Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Патогенез огнестрельного ранения и современные подходы к применению перевязочных средств при его лечении (обзор литературы) 12
1.1 Механизмы формирования огнестрельной раны 12
1.2 Общая характеристика патогенеза и саногенеза раневого процесса 15
1.2.1 I фаза раневого процесса (воспаление) 15
1.2.2 II фаза раневого процесса (экссудация) 21
1.2.3 III фаза раневого процесса (пролиферация) 22
1.2.4 Особенности раневого процесса при огнестрельном ранении 23
1.2.5 Роль микроорганизмов в патогенезе огнестрельного ранения 27
1.3 Перевязочные материалы с биологически активными компонентами и тактика их применения для местного лечения ран 29
Глава 2. Материалы и методы исследования 43
2.1 Материалы исследования 43
2.2 Характеристика объектов исследования 47
2.2.1 Методика изготовления экспериментальных перевязочных материалов методом электроформования 47
2.3 Методы исследования 52
2.3.1 Оценка влагоёмкости 52
2.3.2 Макроскопическая оценка течения раневого процесса 53
2.3.3 Люминол-зависимая хемилюминесценция лейкоцитов периферической крови 53
2.3.4 Содержание продуктов перекисного окисления липидов в гомогенате мягких тканей бедра 54
2.3.5 Количественная оценка бактериальной обсемененности раны 54
2.3.6 Метод оценки микроциркуляции в области ранения 56
2.3.7 Исследование клеточного состава раневой поверхности 57
2.3.8 Гистоморфологическое исследование тканей в области огнестрельного ранения 58
2.3.9 Статистическая обработка результатов 58
Глава 3. Результаты собственных исследований 60
3.1 Выбор наиболее эффективного образца перевязочного материала 60
3.1.1 Влагоёмкость образцов перевязочных материалов 60
3.1.2 Макроскопическая характеристика и сроки заживления огнестрельного ранения 61
3.2 Результаты исследований по оценке влияния перевязочного материала с комплексом иммобилизованных наноструктурированных частиц меди и серебра (АЦПВП-Cu+Ag) на раневой процесс при огнестрельном ранении 63
3.2.1 Показатели люминол-зависимой хемилюминесценции лейкоцитов периферической крови 63
3.2.2 Содержание продуктов перекисного окисления липидов в гомогенатах мягких тканей бедра 65
3.2.3 Количественная оценка бактериальной обсемененности экспериментального огнестрельного ранения 67
3.2.4 Результаты оценки микроциркуляции в области экспериментального огнестрельного ранения 69
3.2.5 Клеточный состав в зоне экспериментального огнестрельного ранения 72
3.2.6 Гистоморфологическое исследование тканей в зоне экспериментального огнестрельного ранения 74
Глава 4. Обсуждение полученных результатов 93
Заключение 110
Выводы 116
Практические рекомендации 118
Список сокращений и условных обозначений 119
Список литературы 120
- I фаза раневого процесса (воспаление)
- Перевязочные материалы с биологически активными компонентами и тактика их применения для местного лечения ран
- Гистоморфологическое исследование тканей в зоне экспериментального огнестрельного ранения
- Обсуждение полученных результатов
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Вопрос лечения огнестрельных ранений остается актуальным как в военное, так и в мирное время. В структуре санитарных потерь в вооруженных конфликтах последних десятилетий доля пострадавших с огнестрельными ранениями составляет от 57 до 62% [Брюсов П.Г. и соавт., 1996; Толстых М.П. и соавт., 2007]. В 28% случаев огнестрельные ранения осложняются гнойно-инфекционными процессами [Ерюхин И.А., 2003; Nessen S.C. et al., 2008].
Огнестрельные ранения сопровождаются длительными сроками заживления, частыми случаями генерализации патологического процесса, ограничением трудоспособности и инвалидизацией [Блатун Л.А., 2005; Гуманенко Е.К., 2008].
Проблемы лечения огнестрельных ранений обусловлены различными причинами, в том числе особенностями образования, формирования и течением раневого процесса [Быков И.Ю. и соавт., 2009]. Обращает на себя внимание увеличение количества гнойных осложнений и отмечающийся рост устойчивости микроорганизмов к антибиотикам [Шляпников С.А., 2003; Липатов В.А., 2005; Попов В.А., 2013].
Заживление огнестрельного ранения происходит по механизмам, присущим
для всех ран, с тремя обязательными компонентами: повреждения, воспаления и
восстановления. Знание этой закономерности обуславливает патогенетическую
направленность лечебных мероприятий. Сокращение продолжительности одного из
этапов раневого процесса ведет к ускорению наступления последующего и
сокращению длительности процесса заживления в целом, что обосновывает
создание перевязочных материалов, обеспечивающих возможность
патогенетически оправданного влияния на процессы воспаления и регенерации как можно в более ранние сроки [Гостищев В.К., 2003; Parker P. et al., 2005; Симоненков А.П. и соавт., 2008].
В последние годы для лечения ран предлагается достаточное количество методов и средств (мeдицинские лaзеры, абaктериaльная cрeда, вакyумирoвaние и т.д.), при этом местное лечение в медицине чрезвычайных ситуаций остается доминирующим. Применение ранeвых повязoк с биолoгически aктивными компoнентами и вoздействие с помощью физических способов на облaсть ранeния видимо способствуют улучшению результатов оказания хирургичecкого пocoбия раненым [Назаренко Г.И. и соавт., 2002; Цыбуляк Г.Н., 2005].
Новые возможности в улучшении результатов лечения ран открываются в
связи с разработкой технологии электроформования волокнообразующих
полимеров (ЭФВ-процесс). Метод электроформования волoкнистых нoсителей
выгoдно отличaется aппaратурной прocтoтой, высокой энeргeтической
эффективностью, разнообразием продукции с заранее заданными физико-
механическими показателями (гибкость, капиллярность, поглотительная
способность, воздухопроницаемость, жесткость) [Филатов Ю.Н., 2001; Agawal S.,
2008; Усачев А.Н. и соавт., 2016]. Данная технология изготовления перевязочных
материалов позволяет изменять диаметр волокон и, кроме того, иммобилизировать
на них ферменты, металлы, антиоксиданты и др. [Дыгай А.М. и соавт., 2009;
Беклемышев В.И. и соавт., 2010].
