Новый биорезорбируемый антимикробный хирургический шовный материал: результаты экспериментального изучения, оценка возможностей применения в клинике

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ТВЕРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ»

Министерства здравоохранения Российской Федерации

На правах рукописи

Диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Новый биорезорбируемый антимикробный хирургический шовный материал: результаты экспериментального изучения, оценка возможностей применения в клинике

14.01.17 - Хирургия

Малышева Алла Викторовна

Научный руководитель:

доктор медицинских наук,

профессор Е.М. Мохов

Научный консультант:

доктор биологических наук,

профессор М.Б.Петрова

Тверь - 2015 год

ОГЛАВЛЕНИЕ

Список сокращений

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Биологически активные шовные материалы

1.2 Методы контроля заживления ран

1.3 Биодеструкция имплантируемых материалов

ГЛАВА 2. Материалы и методы исследования

2.1 Краткие сведения о составе и свойствах нового биологически активного шовного материала

2.2 Экспериментальные исследования «in vitro»

2.2.1 Изучение динамики прочности и разрывного удлинения новой нити в узле рана шовный антимикробный деструкция

2.2.2 Изучение состояния гигроскопичности (капиллярности) новой нити

2.3 Экспериментальные исследования «in vivo»

2.3.1 Условия проведения эксперимента

2.3.2 Методика формирования экспериментальных ран

2.3.3 Макроскопические исследования

2.3.4 Методика цитологических исследований

2.3.5 Методика морфологических (гистологических) исследований

2.3.6 Исследование исходного состояния антимикробной активности нового шовного материала и динамики последней в условиях имплантации

2.3.7 Изучение деформационно-прочностных свойств рубца на месте заживающей раны

2.3.8 Изучение скорости биодеструкции нового шовного материала при имплантации

ГЛАВА 3. Результаты эксперимента «in vitro»

3.1 Динамика прочности и удлинения нового шовного материала в узле при разрыве

3.2 Гироскопические свойства нового шовного материала

Глава 4. Результаты эксперимента «in vivo»

4.1 Репаративные процессы в области заживающей экспериментальной раны, по данным макроскопического, цитологического и гистологического исследований

4.2 Результаты изучения антимикробных свойств нового шовного материала

4.3 Деформационно-прочностные свойства рубца, формирующегося в области раны, зашитой новым шовным

4.4 Результаты изучения хода деструкции нового шовного материала в условиях имплантации в ткани живого организма

Заключение

Выводы

Практические рекомендации

Список литературы

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ИОХВ - инфекция области хирургического вмешательства

ПГН - полигликолидная нить

ПКАН - поликапроамидная нить

ВВЕДЕНИЕ

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ

Перспективным направлением современной хирургии является совершенствование способов соединения тканей, в частности, разработка предназначенных для этого шовных материалов [56,80,104].

Несмотря на создание и применение в настоящее время все новых и новых хирургических нитей, частота послеоперационных раневых (прежде всего гнойных) осложнений не имеет тенденции к сокращению, что ведет к большим экономическим и социальным потерям [134,136,160,240].

К одной из причин низкой эффективности традиционной общей антибактериальной профилактики инфекции области хирургического вмешательства (ИОХВ) относится невозможность создания в очаге повреждения или ране достаточных концентраций используемых препаратов [237], что объясняется местным расстройством кровообращения стянутых швом тканей, частичной их девитализацией, скоплением в зоне шва геморрагического экссудата, фибрина и т. д. [46,59,130,135,181,187]

Местное использование антибактериальных препаратов позволяет создавать в области операционной раны высокие концентрации лекарственных средств, способных затормозить развитие даже антибиотикорезистентных штаммов патогенных микроорганизмов [81,95,201,265], снизить неблагоприятное воздействие общей антибиотикотерапии на ослабленный организм пациентов пожилого и старческого возраста с заведомо сниженными регенеративными способностями [23,38,127,140,199].

Разновидностью местной антибактериальной терапии является использование в хирургии биологически активных (антимикробных) шовных материалов [159,174,202,238].

