Ударим ультразвуком по внутренним кровотечениям
Новая разработка DARPA спасет жизни тысяч солдат
Русская пасхальная открытка времен Первой мировой войны
Еще в тех войнах, которые человечество вело в древние времена, безвозвратные боевые потери, оцененные после сражения, по количеству убитых и умерших от ран распределялись как 1:5 как минимум. Действительно, большинство раненых солдат не доживали до следующего боя. Со временем эта цифра, конечно же, изменилась. Так, во время Второй мировой войны это соотношение было примерно как 1:3. Это стало возможным благодаря развитию полевой военной медицины, а также благодаря усовершенствованию транспортировки раненых в тыл на лечение. Кстати, в советских войсках 76 процентов раненых, своевременно доставленных в тыловые лечебные учреждения, после лечения возвращались в строй, а у немецких войск этот показатель был даже выше – 81 процент.
Однако в данном случае речь идет о раненых, которые смогли дожить до отправки в госпиталь. Но многим ли так повезло? Статистика показывает, что только каждый третий раненный, вынесенный с поля боя, доживал до отправки в госпиталь, то есть имел шансы выжить. Причиной столь больших потерь солдат от ранений прямо на поле боя были в основном кровотечения, которые санитары не могли остановить на месте. А самыми опасными среди них были внутренние кровотечения, поскольку их часто даже не могли сразу диагностировать.
Часто такие кровотечения в считанные минуты приводили к так называемому геморрагическому шоку – состоянию, связанному с большой потерей крови. Этот шок подразделяется на обратимый и необратимый. К первому приводит ситуация, при которой человек теряет более литра, или 25 процентов, всей крови (напомню, что у взрослого мужчины весом 70 килограммов объем крови составляет около 4,9 литра). Однако из этого состояния пациента можно вывести достаточно быстро – при условии, что кровопотеря будет остановлена. Если же этого не произойдет, то обратимый шок переходит в необратимый – он наступает при потере более 50 процентов всей крови. В этом состоянии у человека происходит резкое падение жизненных функций, раненый теряет сознание и после умирает, так и не приходя в себя.
А как обстоит дело с транспортировкой раненых в наши дни? Увы, все так же плохо. Согласно статистике Министерства обороны США, во время боевых действий в Ираке с 2003 по 2008 год в ходе боевых действий погибло 3376 человек, из которых 904 – это раненые, которых не успели отправить в госпиталь. Из них в свою очередь 884 человека скончались от необратимого геморрагического шока, вызванного сильной потерей крови. Как видите, времена меняются, но эта проблема остается такой же острой, как и в глубокой древности.
Наверное, именно поэтому в программу разработок перспективных технологий на 2015 год Американского агентства передовых оборонных исследовательских проектов (DARPA) были включены таковые по созданию средств, позволяющих быстро остановить кровотечение у раненого бойца на поле боя. И здесь DARPA двигается в двух направлениях. Первое, которое условно можно назвать «химическим», предусматривает разработку коагулянтов (веществ, способствующих свертыванию крови), которые могли бы остановить кровотечение за несколько секунд. Второе же, условно называемое «физическим», предполагает создание прибора, который останавливал бы кровотечение при помощи… ультразвука.
О том, что высокочастотный ультразвук может заживлять раны, ученым было известно уже достаточно давно – исследования в этом направлении велись с 80-х годов прошлого столетия. Но почему эта звуковая волна может производить подобный эффект. Дело в том, что при попадании ультразвука в живой организм происходит такое явление, как кавитация, – превращение энергии звуковой волны в тепловую. Происходит это потому, что данная волна больше поглощается живыми тканями, нежели отражается. Из-за кавитации происходит местное повышение температуры, что способствует гибели попавших в рану микроорганизмов. Но не только это… Как выяснили американские ученые в 2001 году, локальный нагрев крови до определенной температуры способствует ее быстрому свертыванию. Подобный эффект, кстати, уже с начала XXI столетия использовался в отделениях травматологии некоторых американских клиник (да и не только американских – российские медицинские учреждения, например, тоже применяют подобную методику).
Однако генератор высокочастотного ультразвука достаточно сложно доставить на поле боя или в полевой лазарет – это довольно громоздкий аппарат. Поэтому DARPA поручило разработать компактное устройство, которое можно быстро приложить к телу раненого, для того чтобы остановить кровотечение. А вот в 2006 году специалисты из американского подразделения PhilipsResearch и лаборатории прикладной физики университета Вашингтона (APL) представили свою разработку, которую назвали «ультразвуковым жгутом», или «полуавтоматической ультразвуковой манжетой» (DBAC). Эта манжета очень похожа на таковую, которую используют при измерении кровяного давления. С одной только разницей – внутри эластичной материи находятся кремниевые ячейки, которые генерируют ультразвук. То, что сами они жесткие, совершенно не мешает быстро обертывать манжету вокруг нужного участка тела раненого, поскольку ячейки расположены по принципу колец в кольчуге.
иллюстрация DARPA
Лабораторные испытания DBAC показали, что это устройство может остановить кровотечение, идущее из открытой раны, в течение двух-трех секунд. Этого вполне достаточно для того, чтобы раненый избежал геморрагического шока и был успешно доставлен в полевой лазарет. Кроме остановки крови ультразвук также проводит стерилизацию раны и, как это ни удивительно, служит местным обезболивающим – звуковые волны могут гасить болевые импульсы, идущие от рецепторов поврежденного участка тела в головной мозг. Более того, ультразвуковая терапия оказалась также весьма эффективной при заживлении ожогов. Обернуть же манжету вокруг поврежденного участка тела можно достаточно быстро – квалифицированный санитар тратит на это не более пяти секунд.
Итак, открытые раны DBAC лечит весьма и весьма эффективно. Но как быть с внутренними кровотечениями? Оказалось, что устройство способно справиться и с ними, поскольку прибор в силах провести не только лечение, но и диагностику. И делает это опять-таки ультразвук. В данном случае ученые решили использовать так называемый эффект Доплера – изменение длины волны и ее частоты, вызванное движением источника. Во время лабораторных исследований была отмечена интересная закономерность – при прохождении ультразвуковой волны через участок организма с внутренними повреждениями в тех точках, где были сильные кровоизлияния, наблюдалось максимальное смещение частоты – тот самый эффект Доплера.
иллюстрации DARPA
Таким образом, принцип работы манжеты коротко можно описать следующим образом. После того как санитар обернет ее вокруг поврежденного участка, она в буквальном смысле слова начинает «бомбардировать организм» короткими импульсами. Вмонтированные на внутренней поверхности датчики улавливают, в каких именно местах наблюдается эффект Доплера. После этого на данную область фокусируется максимальное излучение – и в результате кавитации происходит быстрая остановка кровотечения. Ну а открытые раны манжета заживляет сразу, без предварительной диагностики – если ее накладывают на поверхность с видимыми повреждениями, то диагностический режим отключают.
По мнению ученых, использование DBAC на поле боя позволит снизить долю смертей военнослужащих от геморрагического шока на 75–80 процентов. Именно поэтому DARPA уделяет много внимания данной разработке. Исследования ведутся уже около восьми лет, и все это время ученые не испытывали недостатка в финансировании. Лабораторные и клинические испытания уже показали весьма неплохие результаты, поэтому не исключено, что уже в первой половине 2015 года начнется массовое производство чудо-манжет DBAC для нужд американской армии, которая, увы, до сих пор не сидит сложа руки…