Известна высокая активность серебра и меди в отношении возбудителей гнойной микрофлоры. Разработка наноструктурированных форм меди и серебра
позволила повысить эффективность антибактериального действия металлов, приобретающих в наноразмерном диапазоне особые характеристики [Мамонова И.А., 2011; Бабушкина И.В. и соавт., 2013; Егорова Е.М. и соавт., 2014].
Таким образом, в настоящее время имеются предпосылки для разработки перспективных перевязочных средств для использования при огнестрельных ранениях, что обуславливает проведение патогенетического обоснования их применения.
Степень разработанности темы исследования. В настоящее время
исследованы свойства и экспериментально определена эффективность лечения
гнойных ран перевязочными материалами, изготовленными методом
электроформования с использованием прядильного раствора на основе полимеров диальдегида целлюлозы и поливинилпирролидона в разных соотношениях [Шин Ф.Е., 2004; Старичков И.Г., 2011; Попов В.А., 2013].
Доказано, что перевязочный материал на основе медицинского марлевого бинта, импрегнированного наночастицами серебра, обладает антимикробной активностью в отношении грамположительных и грамотрицательных бактерий, выделенных из гнойных ран пациентов хирургического профиля [Довнар Р.И. и соавт., 2010; Guzman M. et al., 2012].
Разработаны технологии изготовления перевязочных средств на основе металлокомплексов путем иммобилизации меди или серебра на полимерные волокна, исследованы их антибактериальные и ранозаживляющие свойства [Толстых М.П. и соавт., 2001, 2004; Chen X. et al., 2008].
Однако патогенетические особенности и эффективность перевязочных материалов, изготовленных методом ЭФВ-процесса, в том числе с использованием нанокомплексов металлов, при лечении огнестрельного ранения изучены лишь фрагментарно.
Цель исследования: оценить и патогенетически обосновать эффективность микроволокнистых перевязочных материалов при использовании в начальную фазу раневого процесса при огнестрельном ранении.
Задачи исследования:
-
Провести анализ основных механизмов саногенеза при использовании микроволокнистых перевязочных материалов в начальную фазу раневого процесса при огнестрельном ранении.
-
Оценить микробную обсеменённость раны, кислородзависимый метаболизм лейкоцитов периферической крови и активность перекисного окисления липидов в мышечной ткани области огнестрельного ранения при использовании микроволокнистых перевязочных материалов.
3. Выявить особенности микроциркуляторных изменений в области
огнестрельного ранения при использовании микроволокнистых перевязочных
материалов.
4. Определить клеточный состав раны и гистоморфологическую структуру
тканей в области огнестрельного ранения после применения образцов
микроволокнистых перевязочных материалов.
5. Определить наиболее эффективные образцы микроволокнистых
перевязочных материалов для использования в начальную фазу раневого процесса
при огнестрельном ранении на основании анализа их влагоемкости и макроскопической оценки течения раневого процесса.
Научная новизна исследования. Впервые выявлено, что при использовании
экспериментальных микроволокнистых материалов, полученных методом ЭФВ-
процесса с использованием раствора полимеров ацетилцеллюлозы и
поливинилпирролидона (АЦПВП) в соотношении 5:1 с иммобилизованной
наноструктурированной формой меди (АЦПВП-Cu), серебра (АЦПВП-Ag), меди и
серебра (АЦПВП-Cu+Ag), после первичной хирургической обработки (ПХО) при
огнестрельном ранении, очищение раневой поверхности от гнойно-некротических
масс и формирования очагов грануляционной ткани по срокам, сокращались в
среднем на 4 сут (на 46,2%, р<0,05), полного заживления ран – на 7 сут (на 22,4%,
р<0,05).
Установлено, что по показателю влагоёмкости и антибактериальной активности in vitro, результатам макроскопической оценки воспалительной реакции паравульнарных тканей и скорости ранозаживления из образцов перевязочных материалов АЦПВП-Cu, АЦПВП-Ag и АЦПВП-Cu+Ag наилучшим является образец микроволокнистого материала с комплексом иммобилизованных наноструктурированных частиц меди и серебра АЦПВП-Cu+Ag.
Впервые проведено патогенетическое обоснование эффективности
экспериментальных микроволокнистых материалов, полученных методом
ЭФВ-процесса с использованием раствора полимеров ацетилцеллюлозы и
поливинилпирролидона в соотношении 5:1 с иммобилизованной
наноструктурированной формой меди и серебра АЦПВП-Cu+Ag в комплексном лечении при экспериментальном огнестрельном ранении. Доказано, что механизмы саногенеза при использовании экспериментального перевязочного материала с иммобилизованной наноструктурированной формой меди и серебра АЦПВП-Cu+Ag направлены на основные звенья раневого процесса и реализуются в виде дренажной функции, антибактериального и, опосредованного через него, противовоспалительного эффектов.
Теоретическая и практическая значимость работы. Материалы
настоящего исследования расширяют представление о ранозаживляющем действии
микроволокнистых материалов, в том числе полученных методом ЭФВ-процесса с
использованием раствора полимеров ацетилцеллюлозы и поливинилпирролидона
иммобилизованного наноструктурированной формой меди и серебра при лечении
огнестрельных ран. Впервые изучены патогенетически значимые механизмы
ранозаживляющего действия исследованных материалов: влагоёмкость,
определяющая дренажные свойства повязки, а также антибактериальный эффект,
характеризующий противовоспалительные свойства материала. Показана
целесообразность изготовления опытной промышленной партии микроволокнистых перевязочных материалов (повязки, салфетки и др.), с возможным последующим включением их в состав медицинских комплектов для обеспечения лечебно-эвакуационных мероприятий.