В настоящее время в хирургии применяются как нерассасывающиеся, так и биорезорбируемые (рассасывающиеся) шовные материалы [142,247]. Первые из них инкапсулируются и практически пожизненно сохраняются в тканях, причем иногда они могут стать источником хронического асептического воспаления, а в отдельных случаях - нагноительных процессов в области операции [57,143,167,175,190]. Основное положительное качество биорезорбируемых хирургических нитей состоит в том, что в процессе заживления тканей эти нити рассасываются, в результате чего не могут стать источником нагноения [142,160,168,190].

К сожалению, на сегодняшний день среди разрабатываемых отечественных антимикробных шовных материалов лишь единичные относятся к числу биодеградируемых, что свидетельствует об актуальности научных изысканий, направленных на создание таких материалов.

ЦЕЛЬ

Целью настоящего исследования является разработка нового биорезорбируемого хирургического шовного материала с антимикробной активностью.

ЗАДАЧИ

Достижение указанной цели обусловило постановку и решение следующих задач:

Изучить физико-механические свойства новых биорезорбируемых шовных нитей.

Выявить особенности заживления экспериментальных ран, зашитых с помощью нового шовного материала.

Изучить состояние исходной антимикробной активности новых хирургических нитей и динамику последней при имплантации нитей в ткани живого организма.

Исследовать деформационно-прочностные свойства рубца, формирующегося на месте раны при шве ее новыми нитями.

Изучить динамику биорезорбции нового шовного материала в условиях имплантации.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

На основании результатов проведенных исследований рекомендован к использованию в хирургии новый абсорбируемый биологически активный (антимикробный) шовный материал, созданный на основе плетеной полигликолидной нити. Показано, что снабжение полигликолидной нити сополиамидной оболочкой с включением в состав последней антимикробного препарата (сангвиритрина или доксициклина) заметно уменьшает величину капиллярного эффекта нити, не снижая показателей разрывной нагрузки и удлинения в узле, в том числе при экспозиции в буферном растворе, имитирующем условия окружающей среды при имплантации. Выявлено, что шов раны новыми нитями ведет к ускорению раневого процесса, сопровождающемуся формированием полноценного рубца и совершенным восстановлением эпителиальных структур. Установлен пролонгированный характер антибактериального действия новых нитей в условиях имплантации их в ткани живого организма. Показано, что рубец, образующийся на месте раны, зашитой новыми нитями, бывает более прочным и эластичным, чем в контрольных опытах. Изучен ход биодеструкции новых нитей по скорости потери массы в условиях имплантации, что позволяет отнести их к быстро рассасывающимся шовным материалам, которые имеют свою нишу применения в клинической хирургии.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ

Практическая значимость работы определяется тем, что данные, полученные при выполнении экспериментальных исследований, дают основание рекомендовать разработанный шовный материал к использованию в хирургической практике. Указанный материал так же, как и обычная полигликолидная нить, относится к нитям с коротким сроком рассасывания, в связи с чем может применяться по тем же показаниям, что и другие аналогичные биорезорбируемые шовные материалы. Новая нить пригодна для соединения тканей, образующих прочный рубец к 7-10 суткам после операции (шов фасций и мышц, наложение первого ряда швов в двухрядных анастомозах полых органов пищеварительного тракта и др.). Обладание новыми нитями антибактериальным действием в сочетании со способностью к быстрому рассасыванию позволяет рассчитывать на то, что их применении в клинике будет служить действенной мерой профилактики ранних и поздних послеоперационных осложнений инфекционного генеза.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

Новый антимикробный рассасывающийся хирургический шовный материал, созданный на основе полигликолидной нити, обладает близкими в сравнении с ней величинами разрывной нагрузки и растяжения в узле при более низких показателях капиллярного эффекта.

Использование новых нитей для шва раны оказывает положительное влияние на ход ее заживления, ускоряя разрешение воспаления и стимулируя репаративные процессы.

Новый шовный материал обладает достаточно выраженной пролонгированной антимикробной активностью.

Закрытие раны новым шовным материалом способствует повышению прочности и эластичности формирующегося на ее месте рубца.

По скорости деструкции в условиях имплантации предлагаемые нити следует отнести к биорезорбируемым шовным материалам с короткими сроками рассасывания.

