Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы: 15
1.1 Современное состояние вопроса ведения послеоперационных швов 15
1.2 Современные средства обработки ран 16
1.3 Современные методы лечения 17
1.4 Факторы риска развития раневой инфекции 19
1.5 Антибиотики как препараты запаса при раневой инфекции 21
1.6 Новые материалы в медицине и проблематика внедрения новых методов ведения раневого процесса 24
1.6.1 Канцерогенность нано материалов, использование безопасных наноматериалов 27
1.7 Актуальность создания нового бактерицидного материала 28
1.8 Нанотехнологии и их применение в медицине 30
1.8.1 Наномедицина, применение фуллеренов 36
1.8.2 Эффект Ван- Дер- Ваальса или неспецифическая адгезия 37
1.8.3 Применение Галоизита как нано контейнера 39
Глава 2. Материалы и методы исследования 41
2.1 Метод создания модели экспериментов 41
2.1.1 Материалы и методы синтеза вещества на основе трийодметана и алюмосиликатных нанотрубочек 41
2.1.3. Материалы и методы изучения адгезии наноразмерной бактерицидно композиции 45
2.1.4. Изучение течения раневого процесса с применением нанокомпозитного бактерицидного материала на основе трийодметана и алюмосиликатных нанотрубочек в экспериментах 52
2.1.4.1. Исследование влияния наноразмерной бактерицидной композиции на раневой процесс у животных в эксперименте 52
2.1.4.2. Исследование влияния наноразмерной бактерицидной композиции на раневой процесс у животных в условиях ветеринарной клиники 55
2.2. Материалы и методы исследования влияния наноразмерной бактерицидной композиции в клинике . 57
2.2.1 Критерии включения и невключения в исследование 61
2.2.2 Способ применения наноразмерной бактерицидной композиции 61
2.3. Статистическая обработка данных 62
Глава 3. Результаты проведенных доклинических исследований 64
3.1 Результаты использования химического процесса гетероэпитаксии для получения наноразмерной бактерицидной композиции 64
3.2. Результаты - определения спектра подавления роста микроорганизмов наноразмерной бактерицидной композиции эксперимента in vitro. 67
3.3. Результаты исследования механических свойств наноразмерного композита - адгезия препарата к поверхности 69
3.4. Результаты изучения наноразмерной бактерицидной композиции на течение раневого процесса у животных в условиях вивария (в эксперименте). 72
3.5 Результаты изучения влияния наноразмерной бактерицидной композиции на раневой процесс у животных в условиях ветеринарной клиники 78
Глава 4. Результаты исследования наноразмерной бактерицидной композиции в клинике 81
Заключение 94
Выводы 104
Практические рекомендации 106
Список принятых сокращений 107
Список литературы 108
Приложение №1 125
- Нанотехнологии и их применение в медицине
- Материалы и методы исследования влияния наноразмерной бактерицидной композиции в клинике
- Результаты изучения наноразмерной бактерицидной композиции на течение раневого процесса у животных в условиях вивария (в эксперименте).
- Результаты исследования наноразмерной бактерицидной композиции в клинике
Нанотехнологии и их применение в медицине
Нанотехнологии - это научное и промышленное направление, которое занимается любыми объектами размером от 1 до 100 нанометров. Суть нанотехнологий - это атомно-молекулярное конструирование, т.е. создание материалов с необходимыми параметрами. В ключе данной работы остановимся на разделе нанотехнологий - наномедицина.
Наномедицина - это медицинское применение нанотехнологий. В наномедицине можно выделить шесть основных направлений: -создание точных медицинских наноустройств;
- разработка систем адресной доставки лекарственных средств;
- разработка систем для диагностики in vivo или in vitro; - новые методы терапии;
- новые биоматериалы;
- создание наноразмерных лекарственных веществ, в том числе и создание принципиально новых лекарств для конкретного патологического очага. [34], [36]
Нанотехнология - это совокупность методов производства продуктов с заданной атомарной структурой путем манипулирования атомами и молекулами. Благодаря современным возможностям по обработке материалов под контролем электронно вычислительной техники (промышленных компьютеров) движение науки в области нанотехнологий получило новую волну поддержки и на сегодняшний день является одним из самых передовых направлений в науке, потому как имеет огромный потенциал: меняя положение атомов в веществе, возможно менять его свойства. [37], [38]
Например, если поместить внутрь фуллерена атом вещества - этот процесс называется "интеркаляция" или внедрение, - то это изменит его электрические свойства, и можно изолятор превратить в сверхпроводник.
