Введение к работе
Актуальность проблемы
В настоящее время гнойные осложнения повреждений костей и суставов занимают ведущее положение в общей структуре хирургических инфекций и отличаются тем, что часто ведут к длительной, в течение многих лет, инвалидности пострадавшего (Тихилов Р.М., 2008). Микроорганизмы различных таксономических групп, представляющие потенциальную опасность развития инфекционного процесса, обладают рядом свойств, которые с известной долей условности можно разделить на несколько групп, первая из которых включает биоцикличность, реактивность, тропность, адаптогенность к условиям внешней среды и репродуктивность. Ко второй группе свойств относятся патогенность, токсинообразование, «чувство кворума» (QS – quorum sensing), которые экспрессируются лишь при наличии к тому определенных условий (Ерюхин И.А., 2003).
Важным свойством микроорганизмов является их способность формировать биопленки, которые образуются возбудителями в процессе большинства гнойно-воспалительных процессов (Donlan R,M., Costerton J.W., 2002). При этом микроорганизмы переносят высокие дозы антибиотиков и проявляют свои вирулентные свойства, приводящие к повреждению тканей организма хозяина, что значительно ограничивает возможность их эрадикации (Артеменко К.Л., 2007; Бехало В.А. и др., 2010).
Рассматривая бактериальную инфекцию на клеточном уровне, можно сказать, что она представляет собой результат взаимодействия бактериальной клетки с клеткой организма хозяина, при этом после необратимого прикрепления (адгезии) бактерий к клеткам хозяина и последующего их заселения (колонизации) формируется первичный микробный очаг.
Факторы патогенности с инвазивной функцией и функцией защиты от фагоцитоза можно объединить в одну группу факторов, обеспечивающих развитие начальной, часто клинически не выраженной, стадии инфекционного процесса – адгезии, колонизации бактерий и формирования бактериальной биопленки. К другой группе факторов патогенности можно отнести биологически активные биомолекулы, проявляющие токсичность возбудителя, обуславливающие синдром заболевания с выраженной клинической картиной, вплоть до летального эффекта (Бондаренко В.М., Вертиев Ю.В., 2008).
Известны немногочисленные публикации, свидетельствующие о влиянии антисептиков на ранние этапы инфекционного процесса в ране, об антимикробном эффекте на популяционном уровне и о чувствительности раневой микробиоты к ним. Особенно перспективны биодеградируемые антисептики и антисептические средства (Афиногенов Г.Е., Елинов Н.П., 1987; Афиногенов Г.Е., Панарин Е.Ф., 1993; Russel A.D., 2002; Schwazkopf A., 2003; Kramer A., 2008). В последние годы наиболее эффективными и перспективными считаются антисептики и лекарственные средства на основе полимерных полигексаметиленгуанидинов (Кузнецов Н.А. и др., 2009). Хронические гнойно-воспалительные инфекции, ассоциированные с формированием, так называемых медицинских биопленок, становятся все более распространенными, в том числе, из-за широкого применения имплантатов (катетеров, различных протезов, шовного материала и пр.), в связи с чем разработка препаратов, подавляющих формирование бактериальных биопленок или дезорганизующих уже образованные биопленки, является весьма актуальной проблемой.
Цель исследования – разработка критериев отбора антисептиков для лечения ран на разных стадиях раневого процесса и создание изделий медицинского назначения, предупреждающих формирование микробных биопленок.
Задачи исследования:
-
Изучить влияние естественных нейтрализаторов на антимикробную активность антисептиков.
-
Оценить антифаговую активность антисептиков из различных химических групп, изучить их возможность блокировать передачу плазмид лекарственной устойчивости в процессе трансдукции у стафилококков.
-
Выявить влияние полимерных бигуанидинов и бисфосфонатов на устойчивость грамотрицательных бактерий к карбапенемам и цефалоспоринам.
-
Показать антимикробный и антитоксический эффект высокомолекулярного поливинилпирролидона в эксперименте для профилактики послеоперационного остеомиелита с помощью оригинальной композиции на его основе.
-
Разработать способы придания с помощью нанокластеров серебра антимикробной активности изделиям медицинского назначения – протезу для герниопластики, биоситаллу, костному цементу, стоматологическим материалам, а также аппликационным сорбентам и дать микробиологическую характеристику их эффективности.
-
Дать микробиологическую характеристику новой антимикробной композиции на основе природных полимеров (гидролизата коллагена, альгината натрия) и антисептиков и разработать способ лечения воспалительных заболеваний слизистой оболочки полости рта, ассоциированных с использованием зубных протезов.