Методология и методы исследования. В работе использованы методы
экспериментов на животных, результаты которых могут быть экстраполированы на
этап клинических исследований, экспериментального моделирования
огнестрельного ранения, физические методы (определение влагоёмкости образцов
перевязочных материалов, оценка микроциркуляции в области ранения методом
лазерной допплеровской флоуметрии), биохимические методы (оценка
функциональной активности лейкоцитов периферической крови, активности
перекисного окисления липидов в тканях области повреждения),
микробиологические методы (оценка чувствительности бактерий к образцам перевязочных материалов и количественная оценка бактериальной обсемененности раны), морфологические методы (гистоморфологическое исследование тканей области повреждения), статистические методы.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Из образцов экспериментальных перевязочных материалов, полученных
методом электроформования с использованием раствора полимеров
ацетилцеллюлозы и поливинилпирролидона в соотношении 5:1 с
иммобилизованной наноструктурированной формой формой меди АЦПВП-Cu,
серебра АЦПВП-Ag, меди и серебра АЦПВП-Cu+Ag, материала без
металлизированных компонентов АЦПВП и нетканого материала «Медитекс»
наиболее эффективным при огнестрельном ранении является материал АЦПВП-
Cu+Ag.
2. Механизмы саногенеза огнестрельного ранения при использовании
перевязочного материала на основе полимеров ацетилцеллюлозы и
поливинилпирролидона с иммобилизованной наноструктурированной формой меди
и серебра АЦПВП-Cu+Ag направлены на основные звенья раневого процесса и
реализуются в виде дренажной функции, антибактериальной активности и
антиоксидантного действия, что создает благоприятные условия для очищения
раны и протекания репаративных процессов.
Степень достоверности исследований. Полученные данные и
обоснованность результатов работы обеспечиваются репрезентативностью групп
экспериментальных животных, достаточным объемом лабораторных,
инструментальных и гистоморфологического методов исследований, результаты которых подвергнуты статистическому анализу и математической обработке.
Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационного
исследования представлены на научно-практической конференции «Актуальные
вопросы хирургии» (Москва, 2011), 10 Всероссийской научно-практической
конференции «Боевой стресс. Медико-биологическая реабилитация лиц опасных
профессий» (Москва, 2012), Юбилейной Всеармейской научно-практической
конференции «Актуальные проблемы развития технических средств медицинской
службы» (Санкт-Петербург, 2015), Юбилейной научно-практической конференции,
посвященной 15-летию образования научно-исследовательского центра Военно-
медицинской академии имени С.М. Кирова (Санкт-Петербург, 2016), Всеармейской
научно-практической конференции, посвященной 50-летию ликвидации
последствий землетрясения в Ташкенте и 30-летию ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС «Опыт применения сил и средств медицинской службы Вооруженных Сил Министерства обороны РФ (МО СССР) при ликвидации медико-санитарных последствий ЧС (Санкт-Петербург, 2016), Международном научном конгрессе «Многопрофильная клиника XXI века. Инновации в медицине – 2017» (Санкт-Петербург, 2017), Всероссийской научно-практической конференции
«Актуальные направления развития медицинских средств защиты от
экстремальных факторов» (Москва, 2017).
Публикации на тему исследования. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, из них 4 – в журналах, включенных в перечень рецензируемых научных изданий, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией при Минобрнауки России.
Личный вклад соискателя. Планирование диссертационного исследования, его тема, основные идеи и содержание разработаны диссертантом совместно с научным руководителем на основании анализа современных литературных данных. Автор принимал личное участие в планировании, организации и проведении экспериментальных исследований, направленных на изучение эффективности исследуемого экспериментального перевязочного средства. Непосредственно выполнял хирургическое пособие по осуществлению доступа к ране и моделирование огнестрельного ранения. Лично проводил инструментальную и лабораторную оценку показателей состояния организма экспериментальных животных. Осуществлял учет, систематизацию и оценку полученных данных, их статистическую обработку, анализ и обобщение, обосновал и сформулировал выводы и рекомендации для научного и практического использования результатов исследования.
Объем и структура диссертации. Результаты диссертационного
исследования изложены на 138 листах машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, в том числе главы, содержащей результаты собственных исследований, заключения, выводов, практических рекомендаций и списка литературы, включающего 180 источников, в том числе 150 отечественных и 29 зарубежных. Диссертация иллюстрирована 12 таблицами и 28 рисунками.
I фаза раневого процесса (воспаление)
Заживление различных ран начинается с периода острого воспаления, которое запускается через несколько минут после воздействия травматического агента и продолжается около 3 сут [Назаренко Г.И. и соавт., 2002; Кузнецов Н.А. и соавт., 2002].
Повреждение тканей сопровождается травмой сосудов и кровотечением, в результате которого тромбоциты истекающей крови, контактируя с коллагеном тканей, активируются и агрегируют, выделяя тромбопластин. Из попавших в рану нейтрофилов выделяются лизосомальные ферменты, аденозинтрифосфат (АТФ), простагландины и другие биологически активные вещества, потенцирующие действие тромбоцитов [Quirinia A. et al., 1992; Литвицкий П.Ф. и соавт., 2007]. Из клеток поврежденных тканей высвобождается тканевой тромбопластин, активирующий тканевой механизм тромбообразования. Благодаря образовавшимся тромбам и констрикции поврежденных сосудов, кровотечение прекращается.
В очаге воспаления преобладают реакции катаболизма с развитием метаболического ацидоза [Hart J., 2002; Литвицкий П.Ф., 2007]. Происходит активация гликогенолиза и гликолиза, расстраивается образование АТФ, гликолиз переходит на анаэробный путь. К возрастающему количеству свободных высших жирных кислот и кетокислот приводит усиление липолиза. Значительно увеличивается осмотическое давление внутри клеток и их органелл из-за нарушения баланса между вне- и внутриклеточными ионами, что сопровождается перерастяжением и разрывом мембран [Попов В.А., 1990; Берченко Г.Н., 1998; Дуванский В.А., 2002; Гаджиев А.И., 2006].
Появление недоокисленных продуктов (жирные кислоты, кетоновые тела, полипептиды), усугубляющих ацидоз, связано с повышением метаболизма в очаге воспаления.
Описанные процессы представляют первую фазу острого воспаления - фазу альтерации (первичного повреждения или первичной деструкции), в целом характеризующейся нарушением обмена веществ, функций клеток и тканей, структурными изменениями, а также переменой физико-химических свойств возникающих в момент повреждения.