ОБЪЕМ РАБОТЫ И ЕЕ СТРУКТУРА

Диссертационная работа построена по классическому типу, изложена на 122 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, выводов, практических рекомендаций и списка использованной литературы. Текстовая часть работы содержит 12 таблиц и 19 рисунков. Список литературы включает 199 отечественных и 70 зарубежных источников.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ И ПУБЛИКАЦИИ

Основные положения диссертационной работы представлены на I Международном конгрессе хирургов, посвященном 90-летию со дня рождения проф. Б.М.Костюченка (г. Москва, 2012 г.), на заседании Тверского регионального отделения Российского общества хирургов (г. Тверь, 2012г.), на межрегиональной научно-практической конференции, посвященной 60-летию оториноларингологического отделения ОКБ г. Твери (г. Тверь, 2013 г), на расширенном заседании кафедры общей хирургии ТГМА (г. Тверь, 2014 г.). По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе 3 в журналах, учитываемых ВАК. Получен патент на полезную модель.

ГЛАВА 1.ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ШОВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Основным методом соединения тканей в хирургии является наложение шва с помощью нитей, причем свойства использующегося с этой целью шовного материала не могут не влиять на характер морфологических процессов в зоне соединяемых тканевых структур [79,104,137].

Шовные материалы использовались в хирургии с древних времен. Соединение тканей осуществлялось с помощью шелковых нитяных лигатур и тонких струн, нитей джута, конопли, нитей из сухожилий крыс, кошек, китового уса, конского волоса, нитей из тонкой кишки овец (кетгута), из аорты, паутинной и твердой мозговых оболочек крупного рогатого скота и др.[3, 68,74,77, 207]

В настоящее время в качестве хирургических шовных материалов чаще применяются нити синтетического происхождения [56,150,152,255].

Все современные шовные материалы по химическому составу можно классифицировать следующим образом [56, 156]:

Нити на основе целлюлозы: хлопковые и льняные;

На основе животного белка: кетгут, шелк и другие;

Полиамидные нити: капрон, Nylon, Surgilon, Ethilon и другие;

Полиэфирные нити: лавсан, Mersilen, Ethibond, Ethiflex, Surgidac и другие;

Полипропиленовые нити: полипропилен, Prolen, Surgipro, Mopylen и другие;

Фторполимерные нити: ПВДФ, Pronova, Marilon, Coralen и другие;

Производные полигликолевой кислоты: Dexon, Vicryl, Polisorb и другие;

Полидиоксановые нити: PDS II;

Капролактоновые нити: Caprolon;

Неорганические нити: металлическая проволока (стальная, нихромовая, платиновая).

Еще один важный критерий современного шовного материала - биодеградация (рассасываемость) [206]. На его основе все современные хирургические нити можно разделить на три группы [56]:

Рассасывающиеся материалы: кетгут, Dexon, Vicryl, Maxon, Monocryl и другие;

Условно-рассасывающиеся материалы: шелк и поликапроамидные нити;

Нерассасывающиеся материалы: полиэфиры (лавсан, Mersilen, Surgidac), полиолефины (Prolen, Surgipro, полипропилен), металлическая проволока и другие.

С течением времени одни шовные материалы в результате обнаружения их недостатков приходили на смену другим. Сейчас все чаще ограничивают использование таких материалов как шелк и кетгут по причине несоответствия их современным требованиям [56,112]; не находят распространения нити на основе коллагена и целлюлозы (окцелон, кацелон) [16,121].

Несмотря на бурный прогресс в создании новых хирургических нитей, остаются нерешенными вопросы, касающиеся влияния этих нитей на заживление созданных с их помощью соединений и частоту развития местных инфекционных процессов [29,58,130,153,155,160]. Инфекция области хирургического вмешательства (ИОХВ) по распространенности среди госпитализированных пациентов занимает третье место [92,134,187,222], составляя от 14 до 16% всех нозокомиальных инфекций, и продолжает оставаться одной из актуальных проблем современной хирургии [77,83,123,179,221,246]. По данным разных авторов, в структуре инфекционных осложнений послеоперационного периода раневая инфекция достигает 10-40%, превышая уровень, существовавший до широкого внедрения в хирургическую практику антибиотиков [20,46,115,178]. В настоящее время инфекционные осложнения, связанные с операционной раной, занимают ведущее место, составляя в целом около 14 % от всех осложнений после оперативных вмешательств.[10,11,47,162,164].