-
Оценить перспективность применения природных антисептиков в эксперименте.
Научная новизна
Впервые методом «двойных дисков с ЭДТА» выявлена перспективность в качестве эффективных ингибиторов металло-бета-лактамазы (МБЛ) комплексонов, разрешенных для использования в клинической практике (Ксидифон, Бонефос, Унитиол), и антисептика из группы полигексаметиленгуанидинов «ПРОНТОСАН». Обнаружена неизвестная ранее функция этих препаратов, традиционно используемых в терапии болезней костной ткани, которая открывает новые возможности в борьбе с устойчивыми к антибиотикам бактериями. При этом установлен терапевтический эффект сочетанного применения суббактерицидных концентраций антисептика и комплексонов (бисфосфонатов), которые воздействуют на разные механизмы антибиотикорезистентности Pseudomonas aeruginosa и Acinetobacter baumannii (ингибируют МБЛ и бета-лактамазу), что определяет перспективу совместного использования этих препаратов для повышения чувствительности клеток возбудителей к антибиотикам группы карбапенемов и цефалоспоринов.
Впервые получены данные о перспективности использования природных антисептиков для предупреждения формирования микробных биопленок и для применения их в фазе регенерации и эпителизации раневой поверхности.
Стандартными микробиологическими методами, а также количественным чашечно-суспензионным методом показано, что чувствительность клинических изолятов к антисептикам гораздо выше, чем к антибиотикам, применяемым местно (аминогликозидам, левомицитину и полимексинам), и находится примерно на одном уровне по сравнению с чувствительностью в антибиотикам общего действия. Чашечно-суспензионный метод бактериологического анализа позволяет получать достоверные результаты оценки антимикробной активности различных препаратов при коротких экспозициях от нескольких секунд до 24 часов в присутствии естественных нейтрализаторов.
Разработанные способы придания антисептических свойств изделиям медицинского назначения – протезу для герниопластики, биоситаллу, костному цементу, стоматологическим материалам для изготовления зубных протезов – с помощью антисептиков, антибиотиков и полимеров предупреждают формирование микробных биопленок на поверхности изделия и в ране, что позволяет значительно сократить число инфекционных осложнений и сроки лечения пациентов в травматологии, хирургии, стоматологии.
Теоретическая значимость
Научно обоснована и разработана новая концепция предупреждения формирования микробных биопленок в ранах и на изделиях медицинского назначения при использовании бактерицидных и суббактерицидных концентраций антисептиков, в том числе в антисептических средствах.
Предложены теоретические основы и разработаны методы придания пролонгированной антимикробной активности с помощью антисептиков, антибиотиков и полимеров изделиям медицинского назначения (имплантатам, раневым покрытиям), аппликационным сорбентам, а также окружающим рану тканям с целью профилактики и лечения раневых инфекций.
Практическая значимость
Установлено, что использование метода серийных разведений позволяет одновременно определять собственную противомикробную активность препаратов и их различных сочетаний, а также их способность ингибировать металло-бета-лактамазы клинических штаммов резистентных грамотрицательных бактерий. Показано, что сочетанное применение суббактерицидных доз антисептика «ПРОНТОСАН» и комплексонов (Бонефоса, Ксидифона) усиливает действие антибиотиков меропенема и цефтазидима в отношении резистентных штаммов Pseudomonas aeruginosa и Acinetobacter baumannii в 16-1024 раза.
Результаты, полученные на примере препарата «ПРОНТОСАН» с содержанием бигуанидина 0,1%, подтверждают предположение о важности подавления с помощью полимерных антисептиков адгезивной активности бактерий, инициирующей колонизацию и формирование бактериальной биопленки возбудителями, а также возможное воздействие антисептика на ферменты патогенности (металло-протеазы условно-патогенных бактерий, нейраминидазу стрептококка, коллагеназу клостридий и др.).
Созданная антимикробная композиция на основе высокомолекулярного ПВП, антибиотика амикацина и антисептика диоксидина обладает пролонгированным действием, высокой антимикробной и антитоксической активностью, способностью локализовать инфекционный очаг и придавать антимикробные свойства окружающим тканям.
Разработанные и внедренные в практику новые изделия медицинского назначения – протез сетчатый антисептический для герниопластики и клей хирургический антисептический «АРГАКОЛ», а также предложенные новые методы придания и пролонгации антимикробных свойств различных медицинских имплантатов и аппликационных сорбентов позволяют предотвращать формирование микробных биопленок на поверхности изделий и в ранах, способствуют снижению числа инфекционных осложнений при хирургическом вмешательстве, ускоряют процесс заживления и предупреждают осложнения открытых ран и слизистых оболочек, перспективны для профилактики и лечения раневых инфекций.