Вторую фазу острого воспаления (фазу экссудации или микроциркуляторных расстройств) инициируют сосудорасширяющие биологически активные вещества (БАВ) (гистамин, серотонин, лейкотриены В4, С4, D4, Е4; простагландины E, F, D), высвобождаемые при деструкции тучных клеток и частично тромбоцитов. Вазодилатация, повышение проницаемости микрососудистой сети и снижение кровоснабжения тканей вокруг раны, совместно со сладжированием форменных элементов способствуют замедлению кровотока и выходу в первую очередь жидкой части крови (транссудата), а потом и крупных белков сыворотки крови вместе с лейкоцитами (экссудата) за пределы сосудистого русла. Инфильтрация жидкости вокруг раны формирует характерный отек ее краев. Поступление кислорода в рану и прилегающей к ней ткани прекращается. Анаэробный гликолиз сменяет аэробный. Дальнейшее снижение перфузии тканей усугубляет гипоксию, приводя к возникновению ишемических некрозов [Рычков, Ю.Г. и соавт., 1985; Колокольчикова Е.Г., 1997; Зайцев В.Г. и соавт., 2001; Симоненков А.П. и соавт., 2008; Козлов В.И. и соавт., 2012].
В ране возрастает количество кислых продуктов, которые являются хемоаттрактантами для следующего звена раневых клеток - функционально активных полиморфноядерных лейкоцитов (нейтрофилов) [Толстых М.П. и соавт., 2001, 2005; Клебанов Г.И., 2002]. Нейтрофилы крови начинают проникать в рану и прилегающие к ней ткани из кровоснабжающих их сосудов спустя несколько часов после ранения. Их диффузия через эндотелий играет критическую роль в патогенезе повреждения сосудов в месте воспаления. Факторами, способствующими проникновению нейтрофилов в рану, являются закисление раневой среды и увеличение концентрации в ране низкомолекулярных пептидов - продуктов распада клеток и тканей. Токсины микроорганизмов оказывают выраженное активирующее действие на генерацию нейтрофилами супероксид-аниона и их дегрануляцию [Колокольчикова Е.Г., 1997; Симоненков А.П. и соавт., 2008; Козлов В.И. и соавт., 2012].
В целом, нейтрофилы помогают очищению ран, секретируя протеолитические (фибринолитические и коллагенолитические) ферменты, интерлейкины (IL), в том числе, IL1, IL6, IL8.
При выполнении своих основных функций (фагоцитоз некротизированных тканей и микробов, протеолиз) лейкоциты нейтрофильного ряда распадаются или фагоцитируются макрофагами, которые и составляют один из основных факторов иммунного ответа организма при развитии раневого процесса [Рычков Ю.Г. и соавт., 1985; Ваrас E. et al., 1986; Толстых М.П., 2002; Снимщикова И.А. и соавт., 2010].
Через несколько часов после травмы в раневой сгусток и прилегающие к ране ткани из кровеносных сосудов начинают поступать моноциты, реагирующие на кислую среду, низкомолекулярные продукты деструкции тканей (коллаген, фибронектин и эластин), биоактивные полипептиды и высвобождаемые из нейтрофилов цитокины. В этих условиях моноциты быстро приобретают фагоцитарные свойства и трансформируются в специфические раневые клетки – макрофаги [Бурместер Г.Р. и соавт., 2007; Литвицкий П.Ф., 2007]
Как и нейтрофилы, макрофаги фагоцитируют микроорганизмы и клеточный детрит, вырабатывают большое количество протеаз (включая коллагеназу), помогая лизировать фибрин, излившейся в рану крови и коллаген погибших тканей, а также секретируют компоненты комплемента, интерфероны, простагландины и хемоаттрактанты для фибробластов и кератиноцитов. Кроме этого, макрофаги высвобождают большое количество цитокинов, которые контролируют активность практически всех раневых клеток путем экспрессии или супрессии их генов, связываясь с находящимися на клеточных мембранах рецепторами (интегринами). Макрофаги также модулируют образование межуточного вещества грануляционной ткани и играют важную роль в индукции и регуляции функций следующей популяции раневых клеток – фибробластов, осуществляющих коллагеногенез. Функциональная активность макрофагов в условиях гипоксии несколько повышается [Григорьев В.В. и соавт., 1983; Грашин Р.А., 1996; Назаренко Г.И. и соавт., 2002; Толстых М.П., 2002; Образцов И.В. и соавт., 2013].
Клеточные участники воспаления и продукты альтерации могут спровоцировать вторичное самоповреждение тканей (вторичная альтерация).
Нейтрофилы играют важнейшую роль в поиске, распознавании и уничтожении микроорганизмов путем «респираторного взрыва», а также в удалении микробных тел и клеточного детрита посредством фагоцитоза. Однако при избытке высвобождаемых нейтрофилами пероксидов и супероксидов или при недостатке естественных факторов их ингибиции, свободные радикалы кислорода могут оказывать повреждающее воздействие на мембраны здоровых клеток, усугубляя альтерацию и внося серьезные изменения в течение процесса заживления. Потерявшие жизнеспособность участки тканей начинают подвергаться ферментативному гидролизу протеазами нейтрофилов [Владимиров Ю.А., 1998; Зайцев В.Г. и соавт., 2001; Бурместер Г.Р. и соавт., 2007].
В очаге воспаления и прилежащих к нему тканях происходит изменение микроциркуляции, что обуславливает значительное падение напряжения кислорода [Quirinia A. et al., 1992]. Гипоксия клеточных элементов и связанный с ней гипоэргоз способствуют формированию гипоксического тканевого некробиоза, который под воздействием факторов вторичного самоповреждения переходит в третью фазу I стадии острого воспаления - вторичной деструкции (вторичного некроза) [Наргайлоков М.А. и соавт., 1998; Козлов В.И. и соавт., 2012].
Вторичное повреждение тканей может развиваться по кислородзависимому (посредством активных форм кислорода) и кислороднезависимому (посредством конечного продукта активации комплемента, гидролитических ферментов) механизмам.
