前的研究背景下,开发用于接合部出血的新止血材料时,常面临关键性挑战。这些挑战源于接合部区域深而狭窄的伤口,导致血液快速且在压力下流动。这种血流动力学显著阻碍了止血材料吸收和管理界面液体的能力。在大出血情况下,这一问题尤为严重,因为高压、快速流动的血液可能冲走止血剂,并破坏任何尚未充分形成的血凝块。本研究引入了两种血管阻断带,用于暂时控制加压血流。该策略能够在外科干预控制出血前,消除活动性出血的干扰因素,从而有效评估止血材料的效能。
实验中的加压压力可根据实验需求设定为特定数值,并在整个实验过程中保持相对稳定。使用外部加压装置对填塞纱布施加可调节压力,是关节区域出血研究领域的一项重要进展。上肢关节区域出血所需的具体加压压力目前尚未明确。根据一份枪伤病例报告,腹部主动脉和关节止血带可用于腋窝区域,但未明确指出所需加压压力的具体数值16。Johnson 等人5验证了 Sam 关节止血带在腹股沟和腋窝区域的有效性和安全性,结果表明阻断腋动脉平均需要 739 mmHg 的压力。2022 年,Avital 等人17记录了一例病例:在多次使用止血敷料失败后,采用手动按压止血点技术成功控制了持续 21 分钟飞行转运过程中的腋部出血。该病例报告证实,止血点按压技术可有效终止腋部关节区域的出血,并可在较长时间内维持止血效果。然而,按压操作由空中医疗后送医护人员完成,长时间施力导致操作者疲劳,从而难以在整个过程中维持稳定的压力。在本模型中,纱布填塞与局部加压同时使用。我们并未试图完全阻断腋动脉血流,而是采用纱布填塞联合外部加压的方法实现局部止血。结果表明,当与纱布填塞联合使用时,仅需 210 mmHg 的外部压力即可有效止血。此外,机械臂的使用可确保在按压点施加持续且恒定的压力,从而增强该止血策略的有效性。为进一步研究,该装置的加压压力可根据填塞材料进行调整和定制。若需测试各种新型需加压止血敷料的效能,可调节压力以适应不同的实验条件。例如,当压力设定为特定值时,可通过比较不同敷料在加压条件下的止血时间和失血量,评估其止血效果的优劣。
通过结合股动脉放血与未控制性失血,诱导出I-III级休克,精确模拟了腋动脉穿透伤的临床情况,同时将总失血量调整至所需范围。失血性休克模型可分为三类:容量控制型、压力控制型和未控制型。容量控制型失血性休克模型通过在设定时间内释放基于有效循环血容量一定比例的血液来模拟失血性休克过程。该模型在评估血流动力学(如代偿机制)方面具有优势,但难以控制血压变化程度(如低血压)。研究发现,快速出血后继以缓慢失血所引发的生理反应(心率、血清乳酸水平及所需复苏液体量)比恒定速度失血(传统方法)更为强烈,并能更真实地模拟失血性休克的过程。建立未控制性失血性休克模型的方法多种多样。常用的未控制性失血性休克模型包括肝脏或脾脏撕裂出血模型、主动脉及股动脉损伤出血模型等18,19,20,21,22。该失血性休克模型非常接近创伤或严重出血患者的实际临床状况,应用广泛,尤其适用于失血性休克液体复苏的研究。本研究中,通过从股动脉抽取10%、20%和30%的全血容量(TBV),并结合机械臂施加固定压力压迫,诱导出I-III级失血性休克。在整个过程中每10分钟监测一次血流动力学参数,以确保模型的稳定性。
该模型存在若干重要局限性,包括无法控制的出血问题。其中一个主要限制是需要在腋动脉上制作精确的2 mm横向切口。尽管我们的数据显示在加压条件下失血量的标准误差较小,但当不同操作者实施该操作时,切口尺寸的差异可能导致无法控制的出血量增加。另一个局限性在于实验所用猪的麻醉与镇痛管理。鉴于该模型手术准备阶段涉及广泛的外科操作,有效管理镇痛和麻醉深度至关重要。在进行气管切开术、插管以及腋动脉损伤操作期间,必须密切监测疼痛迹象,并给予适当的治疗。
结论
本研究提出了一种针对猪上肢连接部位出血的新型混合定量评估模型,标志着院前止血产品开发领域的重要进展。通过采用猪腋动脉损伤模型,结合血管阻断带和外部加压装置的应用,解决了控制连接部位出血中的关键挑战,例如实现稳定且可控的压力以增强止血效果。我们的研究结果表明,采用纱布填塞结合精确控制的210 mmHg外部压力,并由机械臂提供持续稳定的加压,可有效止血。该方法不仅为腋动脉损伤的处理提供了切实可行的解决方案,也为未来针对不同类型止血敷料的可调节压力机制研究奠定了基础,从而提升了研究结果的临床相关性和应用价值。这些成果有望显著改善人类创伤救治,特别是在院前急救环境中的应用。
作者声明不存在任何竞争性利益冲突。
作者谨向李阳致以诚挚感谢,感谢其设计本研究的概念;感谢赵东初和郭勇完成手术操作;感谢赵东初进行数据分析和稿件撰写;感谢张连阳对研究项目的监督。本工作得到重庆市卫生健康委员会和科学技术委员会医学科研项目(编号:2024MSXM084)、军队重点临床专科建设及重庆市重症疾病临床医学研究项目的资助。
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