Известно, что из числа ИОХВ примерно две трети локализуются в области разреза и одна треть затрагивает органы и полости в области хирургического доступа [59,184].

Положительные результаты использования при ИОХВ местной антибактериальной терапии послужили поводом к разработке хирургических шовных материалов, обладающих биологической (главным образом, антимикробной) активностью [23,32,38,59,61,181,189]. Доказано, что хирургические швы очень быстро подвергаются колонизации патогенной микрофлорой, образующей на поверхности нити биопленку. Поэтому целесообразно воздействовать антимикробными соединениями на находящиеся в биопленке микроорганизмы изнутри - с поверхности самой нити [118,142,209] .

Придание шовным материалам биологической (в частности, антимикробной) активности достигается путем иммобилизации и закрепления химической связью лекарственных средств [38,55,103,109].

Впервые синтез биологически активных шовных волокнообразующих полимеров медицинского назначения был осуществлен в нашей стране (Л.А. Вольф) [38,56]. В настоящее время известно много видов биологически активных хирургических шовных материалов, которые имеют в своем составе различные лекарственные препараты, оказывающие на ткани организма то или иное действие: антибиотики и антисептики, протеолитические ферменты, гемостатики, цитостатики, местные анестетики и др. [19,21,61,160,168,204,225].

Наиболее часто разрабатываются и используются в хирургии биологически активные шовные материалы, обладающие губительным действием на болезнетворные микроорганизмы [15,193]. Применение шовных нитей, содержащих противомикробные препараты [146,250], обеспечивая поддержание антибактериального эффекта и предупреждая развитие инфекции в зоне оперативного вмешательства [147,194,196], является перспективным направлением в профилактике раневых гнойно-воспалительных осложнений в хирургической практике [77,83,136].

В середине 70-х годов прошлого столетия под руководством профессора Василева Н. был изготовлен антимикробный поликапроамидный шовный материал «Поликон» и сетка «Ампоксен», содержащие полусинтетические антибиотики пенициллинового ряда [27,28].

Приблизительно в это же время был предложен хирургический шовный материал, покрытый слоем гидрофильного геля «Hydron» [261]. В ходе экспериментальным исследований, проведенных на культурах тканей, было доказано, что этот слой улучшает толерантность тканей к нити и что включение антибактериальных препаратов в структуру геля предупреждает развитие и распространение инфекции.

Представляет определенный интерес разработанный позднее антибактериальный хирургический шовный материал на основе полифиламентного плетеного нейлонового волокна, на который наносилась оболочка с серебросодержащим соединением [7,154].

В 1980-х годах на Ленинградском производственном текстильно-галантерейном объединении «Север» совместно со Всесоюзным научно-исследовательским институтом текстильно-галантерейной промышленности был изготовлен плетеный шовный материал, в котором шовные нити из лавсана были оплетены фторлоном, в структуру которого включались фуразолидон или трипсин. На основании проведенных экспериментальных исследований доказана высокая антимикробная активность разработанных шовных материалов и положительное влияние их на течение раневого процесса и репаративную регенерацию тканей асептических и инфицированных ран [168].

В Киевском НИИ клинической и экспериментальной хирургии МЗ УССР проводили изучение полипропиленовых шовных нитей, содержащих привитую полиакриловую кислоту (ПАК) и обработанных канамицином, мономицином, ампиоксом и др. антибиотиками. В ходе исследований было показано, что они сохраняют свою антимикробную активность в послеоперационном периоде на протяжении более 20 суток [174].

В 90-х годах в Санкт-Петербургском институте текстильной и легкой промышленности были изготовлены антимикробные шовные нити из полипропилена и поликапроамида. В качестве биологически активного компонента в состав шовных материалов пробовали вводить гентамицин [135] и антибиотики из группы цефалоспоринов (цефамезин, цефобид) [158].

Хирургический шовный материал под названием «Абактолат» с пролонгированным (до 7-8 суток) антибактериальным действием разработан в НПО «Башбиомед». Данный материал получают путем импрегнации традиционных нитей (капрон, лавсан, шелк, кетгут) эритромицином, который затем закрепляется в нити оболочкой из биосовместимого биодеструктируемого полимера [26,180].