Первыми упоминаниями о нанотехнологиях в литературе можно считать работы греческого философа Демокрита 2400 лет назад. В своей атомистической концепции Вселенной он обратил внимание на то, что мир состоит из множества “кирпичиков” химических элементов и их соединений, различающихся между собой особыми свойствами. Он впервые использовал слово “атом” для описания самой малой частицы вещества. [39] Первое современное упоминание нанотехнологий встречается в работе Швейцарского физика Альберта Эйнштейна, опубликованной в 1905, в которой он доказал, что размер молекулы сахара составляет примерно 1 нанометр. Первым исследовательским шагом в области нанотехнологий является работа немецких физиков Макса Кнолла и Эрнст Руска, создавших в 1931 электронный микроскоп, что впервые позволило исследовать нанообъекты. [20]
В 1959 Американский физик Ричард Фейнман впервые опубликовал работу, где оценивались перспективы миниатюризации. Основные положения нанотехнологий были намечены в его легендарной лекции “Там внизу - много места” (“There s Plenty of Room at the Bottom”), произнесенной им в Калифорнийском Технологическом Институте. Фейнман научно доказал, что с точки зрения фундаментальных законов физики нет никаких препятствий к тому, чтобы создавать вещи прямо из атомов. Тогда его слова не были признаны представляющими научную ценность, т.к. еще не существовало технологии, позволяющей оперировать отдельными атомами (осуществляя их опознавание и перемещение). [38]
В 1964 году удалось реализовать задачу, поставленную Фейнманом и записать страницу из книги на булавочной головке.
1968 Альфред Чо и Джон Артур разработали теоретические основы нанообработки поверхностей.
В 1974г. Норио Танигучи ввел в научный оборот слово " нанотехника”, предложив называть так механизмы размером менее 1 микрона (единица измерения равна величине менее 10 -6 метра) В 1981г. Герд Бинниг и Генрих Рорер создали сканирующий туннельный микроскоп (СТМ).
В 1985 году Роберт Керл, Хэрольд Крото и Ричард Смолли создали технологию, позволяющую точно измерять предметы диаметром в один нанометр. [37]
В 1986 году создан атомносиловой микроскоп, позволяющий, в отличие от туннельного микроскопа, осуществлять взаимодействие с любыми материалами, а не только с проводящими.
В 1986 году нанотехнология стала известна широкой публике. Американский футуролог Эрик Дрекслер опубликовал книгу, в которой предсказал, что нанотехнология в скором времени начнет активно развиваться. В 1989 году впервые стала доступна технология по перемещению атомов на поверхности вещества. Дональд Эйглер, сотрудник компании IBM, выложил название своей фирмы атомами ксенона.
В 2000 году Администрация США объявила Национальную нанотехнологическую инициативу” (National Nanotechnology Initiative). В 2004 году Администрация США поддержала “Национальную наномедицинскую инициативу” как часть National Nanotechnology Initiative. Работы, посвящённые нанотехнологиям, имеют возраст более века, однако возможность углубиться в данное научное направление появилась сравнительно недавно, одновременно с повсеместным использованием мощных компьютеров. Новый приток интереса связан с ростом мощности и возможностей компьютеров.