Значительную роль в повреждении тканей при воздействии механических, физических и химических факторов играют активные формы кислорода (АФК), образующиеся в результате активации нейтрофилов и макрофагов [Назаренко Г.И. и соавт., 2002]. Усиление процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ) плазмы крови и клеточных мембран происходит путем массивного образования активных радикалов кислорода. Возрастающий протеолиз и локальный ацидоз, АФК и перекиси усиливают повреждение клеток, приводят к образованию вторичных некрозов, росту объёма повреждения, усиливают микроциркуляторные нарушения. Из активных форм кислорода особо важное значение имеют супероксиданион-радикал (OО–), молекулярный синглетный кислород (1О2), пергидроксильный радикал (НOO), гидроксилрадикал (ОН) и пероксил-радикал (RОО). Образование раневого повреждения сопровождается уменьшением активности компонентов эндогенной антиоксидантной системы (АОС), включающую супероксиддисмутазу, каталазу, глутатионпероксидазу, глутатион-S-трансферазу, аскорбиновую кислоту, витамин А, глутатиона) [Рычков, Ю.Г. и соавт., 1985; Amaral J.F. et al., 1988; Владимиров Ю.А., 1998; Образцов И.В. и соавт., 2013].
Перевязочные материалы с биологически активными компонентами и тактика их применения для местного лечения ран
Лечение огнестрельного ранения направлено на адекватное оперативное вмешательство с целью устранения поврежденных тканей и создания оптимальных условий для выхода раневого отделяемого. Значительное распространение в практической хирургии получила методика лечения осложненных ран под повязкой, которая остается основной в клинической практике [Кесян Г.А., 2000; Шин Ф.Е., 2004; Быков И.Ю. и соавт., 2009; Ерюхин И.А., 2009; Чмуневич А.А., 2009].
Необходимость разработки и полноценного изучения новых перевязочных материалов, в том числе их модификаций, с направленным влиянием на течение раневого процесса обусловлено ростом количества гнойно-воспалительных заболеваний и инфицированных осложнений мягких тканей, на фоне повышения устойчивости патогенной микрофлоры к антибиотикам и снижению сопротивляемости организма [Шапошников Ю.Г. и соавт., 1984; Kildeyeva N.R. et al., 1995; Адамян А.А. и соавт., 2007; Абдуллаева З.Ш. и соавт., 2009; Григорьян А.Ю. и соавт., 2011; Rizzello L. et al., 2014; Винник Ю.С. и соавт., 2015; Алисов П.Г., 2016].
Фундаментальные исследования патогенеза раневого процесса и особенностей его течения, послужили важным стимулом для развития исследований в области разработки и создания новых перевязочных материалов. Лечебная тактика в настоящее время определяется фазой раневого процесса, а заживление ран протекает по единым биологическим законам, независимо от генеза и локализации [Росс Р., 1970; Сергель О.С. и соавт., 1990; Луцевич В.Д. и соавт., 1996; Губченко И.П. и соавт., 1998; Лукьянчук В.Д. и соавт., 1998; Носкова Т.И. и соавт., 2004; Адамян А.А. и соавт., 2007; Ославский А.И., 2016].
Современная хирургия отказалась от использования «универсальных перевязочных средств», к разработке которых учёные всего мира стремились в течение многих десятилетий. С учетом применимости перевязочных средств в терапии разных фаз раневого процесса, появление на внутреннем рынке новых изделий указанной группы, позволяет провести их целенаправленный выбор и сопоставить эффективность [Kramer A. et al., 2004; Отставнов С.С. и соавт., 2013; Лазарян А.Д., 2016].
В соответствии с классификацией по назначению выделяют повязки первой помощи и раневые повязки: первичные, в том числе многокомпонентные; вторичные (абсорбирующие); удерживающие (ретенционные); многослойные; травматические (компрессы и иммобилизирующие повязки), компрессионные и корригирующие повязки [Полевов В.Н. и соавт., 2001; Назаренко Г.И. и соавт., 2002; Шин Ф.Е., 2004; Островский Н.В., 2010].
В начальной фазе раневого процесса, повязки должны обладать сорбционной способностью, противоотечным, антимикробным, протеолитическим, противовоспалительным действием, предотвращать всасывание токсинов в подлежащие ткани, нормализовать регенерацию и микроциркуляцию и, при необходимости проявлять гемостатический и местноанестезирующий эффекты, обеспечивать отток раневого отделяемого со дна раны [Адамян А.А. и соавт., 2005]. Указанные свойства имеют сорбенты, гелевые, мазевые, композиционные лечебные и влажно-высыхающие перевязочные средства [Гурова Е.И., 1994; Ткачева О.В. и соавт., 1998; Шаблин Д.В. и соавт., 2013; Горюнов С.В. и соавт., 2014; Иванков М.П., 2014; Фролова А.В. и соавт., 2015].
Раневые повязки также получают из смеси различных полимеров, характеризующиеся разной термодинамической совместимостью, для возможности модификации структуры и состава полимерной матрицы, а также сопоставления её свойств и биологического действия. Степень достигаемого лечебного эффекта обеспечивают импрегнированные лекарственные средства: мирамистин, диоксидин, хлоргексидин, фурагин, аминокапроновая кислота, феракрил, лидокаин, сангвиритрин, метилурацил и др. Известными представителями данной группы повязок являются: «Активтекс», «Альтекс», «Гемотекс», «Медитекс», «Колетекс-Гем», «ААВ-4». Один из слоев повязки, как правило содержит антибактериальное средство, скорость десорбции и количество которого контролируют, изменяя тип волокнистого материала. Выход основной части лекарственного средства из волокнистых материалов происходит в течение первого часа после наложения на раневую поверхность. Повязки обладают небольшой сорбционной (3-4 г/г) и гемостатической способностью, хорошо моделируются на поверхности раны, быстро увлажняются раневым экссудатом, однако, их лечебное действие обеспечивается только после смачивания [Шин Ф.Е., 2004; Носкова Т.И. и соавт., 2004; Бледнов А.В., 2006; Воронин А.С., 2010; Григорьян А.Ю. и соавт., 2011; Шаблин Д.В. и соавт., 2013; Лазарян А.Д., 2016].
