To the content
2 . 2023

Changes in venous hemodynamics of lower extremities in military personnel during evacuation by air

Abstract

Background. According to the scientific medical literature, venous thromboembolic complications (VTEC) in the wounded occur in 2.2–28% of cases. VTEC-associated mortality after evacuation by air transport reaches 1.1%.

Objective. This study was undertaken to investigate speed characteristics of venous blood flow in the lower limbs of military personnel during evacuation by air.

Patients and methods. We analyzed the results of ultrasound examination of lower-limb veins in 40 servicemen (males) fit for military service for health reasons, who had neither chronic diseases of the cardiovascular system nor overweight. The average age was 29.3±1.5 years, the average weight was 79.5±1.1 kg.

Ultrasound examination was carried out in the AN-26 aircraft and the MI-8 helicopter at altitudes from 100 to 2500 meters using portable ultrasound devices with linear sensors with a frequency of 3–11 and 4–15 MHz in the vascular mode and was performed 2 hours before departure, when climbing, at altitude, during descent and within 1 hour after landing. Blood flow velocity was measured in the common femoral vein (CFV), superficial femoral vein (SFV), popliteal vein (PV), posterior tibial veins (PTV), and sural veins.

Results. Analyzing the results of studying the velocity blood flow in the CFV, SFV, PV and PTV in the aircraft revealed significant differences in the values (р<0.01) 2 hours before departure compared with the results when climbing, at altitude and during descent. In the helicopter, a significant (р<0.05) increase in blood flow velocity was revealed in the CFV, SFV, and PTV during takeoff and at altitude as compared with values before the flight, and the values in the PV were at the border of statistical significance (p=0.058).

Conclusion. During evacuation by an aircraft, blood flow velocity in the veins of the lower extremities significantly decreases (p<0.01) throughout the flight, whereas during air evacuation by a helicopter, it significantly increases at takeoff and during the flight (p<0.05), decreasing to the initial values at landing.

The determined changes in blood flow velocity in the veins of the lower extremities make it possible to consider air transport evacuation as a risk factor of VTEC development. The revealed hemodynamic patterns suggest the need for mandatory prevention of venous thrombosis during air evacuation.

Keywords: blood flow velocity; thrombosis; air travel; military personnel; veins; risk factor, VTEC

Funding. The study had no financial support.

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Authors’ contribution. Study conception and design – Ivchenko D.R., Nikolaev K.N., Zubritsky V.F; data collection and handling – Chevychelov S.V., Tretyakov E.G., Savchenko G.V.; statistical processing – Nikolaev K.N, Akimov A.V.; draft manuscript preparation – Nikolaev K.N., Golubov E.A., Nikishov E.N.; manuscript revision – Zubritsky V.F, Ivchenko D.R., Akimov A.V.

For citation: Nikolaev K.N., Chevychelov S.V., Ivchenko D.R., Tretyakov E.G., Akimov A.V., Golubov E.A., Nikishov E.N., Savchenko G.V., Zubritsky V.F. Changes in venous hemodynamics of lower extremities in military personnel during evacuation by air. Аngiology and Vascular Surgery. 2023; 29 (2): 150–6. DOI: https://doi.org/10.33029/1027-6661-2023-29-2-150-156 (in Russian)

References

1. Fang R., Rodriguez C.J. Venous thromboembolism among military combat casualties. Current Trauma Reports. 2016; 2: 48–53. DOI: https://doi.org/10.1007/s40719-016-0037-z

2. Hannon M., Tadlock M.D., Melcer T., et al. Venous thromboembolism after traumatic amputation: an analysis of 366 combat casualties. American Journal of Surgery. 2016; 212 (2): 230–234. DOI: https://doi.org/10.1016/j.amjsurg.2016.01.031

3. Gillern S.M., Sheppard F.R., Evans K.N., et al. Incidence of pulmonary embolus in combat casualties with extremity amputations and fractures. Journal of Trauma and Acute Care Surgery. 2011; 71 (3): 607–612. DOI: https://doi.org/10.1097/TA.0b013e3182282574

4. Holley A.B., Petteys S., Mitchell J.D., et al. Thromboprophylaxis and VTE rates in soldiers wounded in operation enduring freedom and operation Iraqi freedom. Chest. 2013; 144 (3): 973. DOI: https://doi.org/10.1378/chest.12-2879.