Так, еще в 1971 году процессор компьютера насчитывал 2.250 транзисторов. В 2000 году количество транзисторов в процессоре возросло до 42.000.000. К 2012 году количество транзисторов в процессоре уже превысило 2.270.000.000, что естественно выражается в новых возможностях при использовании в разных отраслях, в возможности постановки более сложных задач, в том числе, при изготовлении и обработке материалов, обработке массивов получаемых данных, быстром обмене информацией между исследовательскими институтами (группами ученых). [37], [38]
Стремительное развитие нанотехнологий вызвано еще и потребностями общества в быстрой переработке огромных массивов информации. Современные кремниевые чипы могут при всевозможных технических ухищрениях уменьшаться ещё примерно до 2012 года. Но при ширине дорожки в 40-50 нанометров возрастут квантовомеханические помехи: электроны начнут пробивать переходы в транзисторах за счет туннельного эффекта, что равнозначно короткому замыканию. Выходом могли бы послужить наночипы, в которых вместо кремния используются различные углеродные соединения размером в несколько нанометров. [37]
Материалы и методы исследования влияния наноразмерной бактерицидной композиции в клинике
По решению комитета по этике, данная наноразмерная бактерицидная композиция была разрешена для клинической апробации у детей. Клинические исследования проводились в клинике "Челюстно-лицевой хирургии, стоматологическое детское". Руководитель клинического центра профессор, доктор медицинских наук, врач высшей категории по хирургической стоматологии и челюстно-лицевой хирургии Дробышев А.Ю., главный врач кандидат медицинских наук, Чаусская И. Ю., зав. отделением кандидат медицинских наук Яковлев С.В.
В клинике детской челюстно-лицевой хирургии проводили плановые и экстренные операции в которые можно условно разделить на чистые, условно чистые и инфицированные. К чистым относятся оперативные вмешательства которые проводили на стерильном операционном поле и не сообщающегося с полость рта. Условно чистая раневая поверхность сообщается с полостью рта и частично подходит к раневой поверхности. Это операции удаления уздечки слизистой губы и языка, удаление ретинированных и дистопированных зубов. Костная пластика расщелины альвеолярного отростка, ортогнатические операции, пародонтологические операции, удаление новообразований (кисты челюстей, ретенционные кисты и др.) И инфицированные раны как травмы с загрязнением элементами окружающей среды (земля, песок и др.)
На госпитализации в отделении ЧЛХ (стоматологическом, детском) КЦЧЛРВиПХ Клиники МГМСУ им. А.И. Евдокимова в 2016г. состояло 50 детей и подростков, входивших в область исследования. Все они были условно разделены на 2 группы:
в первую входили пациенты, которым интраоперационно и в раннем послеоперационном периоде проводилась аппликация нанотрубочек с трийодметаном (ГОСТ 4232-74) на слизистую оболочку по линии швов;
вторая группа - контрольная - пациенты, лечение и реабилитация которых проводились по стандартным схемам, согласно протоколам лечения.
В первой группе преобладающее количество было девочек - 17 из 25 (68%). Распределение по проводимым операциям было следующее (рис. 2.5):
- пластика уздечки верхней и нижней губы - 3 человека (12%),
- пластика нижнего свода преддверия полости рта - 2 человека (8%),
- удаление ретинированных и дистопированных третьих моляров - 3 человека (12%),
-удаление сверхкомплектных зубов - 3 человека (12%),
- цистэктомия по поводу кератокист нижней челюсти - 3 человека (12%),
- снятие минипластин после ортогнатических операций - 3 человека (12%),
- остеотомия верхней челюсти по нижнему типу и срединному нёбному шву с фиксацией и активацией нёбного дистракционного аппарата - 1 (4%),
- костная пластика альвеолярного отростка верхней и нижней челюстей аутотрансплантантами из гребня подвздошной кости - 5 человек (20%) -удаление доброкачественных мягкотканных новообразований с одномоментной пластикой дефекта местными тканями - 2 человека (8%).
Распределение по возрасту в данной группе представлено в таблице (таб. 2.4.2).