Во Всероссийском научно-исследовательском и испытательном институте медицинской техники (ВНИИИМТ) совместно с Московским областным научно-исследовательским институтом акушерства и гинекологии (МОНИИАГ) разработана синтетическая нить капроаг на основе капрона с покрытием, содержащим антисептик широкого спектра хлоргексидин биглюконат [69,84]. Данная нить прошла экспериментальные и клинические испытания и рекомендована к использованию преимущественно при акушерских и гинекологических операциях [84,252].

На основе капрона создана еще одна антимикробная нить - капромед. Эта нить имеет марки АД, АДХ, Г-2, ДХ, ПЦДХ (с диоксидином и хиноксидином в разных соотношениях), АГ, АК, АЦ (с гентамицином, канамицином и цефамезином), капройод (с йодом) [73,83,132]. Новый шовный материал успешно использован в клинике [129,135].

Необходимо упомянуть о сравнительно недавно разработанном шовном материале на основе текстурированных полиамидных волокон с пропиткой и покрытием из полиуретана, содержащих в качестве антимикробного вещества различные антисептики (дегмин, катапол, хлоргексидина биглюконат). В ходе работы показано, что использование антимикробных хирургических шовных нитей, содержащих антисептик, позволяет осуществить пролонгированную санацию прокольного канала,что способствует деконтаминации послеоперационной раны. [77].

ООО «Линтекс» и ЗАО «Инфамед» разработали биорезорбируемый антимикробный шовный материал на основе полигликолидной нити, содержащий мирамистин [63].

В США в эксперименте in vivo сравнивались различные типы шовных материалов, таких как шелк в оболочке из сополимера гликолида и L-лактида, пропитанных раствором хлоргексидина биглюконата и эти же нити, покрытые полиэлектролитными многослойными пленками из поли-L- глютаминовой кислоты и поли-L-лизина. Было показано наибольшее ингибирование распространения Escherichia coli группами шовных материалов покрытых полиэлектролитными пленками [204].

Немецкие ученые предложили на рынок медицинских материалов биологически активные нити, действующими ингредиентами которых, являются антимикробные металлы, сплавы и их соли, а также такие препараты как, например, триклозан, хлоргексидин, полигексаметиленбигуанид гидрохлорид [243,260].

Изучен в эксперименте и рекомендован к применению для профилактики инфекции в области операционной раны биологически активный шовный материал с клиндомицина пальмитатом [244]. На основании результатов экспериментальных исследований для использования в колоректальной хирургии рекомендован шовный материал на основе поливинилденфторида (PVDF) с гентамицином [230,234].

Имеются данные о снижении числа больных с раневой инфекцией после использования биорезорбируемой антибактериальной нити Викрил плюс, содержащей триклозан [233,236,249,254]. Разработан метод покрытия шовного материала порошком биоактивных молекул стекла (45S5 Bioglass), в том числе с ионами серебра [211,212,216,232].

Основой биологически активных шовных материалов, по мнению ряда авторов, могут служить синтетическая мононить из полигликолида или сополимера гликолида и лактида (Monosyn), нерассасывающаяся мононить из полиамида 6 или полиамида 6,6 (Dafilon), нерассасывающаяся мононить из полипропилена (Promilene) или мононить из полидиоксанона продленного срока рассасывания (MonoPlus) [63,207].

Представляют интерес исследования современных авторов, направленные на создание биологически активных шовных материалов специального назначения.

В 2009 г. в США были испытаны в эксперименте и применены на практике синтетические рассасывающиеся и нерассасывающиеся нити, имеющие на своей поверхности минеральный слой, который может быть нанесен на различные шовные материалы, например, DePuy, Dexon II, Biosyn, Maxon, ПДС, Викрил, Монокрил. Данные шовные материалы, создают наилучшие физические связи различных частей тканей и вызывают ускорение процесса заживления. Положительное влияние на репаративные процессы в тканях оказывает также покрытие нерассасывающихся шовных материалов коллагеновой оболочкой [242,245].

С целью ускорения регенераторных процессов был создан шовный материал, обработанный веществом, содержащим фактор роста фибробластов, абсорбируемый на синтетический аналог гепарина [170,239].

Фирмой Ethicon была изготовлена в качестве образца биологически активная нить, покрытая оболочкой содержащей стволовые клетки. [224,236].