Разработано антимикробное средство на основе водных и водно-спиртовых экстрактов из бересты березы, проведена оценка антиадгезивной активности зубных паст на основе природных антисептиков при коротких экспозициях на модели культуры клеток фибробластов кожи эмбриона человека и дана микробиологическая характеристика нового антисептика Галенофиллипт. Полученные результаты исследований показали, что природные антисептики, даже при больших разведениях, обладают высокой антимикробной и антиадгезивной активностью и низкой токсичностью, что обеспечивает перспективность их применение в фазе регенерации и эпителизации ран.
Внедрение результатов исследования
На основании проведенных исследований оформлено 8 патентов на изобретения:
1. Пат. 2284824 RU, А61Р 31/00. Клей хирургический антисептический «АРГАКОЛ» / Афиногенов Г.Е, Афиногенова А.Г. (RU). Заявка № 2005107523. Приоритет изобретения 18.03.2005. Зарегистрирован в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 10.10.2006. Патентообладатель ООО «Сирена».
2. Пат. 2292224 RU, А61К 33/38. Способ изготовления сетчатого протеза с антимикробными свойствами для герниопластики / Басин Б.Я., Афиногенов Г.Е., Пострелов Н.А., Афиногенова А.Г., Кольцов А.И. (RU). Заявка № 2005121826. Приоритет изобретения 11.07.2005. Зарегистрирован в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 27.01.2007. Патентообладатель коллектив авторов.
3. Пат. 2298036 RU, C12N 5/00. Способ оценки уровня сорбционной активности сорбента / Афиногенов Г.Е, Тихилов Р.М., Афиногенова А.Г. (RU). Заявка № 2004132319. Приоритет изобретения 04.11.2004. Зарегистрирован в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 27.04.2007. Патентообладатель ФГУ «РНИИТО им. Р.Р. Вредена Росздрава».
4. Пат. 2314821 RU, A61P 31/00. Антимикробное средство / Никуленкова Т.Ф., Афиногенова А.Г. (RU). Заявка № 2007102244. Приоритет изобретения 23.01.2007. Зарегистрирован в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 20.01.2008. Патентообладатель коллектив авторов.
5. Пат. 2324499 RU, A61L 2/03. Способ профилактики развития гнойных процессов в области послеоперационных костных дефектов / Афиногенов Г.Е., Жирнов В.А., Тараненко М.Ю., Афиногенова А.Г. (RU). Заявка № 2006124960. Приоритет изобретения 11.07.2006. Зарегистрирован в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 20.05.2008. Патентообладатель ФГУ «РНИИТО им. Р.Р. Вредена Росздрава».
6. Пат. 2343925 RU, А61М 37/00. Способ профилактики послеоперационного остеомиелита / Афиногенов Г.Е., Тихилов Р.М., Афиногенова А.Г., Мироненко А.Н., Богданова Т.Я., Краснова М.В., Козлов И.В., Анисимова Л.О. (RU). Заявка № 2006144370. Приоритет изобретения 12.12.2006. Зарегистрирован в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 20.01.2009. Патентообладатель ФГУ «РНИИТО им. Р.Р. Вредена Росмедтехнологий».
7. Пат. 2354389 RU, А61Р 1/02. Способ лечения воспалительных заболеваний слизистой оболочки полости рта протетической этиологии / Сапронова О.Н., Кусевицкий Л.Я., Афиногенов Г.Е., Трезубов В.Н., Афиногенова А.Г., Колесов О.Ю., Айвазов Т.Г., Капустин С.Ю. (RU). Заявка № 2007146755. Приоритет изобретения 11.12.2007. Зарегистрирован в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 10.05.2009. Патентообладатель коллектив авторов.
8. Пат. 2414882 RU, А61К 6/02. Антибактериальный материал для базисов съемных зубных протезов / Семенов С.С., Афиногенов Г.Е., Афиногенова А.Г., Трезубов В.Н., Сапронова О.Н. (RU). Заявка № 2010102999. Приоритет изобретения 01.02.2010. Зарегистрирован в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 27.03.2011. Патентообладатель коллектив авторов.
Получены регистрационные удостоверения на разработанные изделия медицинского назначения:
1. «Композиция пленкообразующая биодеградирующая антисептическая для лечения ожогов II-IIIа степени, трофических язв, пролежней «АРГАКОЛ». Регистрационное удостоверение МЗ РФ № ФС 012б2005/1878-05 от 05.07.05, продление – регистрационное удостоверение № ФСР 2010/08285 от 09.07.2010 г.