Во второй группе также преобладающее количество было девочек – 15 из 25 (60%). Распределение по проводимым операциям было следующее (рис 2.2.2):
- пластика уздечки верхней губы – 2 человека (8%),
- пластика нижнего свода преддверия полости рта – 1 человека (4%),
-удаление ретинированных и дистопированных третьих моляров – 2 человека (8%),
- удаление сверхкомплектных зубов – 3 человека (12%),
- цистэктомия по поводу кератокист нижней челюсти – 2 человек (8%),
- снятие минипластин после ортогнатических операций – 5 человека (20%)
- костная пластика альвеолярного отростка верхней и нижней челюстей аутотрансплантантами из гребня подвздошной кости – 5 человек (20%)
- удаление доброкачественных мягкотканных новообразований с одномоментной пластикой дефекта местными тканями – 5 человека (20%).
Распределение по возрасту в данной группе представлено в таблице (таб. 2.4.4).
Результаты изучения наноразмерной бактерицидной композиции на течение раневого процесса у животных в условиях вивария (в эксперименте).
Проводилась оценка влияния наноразмерного трийодметана на процессы заживления ран мышей, сравнение со стандартным кристаллическим антисептиком трийодметаном (йодоформом). Оценивалось влияние нового вещества на динамику заживления раневого процесса.
Все животные были условно разделены на 6 групп. Каждая включала в себя по 5 животных. В I, II и III группе проводилось исследование относительно чистой раны; в группах IV, V, VI изучались процессы заживления инфицированной раны. Распределение по группам было следующим:
I -контроль, чистая рана
II -чистая рана +наноразмерная бактерицидная композиция
III -чистая рана +кристаллический трийодметан
IV -контроль, инфицированная рана
V -инфицированная рана + наноразмерная бактерицидная композиция
VI - инфицированная рана + кристаллический трийодметан
Как видно при систематизации полученных данных, особого значения на процессы заживления в условиях относительно чистой раны новая бактерицидная наноразмерная композиция не имела, однако процесс формирования струпа шел чуть более стремительнее. Стоит отметить, что при обработке раны бактерицидной наноразмерной композицией образовавшийся струп был абсолютно прозрачный и очень плотный (грубый).
Результаты исследования инфицированной раны показали, что меняются сроки заживления в сторону уменьшения, до момента формирования струпа заживление раны отмечалось как более стремительное.
Чистая рана: В контрольной группе (I) эпителизация ран под струпом происходила на 3-й день, на 5-й наступала полная эпителизация раны с отпадением и частичным восстановлением шерсти к 13 дню. В опытных группах с препаратами (II, III) эти сроки характеризовались вариабельностью, но существенно не отличались от контрольной группы. Характерно, что образовавшиеся струпы на ранах, обрабатываемых наноразмерная бактерицидная композиция, отличались от других групп. Они имели прозрачный вид, отличались значительной толщиной и грубостью. В группе III произошла гибель двух животных, что возможно связано с токсическим действием крупно кристаллического трийодметана на организм.
Рана инфицированная: Характер заживления в группах (IV, V, VI) свидетельствует о влиянии инфицирования на скорость заживления. Регулярное использование эмульсии (V), приготовленной из наноразмерного йодоформа, способствует сокращению сроков заживления по сравнению с контрольной группой (IV). В контрольной группе полное заживление раны наступило на 20 сутки, при использовании наноразмерного йодоформа в группе (V) заживление раны с отпадением струпа и полное заживление дермального слоя кожи наступило на 18 сутки. В данной группе отмечалось более стремительное формирование струпа на ранних этапах, что свидетельствовало о положительном влиянии препарата на рану.
В группе (VI) заживление раны с отпадением струпа и полная эпителизация дермального слоя наступили на 19 сутки, что также свидетельствует о положительном влиянии препарата на ход заживления. В ранние сроки формирование струпа не отличалось от контроля (IV).
Полученные результаты свидетельствуют о том, что использование суспензии наноразмерной бактерицидной композиции способствовало подавлению роста микроорганизмов в ране, что ускоряло эпителизацию экспериментальных кожных ран, по сравнению с контрольной инфицированной раной, в которой не проводились медикаментозные обработки. Таким образом можно сделать вывод, что препарат в наноразмерной лекарственной форме может быть использован в качестве эффективного средства для лечения и профилактики инфекционного раневого процесса.