Принципиально новым типом биологически активных хирургических материалов, предназначенных для использования в онкологии, являются радиоактивные волокна, проявляющие свое действие посредством испускания ионизирующего излучения фиксированных в структуре волокна радиоизотопов [61]. В онкологии при оперативном лечении пациентов с опухолями головы и шеи в прогрессирующей стадии заболевания использовался шовный материал, полученный путем нанесения на монофиламентную нейлоновую нить смеси моноклональных антител anti-CD3/anti CD28 [203].

Создана хирургическая нить, покрытая наномембраной с ультратонкими кремниевыми сенсорами, способными следить за состоянием раны и ускорять процесс заживления. Модернизированный шовный материал очень точно измеряет локальную температуру и может быть дополнительно интегрирован с устройствами, обеспечивающими высвобождение лекарственного препарата, предварительно нанесенного на его поверхность [256].

Одними из первых в нашей стране разработкой биологически активных хирургических шовных материалов стали заниматься ученые Всероссийского научно-исследовательского института синтетического волокна (ВНИИСВ); исследования в этом направлении проводились в тесном сотрудничестве с Тверской государственной медицинской академией [104,105,111,139,143,159,165].

Синтетические нити снабжались оболочкой, в состав которой вводились биологически активные вещества (преимущественно противомикробные). Исследовались антибактериальные свойства полученных нитей. Нити с высокой и длительно сохраняющейся антимикробной активностью, изготовленные по наиболее простой и дешевой технологии, подвергались дальнейшему изучению в хроническом эксперименте на животных (собаках, крысах). Сравнительному изучению в условиях эксперимента подверглись капроамидных нити с оболочкой из сополиамида, содержащей: 1) гентамицин; 2) тетрациклин; 3) доксициклин; 4) препарат из группы германийсодержащих органических соединений (ГОС), обладающий способностью стимулировать репарацию тканей; 5) с доксициклином и ГОС. По результатам эксперимента, для использования в клинике были рекомендованы нити с доксициклином и с доксициклином и ГОС. Первая из них получила название «Никант», вторая - «Никант-П». Применение этих шовных материалов в клинической практике позволило в 2 с лишним раза снизить число инфекционных осложнений после выполненных операций.

Дальнейшие исследования привели к созданию хирургической нити нового поколения, которая получила название «Тверан». Она представляет собой поликапроамидное или полиэфирное волокно с полимерным покрытием из высокомолекулярного хитозана, содержащим антибактериальный препарат ципрофлоксацин и/или препарат из группы ГОС (астрагерм).

Данные литературы об антимикробных хирургических шовных материалах свидетельствуют о том, что абсолютное их большинство относится к числу не биорезорбируемых и лишь единичные способны рассасываться в условиях имплантации. Небогатый ассортимент и нерешенные вопросы регулируемости процессов функционирования и деструкции в тканях сдерживают широкое применение биоразрушаемых полимеров [25,32]. В связи с этим представляются актуальными исследования, направленные на создание новых рассасывающихся биологически активных хирургических шовных материалов.

1.2 МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ЗАЖИВЛЕНИЯ РАН

Самым простым способом наблюдения за раневым процессом, не требующим участия дополнительной медицинской аппаратуры, является визуальный осмотр [107]. Цельс около полувека до н.э. написал трактат «О медицине», в котором впервые указал базовые признаки воспаления: краснота (rumor), опухоль (tumor), жар (calor), боль (dolor). К этим признакам воспаления Гален, добавил пятый - нарушение функции органа (functio laesa). Гален явился основоположником науки о процессах заживления ран первичным и вторичным натяжением [78,98].

Главным признаком воспаления мягких тканей, определяющим течение раневого процесса, является отечность тканей [12,13,60]. Распространенность отека показывает не только площадь очага инфекции, вид и вирулентность возбудителей [9,64,114]. По этому показателю можно прогнозировать возникновение воспалительных осложнений [133,148]. Характер раневого экссудата позволяет судить о виде возбудителя инфекции. Наличие в ране нежизнеспособных тканей является признаком гнойно-некротической фазы воспалительного процесса [1,2].