5. Lundy J.B., Oh J.S., Chung K.K., et al. Frequency and relevance of acute peritraumatic pulmonary thrombus diagnosed by computed tomographic imaging in combat casualties. Journal of Trauma and Acute Care Surgery. 2013; 75: S215–220. DOI: https://doi.org/10.1097/TA.0b013e318299da66

6. Hutchison T.N., Krueger C.A., Berry J.S., et al. Venous thromboembolism during combat operations: a 10-y review. Journal of Surgical Research. 2014; 187 (2): 625–630. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jss.2013.11.008

7. Koltovich P.I., Ivashchenko A.N., Nikolaevet K.N., al. Use of AIS, ISS and FIELD surgery (gun wounds) scales to assess severity of injuries in military personnel in performing service and combat missions. Report 1. Disaster Medicine. 2019; 2 (106): 22–26. DOI: https://doi.org/10.33266/2070-1004-2019-2-22-26 (in Russian)

8. Walker P.F., Schobel S., Caruso J.D., et al. Trauma Embolic Scoring System in military trauma: a sensitive predictor of venous thromboembolism. Trauma Surgery & Acute Care Open. 2019; 4 (1): e000367. DOI: https://doi.org/10.1136/tsaco-2019-000367

9. Chung K.K., Blackbourne L.H., Renz E.M., et al. Global evacuation of burn patients does not increase the incidence of venous thromboembolic complications. Journal of Trauma and Acute Care Surgery. 2008; 65 (1): 19–24. DOI: https://doi.org/10.1097/TA.0b013e3181271b8a

10. Levkovsky A., Dardik R., Barazany D., et al. The effect of civil and military flights on coagulation, fibrinolysis and blood flow: insight from a rat model. Thrombosis Journal. 2020; 18: 24. DOI: https://doi.org/10.1186/s12959-020-00237-8

11. Kornblith L.Z., Moore H.B., Cohen M.J. Trauma-induced coagulopathy: The past, present, and future. Journal of Thrombosis and Haemostasis. 2019; 17 (6): 852–862. DOI: https://doi.org/10.1111/jth.14450

12. World Health Organization (Geneva, Switzerland). WHO research into global hazards of travel (WRIGHT) Project: Final report of phase I. Geneva, Switzerland): WHO Press. 2007; 24.

13. Fang R., Dorlac G.R., Allan P.F., Dorlac W.C. Intercontinental aeromedical evacuation of traumatic brain injuries during Operations Iraqi Freedom and Enduring Freedom. Neurosurgical Focus. 2010; 28 (5): E11. DOI: https://doi.org/10.3171/2010.2.FOCUS1043

14. Cooper H.J., Sanders S.A., Berger R.A. Risk of symptomatic venous thromboembolism associated with flying in the early postoperative period following elective total hip and knee arthroplasty. Journal of Arthroplasty. 2014; 29 (6): 1119–1122. DOI: https://doi.org/10.1016/j.arth.2014.01.005

15. Mahmood F., Harte C., Allen D., et al. Perioperative air travel increases the risk of venous thromboembolism following lower limb arthroplasty. European Journal of Orthopaedic Surgery and Traumatology. 2022; 18: 1–7. DOI: https://doi.org/10.1007/s00590-022-03229-8

16. Gajic O., Warner D.O., Decker P.A., et al. Long-haul air travel before major surgery: a prescription for thromboembolism? Mayo Clinic Proceedings. 2005; 80 (6): 728–731. DOI: https://doi.org/10.1016/S0025-6196(11)61525-5

17. Schobersberger W., Fries D., Mittermayr M., et al. Changes of biochemical markers and functional tests for clot formation during long-haul flights. Thrombosis Research. 2002; 108 (1): 19–24. DOI: https://doi.org/10.1016/S0049-3848(02)00347-X

18. Schreijer A.J.M., Hoylaerts M.F., Meijers J.C.M., et al. Explanations for coagulation activation after air travel. Journal of Thrombosis and Haemostasis. 2010; 8 (5): 971–978. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1538-7836.2010.03819.x

19. Virchow R. Thrombose und embolie. Gefässentzündung und septische infection. Gesammelte Abhandlungen zur wissenschaftlichen Medicin. Frankfurt A.M.: Verlag Von Meidinger Sohn & Comp. 1856; 219–732.