Перевязочные средства, применяемые во II фазе раневого процесса, должны создавать нормальные условия для роста грануляционной ткани, положительно влиять на ангиогенез, подвижность и синтез эпителиальных клеток, обеспечивать оптимальное развитие пролиферации клеток регенераторной ткани, подавлять активность микрофлоры и защищать рану от вторичного инфицирования. Наиболее распространенными для использования в данной фазе являются перевязочные средства на основе биополимеров, производных полисахаридов и белков. В основе стимулирующего эффекта лежит введение в тканевую составляющую биоактивного полимера, продукты распада которого стимулируют рост клеток грануляционной ткани. В раневой среде полимер трансформируется в гель, пористая структура которого позволяет осуществлять миграцию молодых клеток грануляционной ткани и прорастание сосудов [Полевов В.Н. и соавт., 1995; Толстых М.П., 2002; Адамян А.А. и соавт., 2007; Блатун Л.А., 2011; Павлюченко В.Н., и соавт., 2009; Колсанов A.B. и соавт., 2011; Винник Ю.С. и соавт., 2013; Попов В.А., 2013]. Перевязочные средства, применяемые в III фазе раневого процесса, должны осуществлять защиту раны от повторного инфицирования, поддерживать оптимальные условия для формирования клеток регенераторной ткани и эпителия, противодействовать образованию келоидных рубцов [Руфанов И.Г., 1957; Михайлов И.Н., 1979; Сергель О.С. и соавт., 1990; Колокольчикова Е.Г., 1997; Адамян А.А. и соавт., 1998; Шин Ф.Е., 2004; Чмуневич А.А., 2009; Фролова А.В. и соавт., 2015; Штильман М.И. и соавт., 2015].
Анализ методических подходов к решению проблемы разработки перевязочных средств, в практике медицины катастроф зарубежных стран, свидетельствует о концентрации интеллектуальных и финансовых усилий на создание раневых покрытий на основе инновационных технологий, обеспечивающих возможность патогенетически оправданного воздействия на процессы воспаления и регенерации, как можно в более ранние сроки [Mousa H.A. et al., 1998; Муршудли Р.Ч., 2002; Сергеев А.Н., 2004; Zhang L., 2008; Chen X. et al., 2008; Патон Б.Э. и соавт., 2009; Ославский А.И., 2016].
Для повышения эффективности лечения осложнённых ран идет активный поиск перспективных раневых покрытий с пролонгированным антимикробным действием [Назаренко Г.И. и соавт., 2002; Абдуллаева З.Ш. и соавт., 2009; Воронин А.С., 2010; Горюнов С.В. и соавт., 2014; Шаблин Д.В. и соавт., 2013]. Для очищения ран и стимуляции образования грануляционной ткани созданы перевязочные средства с иммобилизованными активными веществами, с направленным воздействием на разные фазы раневого процесса [Губченко И.П. и соавт., 1998; Бледнов А.В., 2006; Снимщикова И.А. и соавт., 2008; Григорьян А.Ю. и соавт., 2011; Винник Ю.С. и соавт., 2013]. Для комплексного лечения ран во II-й фазе раневого процесса разработаны антисептические перевязочные средства с применением антибактериального средства диоксидин - «Диосепт». Изделие «Комбиксин» содержит иммобилизованные формы антисептика (диоксидин) и протеолитического фермента (трипсин). Указанные средства также можно применять и в фазах экксудации и воспаления, т.к. они имеют хорошие сорбционные свойства. Для сокращения сроков очищения ран и удаления некротизированных тканей разработано перевязочное средство с применением иммобилизованных форм трипсина «Протеосорб». Проведено доклиническое изучение ранозаживляющего действия упомянутых перевязочных средств, которое выполнено в сравнительном аспекте, с контролем относительно традиционных однокомпонентных способов лечения кристаллическим трипсином, гипертоническим раствором, а также с перевязочным средством антимикробного и протеолитического действия «Диотевин». Использование иммобилизованных форм трипсина и антисептиков дает существенно снизить расход препаратов при лечении раневой инфекции. Повязки имеют не только антибактериальную и протеолитическую активность, но и сорбционные свойства, что ускоряет очищение, и как следствие, заживление осложненных ран [Гурова Е.И., 1994; Носкова Т.И. и соавт., 2004; Толстых М.П., 2002, 2004; Ягельский В.П. и соавт., 2003; Александрова Г.П. и соавт., 2007; Киселева А.Ю. и соавт., 2011; Андреев В.А. и соавт., 2012; Иванков М.П., 2014; Ославский А.И., 2016].
Гистоморфологическое исследование тканей в зоне экспериментального огнестрельного ранения
Морфологические изменения исследуемых тканей у животных групп сравнения (применение нетканого материала без иммобилизированных металлов АЦПВП и материала «Медитекс» были однозначными.
Через 3 сут после экспериментального огнестрельного ранения и начала применения перевязочных материалов АЦПВП и «Медитекс» на микропрепаратах срезов мягких тканей бедра у животных в области ранения определялись специфичные для огнестрельной раны зоны: первичный раневой канал, зона некроза, зона сотрясения (коммоции), зона отсутствия видимых повреждений. Первичный раневой канал, образованный повреждением тканей по оси полета пули, был представлен полостью, заполненный сгустками крови, фибрином, тканевым детритом. Обнаруживались участки инфицирования с колониями микроорганизмов. Тканевой детрит раневой полости нерезко переходил в более гомогенную по составу зону некроза, представленную погибшими мышечными волокнами без признаков резорбции и профилями некротически измененных сосудов. На границе зоны некроза и зоны сотрясения (вторичного некроза) располагался широкий демаркационный вал из нейтрофилов. В его глубоких слоях находили мышечные волокна в состоянии резорбции и тотального миолизиса с участием полиморфноядерных лейкоцитов и отдельных макрофагов. Для подлежащей зоны сотрясения было характерно резкое расширение сосудов различного диаметра с неравномерным кровенаполнением, выраженный отек интерстиция, диффузная инфильтрация полиморфноядерными лейкоцитами, макрофагами, лимфоцитами, наличие очаговых кровоизлияний. В глубоких участках встречались отдельные активированные фибробласты неупорядоченного расположения. Подавляющая часть мышечных волокон, расположенных глубже зоны нейтрофильного миолиза, подвергалась резорбции внутри тела миона с преимущественным участием макрофагов при сохранении мышечного каркаса, при этом продолжали наблюдать внедрение нейтрофилов в тело волокон. К данному сроку констатировали разную стадию завершенности процесса резорбции волокон от начальных этапов внедрения макрофагов в мион до стадии очищения от миоплазмы и активации клеток-сателлитов (регенерационного компонента). В этих же областях наблюдалась активация эндотелиальных клеток, начальные стадии ангиогенеза. Среди измененных мышечных волокон присутствовали единичные волокна без признаков резорбции, в состоянии дистрофических изменений - с разрыхлением миофибриллярного аппарата, эозинофилией и отеком цитоплазмы.