Как видно при систематизации полученных данных, особого значения на процессы заживления в условиях относительно чистой раны новая бактерицидная наноразмерная композиция не имела, однако сроки образования струпа были короче. Стоит отметить, что при обработке раны бактерицидной наноразмерной композицией образовавшийся струп был абсолютно прозрачный и очень плотный (грубый).
Результаты эксперимента с белой мышью показали, что нахождение наноразмерной бактерицидной композиции в инфицированной ране благоприятно действует на процесс формирования струпа. Однако разработанная модель эксперимента не позволила в полной мере оценить возможности нового препарата. Наноразмерная бактерицидная композиция при попадании на раневую поверхность, смешиваясь с раневым содержимом (на ранних этапах, до 6 суток), полностью визуально исчезала. Этот визуальный эффект связан с размером частиц вещества, так как имея размеры от 60 нм до 100 нм вещество возможно наблюдать только в при большой концентрации (более З г на 1мл) в водной среде. Ввиду данной особенности наносимого материала на рану в ходе эксперимента не удалось установить, насколько быстро наноразмерная бактерицидная композиция покидает приделы раневой поверхности.
Таким образом, в экспериментальных группах, где использовалась новая бактерицидная композиция (I – III), на первом этапе отмечалось более стремительное формирование струпа и закрытие раневой поверхности. Однако на втором этапе образовавшийся более грубый струп при использовании новой бактерицидной композиции снижал скорость сближения краёв раневой поверхности. Данный факт безусловно повлиял на окончательный результат, и полученное преимущество в размерах раневой поверхности на первом этапе практически полностью нивелировалось на втором этапе. Но данное обстоятельство не было учтено как негативное в результатах эксперимента.
Результаты исследования наноразмерной бактерицидной композиции в клинике
Для изучения влияния «наноразмерной бактерицидной композиции» мы выбрали вторую группу пациентов с условно чистыми ранами, оперативное вмешательство которое проводилось в полости рта у пациентов находившихся на стационарном лечении.
Результаты проведённого исследования оценивались по следующим критериям:
1) длительность наличия следов препарата после нанесения,
2) состояние раневой поверхности на следующий день после операции,
3) состояние раневой поверхности через 1, 3 и 7 дней после аппликации предлагаемого изделия,
4) сроки эпителизации.
Проводилось сравнение группы исследования с контрольной группой. Были выявлены следующие особенности.
1. При осмотре следы препарата визуально определялись через сутки после его нанесения.
2. Состояние раневой поверхности на следующий день после операции после нанесения наноконтейнеров содержащих трийодметан (НБК) отличалось от состояния слизистой оболочки после операции без последующей аппликации лекарственных средств:
- после нанесения препарата в 100% случаев (у всех 25 пациентов) отсутствовал фибриновый налёт,
- гиперемия и отёк в 100% случаев были менее выражены,
- субъективно у 14 пациентов (56%) после нанесения нанотрубочек с трийодметаном (НБК) отсутствовали жалобы на боли в послеоперационной области, а без проведения аппликаций умеренные болевые ощущения отмечались у 16 пациентов (64%).
3. На третий день после операции при осмотре в обеих группах пациентов отмечалось начало эпителизации, которая в обеих группах, у всех 50 пациентов происходила первичным натяжением. У 1 пациента из контрольной группы после цистэктомии по поводу кератокисты нижней челюсти справа на 3 сутки после операции отмечалось частичное расхождение швов в пределах 4мм, в данном участке эпителизация проходила вторичным натяжением в течение 14 суток.
4. На 7 сутки после операции в первой группе полная эпителизация произошла у 15 пациентов (60%), во второй - также у 15 пациентов (60%). Ни у одного из 50 пациентов не отмечалось осложнений в виде воспаления. У всех 10 пациентов после костной пластики (из обеих групп) сохранялся умеренный послеоперационный отёк, без визуально различимых различий.