В самолете было установлено достоверное снижение показателей кровотока в ПКВ "на взлете" (р=0,005), "на высоте" (р=0,005) и "при снижении" (р=0,005) по сравнению с результатами "перед вылетом". При сравнении результатов "на взлете" и "на высоте" (р=0,260), "на взлете" и "при снижении" (р=0,359), "на высоте" и "при снижении" (р=0,959) достоверных различий скорости кровотока по ПКВ не выявлено.

В вертолете не было выявлено значимых изменений показателей кровотока в ПКВ "перед вылетом" по сравнению с результатами "на взлете" (р=0,066), "на высоте" (р=0,058) и "при снижении" (р=0,813), хотя полученные результаты "на взлете" и "на высоте" находятся на границе статистической значимости. При сравнении результатов "на взлете" и "на высоте" достоверных различий не выявлено (р=0,594), показатели "на высоте" были достоверно выше результатов "при снижении" (р=0,012).

Результаты исследования скорости кровотока в ЗББВ в самолете и вертолете представлены на рис. 4.

В самолете были установлены статистически значимые различия в скорости кровотока в ЗББВ "перед вылетом" по сравнению с результатами "на взлете" (р=0,005), "на высоте" (р=0,005) и "при снижении" (р=0,005). Изучение результатов полученных данных "на взлете" и "на высоте" (р=0,415), "на взлете" и "при снижении" (р=0,953), "на высоте" и "при снижении" (р=0,263) достоверных различий между сравниваемыми значениями не выявлено.

В вертолете были установлены статистически значимые различия в скорости кровотока по ЗББВ: достоверное увеличение скорости "на взлете" (р=0,005) и "на высоте" (р=0,008) по сравнению с исследованием "перед вылетом". "При снижении" значения показателя уменьшились и достоверно не отличались от исследования "перед вылетом" (р=0,234). Различия "на взлете" и "на высоте" оказались статистически недостоверными (р=0,407), а сравнение данных "на взлете" и "при снижении" (р=0,005), "на высоте" и "при снижении" (р=0,005) показало их достоверные отличия.

Попарный анализ исходных показателей скорости кровотока по всем исследованным венам "перед вылетом" в самолете и вертолете не выявил достоверных различий. Попарное сравнение полученных данных о скорости кровотока по ОБВ, ПБВ, ПКВ и ЗББВ (см. рис. 1-4) в самолете и вертолете "на взлете", "на высоте" и "при снижении" показало статистически достоверное различие результатов во всех случаях (р<0,01).

Исследование скорости кровотока в течение 1 ч после приземления по организационным и техническим причинам было выполнено только 18 испытуемым и поэтому не было включено в графическое отображение результатов статистического анализа. Показатели скорости кровотока во всех исследуемых венах у них на последнем этапе исследования достоверно не отличались от исходных значений "перед вылетом".

Информативное картирование суральных вен удалось провести только перед вылетом. Наличие фактора вибрации в самолете, и особенно в вертолете, не позволило качественно выполнить УЗ-ангиосканирование и оценить скорость кровотока в этих венах.

Использованные портативные УЗ-аппараты ESAOTE MY Lab Alpha и Omega показали возможность бесперебойной надежной работы в условиях авиаперелетов и воздействия ощутимой вибрации. В связи с отсутствием в самолете и вертолете электрической сети 220 Вт УЗ-аппараты работали только от встроенных аккумуляторных батарей. Время непрерывной работы приборов без подзарядки составило 2-2,5 ч.

Обсуждение

В доступной научной медицинской литературе мы не встретили исследований, характеризующих показатели скорости кровотока в сосудах нижних конечностей во время авиаэвакуации. По данным Всемирной организации здравоохранения, риск развития ВТЭО у раненых военнослужащих увеличивается в 2 раза при перелетах продолжительностью более 4 ч [12]. R. Fang et al. подробно описали стратегию эвакуации раненых с повреждением головного мозга самолетами и вертолетами во время войны США в Ираке и применявшиеся методы профилактики ВТЭО [13].

Существуют единичные работы, посвященные риску развития ВТЭО, связанному с авиаперелетом до или после оперативного вмешательства. Так, H.J. Cooper et al. не выявили различий в частоте ВТЭО после эндопротезирования тазобедренного и коленного суставов у пациентов, совершавших авиаперелет после операции, по сравнению с теми, кто его не совершал [14], а F. Mahmood et al., наоборот, обнаружили достоверное увеличение частоты ВТЭО у пациентов после эндопротезирования, совершавших перелет в клинику и обратно в течение 2 мес после операции [15]. O. Gajic et al. из клиники Мэйо установили, что авиаперелет перед большой хирургической операцией достоверно повышает риск послеоперационных ВТЭО и требует дополнительных профилактических мероприятий [16]. Во время длительного авиаперелета происходят активация коагуляционного каскада и угнетение фибринолиза [17], в том числе из-за развития гипобарической гипоксии вследствие пониженного давления в кабине самолета [18].