Далее при продвижении к более наружным отделам наблюдали постепенный переход зоны сотрясения к неповрежденным тканям с увеличением количества дистрофически измененных волокон без признаков резорбции и волокон нормального вида. В дистрофически измененных волокнах констатировали набухание цитоплазмы, разрыхление фибриллярных структур, нарушение регулярности визуализации линий поперечной исчерченности. Визуализировались отдельные оксифильные волокна, волокна узурированного профиля. Макрофагируемые волокна встречались в единичном количестве. Для подлежащих тканей (визуально неповрежденных) был характерен выраженный отек пери- и эндомизия, в котором располагался преимущественно круглоклеточный инфильтрат, с немногочисленными полиморфноядерными лейкоцитами, отдельными активированными фибробластами (рисунок 9).
Через 5 сут после экспериментального огнестрельного ранения и начала применения перевязочных материалов АЦПВП и «Медитекс» на микропрепаратах срезов тканей животных в первичном раневом канале продолжали наблюдать фрагменты некротизированных коагулированных мышечных волокон без признаков аутолиза, фибриноидные массы, колонии микроорганизмов, иногда приближенные непосредственно к лейкоцитарному валу. В непосредственном контакте с последним наблюдали обесцвеченные некротизированные каркасы погибших мышечных волокон, инфильтрированные телами погибших макрофагов – зона вторичного некроза. Внешние границы узкого демаркационного вала были представлены деструктивными (в виде ядерной пыли) нейтрофилами. В мелких фокусах внутри лейкоцитарного вала и непосредственно под ним наблюдали продолжающийся процесс миолиза и резорбции некротизированных мышечных волокон, с инфильтрацией последних нейтрофилами и макрофагами. Под зоной демаркации располагался непрерывный слой грануляционной ткани, различной толщины и зрелости. На ее поверхности выявляли экссудативно-фибриноидную сеточку с рыхлым расположением фибробластов. Слой подрастающих вертикальных сосудов в различных участках раны либо достигал поверхностных участков, образуя сосудистые петли, либо располагался значительно глубже. Кровенаполнение сосудов различалось в отдельных участках вдоль канала – присутствовали как фокусы слабого кровенаполнения, так и участки с выраженным полнокровием сосудов различного калибра, мелкими зонами кровоизлияний. В глубоких отделах грануляционной ткани между вертикальных сосудов в перпендикулярном или косом к ним направлении в массах аморфного матрикса располагались вытянутые активные пиронинофильные фибробласты, около которых визуализировались тонкие коллагеновые волоконца. В этих участках также находили единичные мышечные волокна в стадии репарации – стадия тубулл. Еще глубже (наружные отделы зоны сотрясения) располагались мышечные волокна в состоянии дистрофии с эозинофилией и вакуолизацией цитоплазмы, нарушением исчерченности и отеком эндомизия. В прилежащей зоне визуально неповрежденных мышечных волокон наблюдали резко выраженный отек интерстициальной ткани, круглоклеточный воспалительный инфильтрат (рисунок 10).
Через 12 сут после экспериментального огнестрельного ранения и начала применения перевязочных материалов АЦПВП и «Медитекс» стенки раневого канала оставались раздвинутыми, сохранялся просвет, который на большем протяжении был освобожден от клеточного детрита. Часть канала была заполнена разросшейся реорганизованной жировой и рыхлой соединительной тканью. По краю раневого канала продолжал визуализироваться фиброзный слой в виде узкой полоски, состоящей из рыхло расположенных бесструктурных элементов и деструктивных нейтрофилов. Под ним располагался тонкий слой из пикноморфного вида клеток, дегидратированного межуточного вещества. В значительных количествах наблюдали постактивированные макрофаги, эритрофаги, фибробласты и тонкие коллагеновые волокна. Ниже располагалась грануляционная ткань обычного строения. По всей ее толщине обнаруживались эозинофилы, что указывало на затухание острой фазы воспаления. Сохранялась и инфильтрация полиморфноядерными лейкоцитами. Среди грубоволокнистой соединительной ткани фиброзного слоя располагались мышечные волокна в стадии тубулл, количество которых возрастало по направлению к наружных отделам. В состоянии некробиоза и резорбции к этому сроку выявлялись единичные волокна мозаично расположенные по зоне сотрясения. В подлежащих участках визуально неповрежденных мышц также наблюдали значительные разрастания эндомизия с грубыми коллагеновыми волокнами. Отдельные мышечные волокна находились в состоянии дистрофических изменений с изменением объема и окраски, активацией миоцитарных ядер (рисунок 11, 12).
Обсуждение полученных результатов
В настоящее время существует большой спектр методов лечения ран [Назаренко Г.И. и соавт., 2002; Винник Ю.С. и соавт., 2013; Горюнов С.В. и соавт., 2014].
Однако в хирургии повреждений лечение огнестрельных ранений представляет существенную проблему. Это связано с поликомпонентным характером их возникновения, определяющим патогенез раневого процесса [Чмуневич А.А., 2009; Быков И.Ю. и соавт., 2009].