5. У пациентов младшей возрастной группы (3-6 лет) не отмечалось ни общесоматической, ни местной непереносимости препарата, что оценивалось по динамике результатов клинического анализа крови на вторые и 7 сутки после операции, а также оценке состояния слизистых оболочек послеоперационной области также на 2 и 7 сутки после операции. При сравнении с контрольной группой показатели были без выраженных отличии
Клинический пример № 1.
Пациентка И. 17 лет (история болезни № 620) с диагнозом: «Дефект (выраженная атрофия) альвеолярного отростка верхней челюсти в пределах 1.1-1.8 зубов» (рис. 4.1.1а-б). Из анамнеза. Заболевание врожденное. В 2015г. был составлен комплексный поэтапный план лечения. В апреле 2015 года проведена операция – Удаление ретинированных и дистопированных зубов 1.1, .1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 3.8, 4.8 (рис. 4.1.1в-г). В апреле 2016 года проведена операция - Костная пластика верхней челюсти справа аутотрансплантантом из гребня подвздошной кости (рис. 4.1.1д). Послеоперационная рана была ушита узловыми швами, проведена аппликация НБК по линиям швов (рис. 4.1.1е). В послеоперационном периоде – без особенностей, заживление первичным натяжением, без признаков инфицирования на раннем и позднем послеоперационном этапах (рис. 4.1.1ж). Динамическое наблюдение – в декабре 2016г: перестройка костного аутотрансплантанта полная, уровень резорбции костной ткани около 30% (соответствует норме) (рис. 4.1.1з-и). В дальнейшем планируется продолжение хирургического лечения.
Клинический пример № 2
Пациент Ч. 16 лет (история болезни № 616д) с диагнозом: «Синдром Гольтца. Верхняя и нижняя микро-ретрогнатия. Сужение верхнего зубного ряда». Из анамнеза: Заболевание врождённое. Проводилось ортодонтическое лечение по месту жительства. В 2016г. был составлен план комплексного поэтапного лечения (рис. 4.1.2 а,б).
В декабре 2016г. проведён первый этап хирургического лечения: остеотомия верхней челюсти по нижнему типу и срединному нёбному шву с фиксацией и активацией нёбного дистракционного аппарата. Послеоперационная рана была ушита узловыми швами (рис. 4.1.2 в), проведена аппликация наноконтейнеры с трийодметаном (рис. 4.1.2 г). В послеоперационной области в первые сутки после операции болевые ощущения не отмечал. На следующий день после операции (рис. 4.1.2 д) определялись следы йодида калия по линии швов, умеренный отёк, без гиперемии и признаков воспаления. Проводились ежедневные перевязки по стандартной схеме в течение 2-х дней. На 3-й день после операции по линии швов определялось большое количество фибринового налёта, сохранялся отёк слизистых оболочек. Повторно проведена аппликация НБК. На 4-й день после операции определялось уменьшение послеоперационного отёка, по линиям швов количество фибринового налёта стала меньше (рис. 4.1.2 е).
Клинический пример № 3
Пациентка Ш., 15 лет (история болезни № 609д) с диагнозом: «Низкое прикрепление уздечки нижней губы».
Из анамнеза: заболевание врождённое, ранее проводилось хирургическое лечение по поводу лимфангиомы нижней губы.
В ноябре 2016г. проведена пластика уздечки нижней губы. На 5-е сутки после операции отмечалось расхождение швов, появление грануляций, гнойное отделяемое из полости раны (рис. 4.1.3а). Проведена аппликация наноконтейнеры с йодоформом (НБК) (рис. 4.1.3 б). На следующий день после первой аппликации отмечалась положительная динамика: отсутствие отделяемого, полость раны была чистой, покрыта фибриновым налётом. Аппликация была повторена 4 раза (с интервалом 1-2 дня в течение недели). Отмечалась эпителизация вторичным натяжением. На 12-е сутки после операции рана была эпителизирована на 2/3, признаков воспаления не отмечалось, края раны спокойные, чистые (рис. 4.1.3 в).