Общей тенденцией изменения скорости венозного кровотока нижних конечностей в самолете является достоверное ее снижение во время взлета и сохранение пониженных значений в течение всего времени нахождения в воздухе (см. рис. 1-4).

Положение о том, что уменьшение скорости кровотока является одним из факторов риска тромбообразования, было описано еще Р. Вирховом в 1856 г. [19]. Так как результаты проведенного исследования свидетельствуют о снижении скорости венозного кровотока в нижних конечностях во время полета на самолете, эвакуацию авиатранспортом (самолетом) можно отнести к факторам, предрасполагающим к образованию венозных тромбов.

В отличие от гемодинамических изменений, в венах нижних конечностей при эвакуации самолетом, вертолетом при взлете и во время полета наблюдалась противоположная тенденция - достоверное увеличение скорости кровотока на взлете и во время всего полета, которое при снижении и посадке уменьшалось до исходных значений. Наиболее вероятными причинами выявленных изменений являются выраженное воздействие вибрации от двигателя вертолета на организм человека и стимуляция тонуса сосудистой стенки из-за частых изменений положения тела вследствие выполняемых вертолетом воздушных маневров. Полученные данные позволяют предполагать более высокую вероятность отрыва уже образовавшихся тромботических масс и их миграцию в легочные артерии во время перелета на вертолете, что требует проведения дополнительного целенаправленного исследования.

Выводы

1. При авиаэвакуации самолетом скорость кровотока в венах нижних конечностей достоверно снижается (р<0,01) в течение всего полета, при авиаэвакуации вертолетом - достоверно увеличивается на взлете и во время полета (р<0,05) и снижается до исходных показателей при посадке.

2. Выявленные гемодинамические закономерности позволяют считать эвакуацию авиатранспортом фактором риска развития ВТЭО и свидетельствуют о необходимости обязательной профилактики венозного тромбообразования во время авиаэвакуации.

Литература

1. Fang R., Rodriguez C.J. Venous thromboembolism among military combat casualties. Current Trauma Reports. 2016; 2: 48-53. DOI: https://doi.org/10.1007/s40719-016-0037-z

2. Hannon M., Tadlock M.D., Melcer T., et al. Venous thromboembolism after traumatic amputation: an analysis of 366 combat casualties. American Journal of Surgery. 2016; 212 (2): 230-234. DOI: https://doi.org/10.1016/

j.amjsurg.2016.01.031

3. Gillern S.M., Sheppard F.R., Evans K.N., et al. Incidence of pulmonary embolus in combat casualties with extremity amputations and fractures. Journal of Trauma and Acute Care Surgery. 2011; 71 (3): 607-612. DOI: https://doi.org/10.1097/TA.0b013e3182282574

4. Holley A.B., Petteys S., Mitchell J.D., et al. Thromboprophylaxis and VTE rates in soldiers wounded in operation enduring freedom and operation Iraqi freedom. Chest. 2013; 144 (3): 973. DOI: https://doi.org/10.1378/chest.12-2879.

5. Lundy J.B., Oh J.S., Chung K.K., et al. Frequency and relevance of acute peritraumatic pulmonary thrombus diagnosed by computed tomographic imaging in combat casualties. Journal of Trauma and Acute Care Surgery. 2013; 75: S215-220. DOI: https://doi.org/10.1097/TA.0b013e318299da66

6. Hutchison T.N., Krueger C.A., Berry J.S., et al. Venous thromboembolism during combat operations: a 10-y review. Journal of Surgical Research. 2014; 187 (2): 625-630. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jss.2013.11.008

7. Колтович П.И., Иващенко А.Н., Николаев К.Н. и др. Использование шкал AIS, ISS и ВПХ (ОР) для оценки тяжести повреждений, полученных военнослужащими при выполнении служебно-боевых задач. Сообщение 1. Медицина катастроф. 2019; 2 (106): 22-26. DOI: https://doi.org/10.33266/2070-1004-2019-2-22-26