Масштаб последствий огнестрельного ранения зависит от нескольких факторов, в том числе, от формы и кинетической энергии ранящего элемента (пули), типа повреждаемой ткани (мышечная, костная, сосуды, нервы и т.д.), условия для загрязнения (химического, радиационного) или инфицирования области разрушенной ткани [Озерецковский Л.Б. и соавт., 2006].
Лечение огнестрельного ранения направлено на адекватное оперативное вмешательство с целью устранения очага инфекции и обеспечения оптимальных условий для оттока раневого отделяемого [Ерюхин И.А., 2009].
Повышению эффективности лечения при огнестрельных ранениях способствуют медицинские технологии, разрабатываемые с учетом особенностей поражающих факторов огнестрельного оружия [Шапошников Ю.Г., 1986; Брюсов П.Г., 1992].
Перспективность применения в медицине микроволокнистых перевязочных материалов на основе электроформования волокнообразующих полимеров определило цель настоящего исследования - изучить влияние микроволокнистых материалов с иммобилизованной наноструктурированной формой меди и серебра, изготовленных методом электроформования из полимеров ацетилцеллюлозы и поливинилпирролидона в начальную фазу раневого процесса при огнестрельном ранении. Материалом исследования служили результаты экспериментов по оценке эффективности экспериментальных перевязочных материалов, полученных методом ЭФВ-процесса с использованием полимеров ацетилцеллюлозы и поливинилпирролидона в соотношении 5:1 с иммобилизованной наноструктурированной формой меди, серебра, меди и серебра (АЦПВП-Cu, АЦПВП-Ag и АЦПВП-Cu+Ag соответственно) при лечении экспериментального огнестрельного ранения.
Исследуемые перевязочные средства изготовлены на пилотной установке ЭФВ-процесса с использованием коллоидного серебра (размер частиц до 48 нм) и коллоидной меди (размер частиц до 160 нм).
Для достижения цели было спланировано проведение экспериментальных исследований in vitro и in vivo.
На первом этапе для выбора из образцов перевязочных материалов (АЦПВП-Cu, АЦПВП-Ag и АЦПВП-Cu+Ag) наиболее эффективного в отношении патологических процессов, возникающих в начальной фазе раневого процесса, были использованы методы исследования: in vitro – определение влагоемкости; in vivo - макроскопическая оценка течения раневого процесса и время заживления ран.
В соответствии с классификацией [Кузин М.И. и соавт., 1990] дробление фазы воспаления на два этапа, сосредоточивает патогенетическую направленность лечебных мероприятий в начальной стадии раневого процесса – замедление воспалительных изменений и сокращение сроков очищения раны.
В связи с этим важным свойством перевязочных материалов является сорбционная способность, обеспечивающая дренажную функцию для удаления детрита и токсинов, образующихся в ране в результате разрушения тканей и размножения раневой микрофлоры [Ославский А.И., 2016].
Как показали результаты настоящего исследования, влагоемкость материалов, изготовленных по методу электроформования (АЦПВП-Cu, АЦПВП-Ag, АЦПВП-Cu+Ag), не различается между собой, но статистически значимо (р 0,05) в 1,47 раза выше материала «Медитекс» (рисунок 22).
Таким образом, исследования влагоемкостных свойств in vitro позволили предположить наличие положительного эффекта перевязочных материалов АЦПВП-Cu, АЦПВП-Ag, АЦПВП-Cu+Ag при их использовании для лечения ран.
Для дальнейшего дифференцированного подхода к выбору наиболее эффективного средства были проведены эксперименты in vivo на модели огнестрельного ранения.
Результаты макроскопической оценки течения раневого процесса показали, что сроки исчезновения признаков отека и гиперемии тканей вокруг огнестрельной раны, ее очищения, появления грануляций и полного заживления у крыс, которым применяли образцы перевязочных средств с наноструктурированной формой меди или серебра, не различались между собой, но наступали на 2-3 сут раньше таковых, чем у животных в группах сравнения.
Применение образцов перевязочного материала АЦПВП-Cu+Ag характеризовалось ускорением процесса ранозаживления. По сравнению с показателями в группах сравнения, животным которых применяли образцы материала АЦПВП без иммобилизированных металлов и материал «Медитекс», сроки очищения раневой поверхности от гнойно-некротических масс и формирования очагов грануляционной ткани были меньше в среднем на 4 сут (на 46,2%, р 0,05), продолжительность периода полного заживления ран сокращалось на 7 сут (на 22,4%, р 0,05) (рисунок 23).
Таким образом, в результате первого этапа исследований было сделано заключение о более высокой эффективности материала АЦПВП-Cu+Ag, что указывало на значимое преимущество экспериментального материала в рамках применения при огнестрельных ранениях в начальную фазу раневого процесса.
В рамках объяснения механизмов действия перевязочного материала АЦПВП-Cu+Ag, лежащих в основе ранозаживляющего эффекта, были проведены исследования по оценке антибактериальных свойств повязки, выраженности воспалительной реакции (по активности лейкоцитов периферической крови и содержанию продуктов ПОЛ в тканях области повреждения), по изучению морфологической картины микроциркуляции тканей в области повреждения и последующей регенерации.
Известно, что характерной особенностью раневого процесса является разрушение естественной защиты организма микрофлорой, что связано с наличием травматического дефекта и локального повреждения тканевых структур [Кузин М.И. и соавт., 1990; Назаренко Г.И. и соавт., 2002].
Развитие инфекции более вероятно в обширных микробнозагрязненных ранах, содержащих большое количество поврежденных или нежизнеспособных тканей, служащих благоприятной средой для бактерий. Для осложненных ран различного генеза характерно преобладание различных штаммов S. аureus, среди представителей раневой микрофлоры, которые выделяются как в монокультурах, так и в различных бактериальных ассоциациях.
Огнестрельные раны являются бактериальнозагрязненными, т.е. первично инфицированными. Загрязнение наступает в момент нанесения ранения. При этом местные проявления гнойного процесса обусловлены степенью посттравматического повреждения ткани, активностью микроорганизмов, состоянием общих и локальных механизмов защиты, способных подавить развитие попавших в рану бактерий, что в целом определяет характер и выраженность локального воспаления [Цыбуляк Г.Н., 2005].