2. «Протез сетчатый для герниопластики антисептический». Регистрационное удостоверение № ФСР 2007/01388 от 10.12.2007 г.
Результаты проведенных исследований послужили основой лекционного курса и практических занятий, которые внедрены в учебный процесс и лечебную практику СПб ГМА им. И.И. Мечникова: кафедры травматологии, ортопедии и ВПХ с курсом стоматологии (акт о внедрении от 08.06.2011); кафедры хирургических болезней с курсом детской хирургии (акт о внедрении от 08.06.2011); ФГУ «Российский НИИ травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена» (акт о внедрении от 08.06.2011); СПб ГМУ им. акад. И.П. Павлова: кафедры микробиологии, вирусологии и иммунологии (акт о внедрении от 10.06.2011); кафедры ортопедической стоматологии и материаловедения с курсом ортодонтии (акт о внедрении от 09.06.2011); кафедры травматологии и ортопедии (акт о внедрении от 10.06.2011); ГОУ ДПО СПб МАПО Росздрава (акт о внедрении от 10.06.2011).
Разработанные изделия медицинского назначения внедрены в практическую работу лечебно-профилактических организаций – ГУ СПб НИИ скорой помощи им. И.И. Джанелидзе (акт о внедрении от 10.06.2011); СПб ГМА им. И.И. Мечникова; ФГУ «РНИИТО им. Р.Р. Вредена».
Основные положения, выносимые на защиту
-
Полимерные антисептики из группы полигексаметиленгуанидинов предупреждают формирование микробных биопленок, проявляют антитоксический эффект. Эти антисептики, в том числе в сочетании с комплексонами из группы бисфосфонатов и Унитиолом, ингибируют металло-бета-лактамазу и бета-лактамазу полирезистентных грамотрицательных бактерий, при этом усиливают действие карбапенемов и цефалоспоринов.
-
Композиция на основе высокомолекулярного поливинилпирролидона, амикацина и диоксидина обладает пролонгированным эффектом, антитоксическими свойствами, способностью локализовать инфекционный очаг и придавать антимикробную активность окружающим рану тканям.
-
Нанокластеры серебра придают пролонгированную антимикробную активность протезу-сетке для герниопластики, биоситаллу, костному цементу, стоматологическим материалам для изготовления зубных протезов.
-
Выбор антисептика для применения в клинике должен быть связан со стадией раневого процесса. В период экссудации и инфильтрации необходимо применять антисептики, которые не теряют своей активности в присутствии естественных нейтрализаторов; в фазе регенерации и эпителизации – антисептики с наименьшей токсичностью.
Апробация работы
Диссертация апробирована на заседании Ученого совета ФГУ «РНИИТО им. Р.Р. Вредена» 19 октября 2010 г., протокол №8.
Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на 30 различных конгрессах и конференциях, в том числе на Международном конгрессе Европейского общества клинической микробиологии и инфекционных заболеваний (ESCMID, 2000, 2008); Всероссийской научно-практической конференции «Медицинская микробиология – XXI век», Саратов, 2004; 1-й Европейской конференции по биопленкам «Предотвращение микробной адгезии», Оснабрюк, Германия, 2004; Международных конгрессах МАКМАХ/ESCMID «Антимикробная терапия», Москва, 2005, 2008, 2009, 2010; Итоговом заседании отделения Всероссийского научно-практического общества эпидемиологов, микробиологов и паразитологов в Санкт-Петербурге и Ленинградской области, НИИ микробиологии им. Пастера, 2010.
Публикации
По материалам диссертации опубликована 81 печатная работа, в том числе: в изданиях, рекомендованных ВАК Российской Федерации – 15 статей, в периодических изданиях – 2 статьи, в сборниках научных трудов и в материалах конференций – 54, в 2 главах в книгах, в патентах на изобретения РФ – 6, монография – 1.
Объем и структура диссертации
Диссертация изложена на русском языке и состоит из введения, 9 глав, заключения, выводов, списка литературы. Общий объем диссертации 325 страниц. Работа иллюстрирована 58 таблицами и 82 рисунками. Список литературы включает 276 работ, в том числе 111 – отечественных и 165 – иностранных авторов.
![Использование липосомальных форм антимикробных препаратов для лечения раневой инфекции в эксперименте [Электронный ресурс]](/i/i/4326/211478.png "Использование липосомальных форм антимикробных препаратов для лечения раневой инфекции в эксперименте [Электронный ресурс] Снатенков Евгений Александрович")