8. Walker P.F., Schobel S., Caruso J.D., et al. Trauma Embolic Scoring System in military trauma: a sensitive predictor of venous thromboembolism. Trauma Surgery & Acute Care Open. 2019; 4 (1): e000367. DOI: https://doi.org/10.1136/tsaco-2019-000367

9. Chung K.K., Blackbourne L.H., Renz E.M., et al. Global evacuation of burn patients does not increase the incidence of venous thromboembolic complications. Journal of Trauma and Acute Care Surgery. 2008; 65 (1): 19-24. DOI: https://doi.org/10.1097/TA.0b013e3181271b8a

10. Levkovsky A., Dardik R., Barazany D., et al. The effect of civil and military flights on coagulation, fibrinolysis and blood flow: insight from a rat model. Thrombosis Journal. 2020; 18: 24. DOI: https://doi.org/10.1186/s12959-020-00237-8

11. Kornblith L.Z., Moore H.B., Cohen M.J. Trauma-induced coagulopathy: The past, present, and future. Journal of Thrombosis and Haemostasis. 2019; 17 (6): 852-862. DOI: https://doi.org/10.1111/jth.14450

12. World Health Organization (Geneva, Switzerland). WHO research into global hazards of travel (WRIGHT) Project: Final report of phase I. Geneva, Switzerland): WHO Press. 2007; 24.

13. Fang R., Dorlac G.R., Allan P.F., Dorlac W.C. Intercontinental aeromedical evacuation of traumatic brain injuries during Operations Iraqi Freedom and Enduring Freedom. Neurosurgical Focus. 2010; 28 (5): E11. DOI: https://doi.org/10.3171/2010.2.FOCUS1043

14. Cooper H.J., Sanders S.A., Berger R.A. Risk of symptomatic venous thromboembolism associated with flying in the early postoperative period following elective total hip and knee arthroplasty. Journal of Arthroplasty. 2014; 29 (6): 1119-1122. DOI: https://doi.org/10.1016/j.arth.2014.01.005

15. Mahmood F., Harte C., Allen D., et al. Perioperative air travel increases the risk of venous thromboembolism following lower limb arthroplasty. European Journal of Orthopaedic Surgery and Traumatology. 2022; 18: 1-7. DOI: https://doi.org/10.1007/s00590-022-03229-8

16. Gajic O., Warner D.O., Decker P.A., et al. Long-haul air travel before major surgery: a prescription for thromboembolism? Mayo Clinic Proceedings. 2005; 80 (6): 728-731. DOI: https://doi.org/10.1016/S0025-6196(11)61525-5

17. Schobersberger W., Fries D., Mittermayr M., et al. Changes of biochemical markers and functional tests for clot formation during long-haul flights. Thrombosis Research. 2002; 108 (1): 19-24. DOI: https://doi.org/10.1016/S0049-3848(02)00347-X

18. Schreijer A.J.M., Hoylaerts M.F., Meijers J.C.M., et al. Explanations for coagulation activation after air travel. Journal of Thrombosis and Haemostasis. 2010; 8 (5): 971-978. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1538-7836.2010.03819.x

19. Virchow R. Thrombose und embolie. Gefässentzündung und septische infection. Gesammelte Abhandlungen zur wissenschaftlichen Medicin. Frankfurt A.M.: Verlag Von Meidinger Sohn & Comp. 1856; 219-732.

All articles in our journal are distributed under the CC BY-NC-ND 4.0 (Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International)

п?? GEOTAR-Media Publishing Group. The use of textual and illustrative content from this publication for the training of any artificial intelligence systems п?? including machine learning models and neural networks п?? is strictly prohibited without the prior written consent of the copyright holder.

  • п??п??п??п??п??п??п??п??п??п?? п??п??п??п??п??п??п??п?? п??п??п??п??п??п??п??п??п??п?? п?? п??п??п??п??п??п??п??п??п??п?? п??п??п??п??п??п??п??п??
  • п??п??п??п??п??п??п??п??п??
  • Telegram
CHIEF EDITOR
Academician of the Russian Academy of Sciences Doctor of Medical Sciences, Professor, President of the Russian Society of Angiologists and Vascular Surgeons

 

In accordance with the decision of the Presidium of the Russian Society of Angiologists and Vascular Surgeons, the journal "Angiology and Vascular Surgery" will be named after Academician A.V. Pokrovsky starting from No. 2/2022.


Journals of «GEOTAR-Media»