Объективному суждению о стадии раневого процесса и точности выбранного метода лечения способствуют лабораторные и инструментальные методы контроля заживления раны. К таким методам можно отнести клинический анализ крови [91], измерение рН и определение общего белка раневого отделяемого, цитологическое и бактериологическое его исследование, определение скорости заживления раны (планиметрия), изучение прочности раны (ранотензометрия), определение кожно-гальванической реакции мягких тканей [166,171,183]; исследование хода раневого процесса на микроскопическом уровне при помощи гистологических и биохимических методик и др. [30,35,36,37,40,52,53,66]

В общем анализе крови диагностическое значение при осложнениях раневого процесса имеют такие показатели как лейкоцитоз со сдвигом формулы влево, ускоренная СОЭ, лимфопения, в тяжелых случаях - анемия. При достаточно высоком иммунологическом статусе организма больного и адекватно подобранном лечении эти показатели нормализуются к концу первой недели.

Я.Я.Кальф-Калиф [71] эмпирически вывел формулу лейкоцитарного индекса интоксикации (ЛИИ), который является показателем, указывающим на наличие или отсутствие гнойно-воспалительных осложнений в зоне хирургического вмешательства [169].

Для оценки состояния операционной раны используют определение рН ее экссудата [49]. После вскрытия гнойной полости этот показатель составляет 5,5-6,5, то есть происходит сдвиг реакции в кислую сторону. В процессе успешного лечения раны показатель рН раневого отделяемого меняется в сторону ощелачивания.

С диагностической целью для определения наличия тенденции раны к заживлению в ее отделяемом измеряют количество белка [106,124,125]. Так, например, в стадии пролиферации раневого процесса содержание белка в ране снижается - с 12-24 до 3-6 г/л [2]. М.Ф.Мазурик с соавт. (1984) предложил прогностический коэффициент (ПК) течения раневого процесса [108]:

При отсутствии местных гнойных осложнений этот показатель составляет 1,2-1,3.

Исследование процесса заживления раны до настоящего времени часто осуществляется с использованием цитологического метода. Цитология (наука о клетке) изучает строение и функции клеток, их связи и отношения в органах и тканях у многоклеточных организмов, а также одноклеточные организмы. Во второй половине XIX века был достигнут значительный прогресс в изучении биологии раневого процесса. Т. Шванн впервые описал фибробласты. В Е.Ю. Конгейм детально изучил реакцию воспаления в процессе заживления раны, классифицировал сосудистые изменения при воспалительной реакции [98].

Исследуя клетку как важнейшую структурную единицу живого, цитология занимает центральное место в ряду биологических дисциплин. Она тесно связана с гистологией, анатомией растений, физиологией, генетикой, биохимией, микробиологией и др. В 20 веке быстрому прогрессу цитологии способствовали новые инструментальные методы (электронная микроскопия, изотопные индикаторы, культивирование клеток и др.) [70,86,93,128].

Цитологическое исследование раневой поверхности позволяет оценить клеточные изменения, возникающие в процессе регенерации раны [72,87]; определять эффективность выбранного способа лечения, определять иммунологический статус организма и течение регенеративных процессов в ране. Как известно, первыми клетками, мигрирующими из кровеносного русла в область повреждения, являются нейтрофильные лейкоциты [120,144]. Давыдов Ю.А. (1992) считает, что изучение клеточного состава отделяемого с поверхности раны в динамике позволяет мониторировать морфологические изменения раневого экссудата и поверхностного слоя грануляционной ткани, а также отражает реактивные, иммунобиологические силы организма и регенеративно-воспалительные процессы, протекающие в ране [4,48,89,122].

Впервые метод цитологического исследования раневого отделяемого был разработан Currel и Dehelly (1913). Особенно широкое применение в хирургии нашел цитологический метод исследования отпечатков-мазков с поверхности ран, предложенный М.П.Покровской и М.С.Макаровым, разработанный в 1942 году в настоящее время ставший классическим [102,126,144]. Отпечатки изготовляются непосредственно с поверхности раны и наряду с клетками раневого экссудата в них находят клетки вновь образующейся грануляционной ткани. Д.М.Штейнберг в 1948 году предложил способ подсчета в мазках-отпечатках количества микрофлоры и различных клеток с составлением цитограмм. В 1970 году М.Ф.Камаев дополнил цитологическое исследование течения раневого процесса методом поверхностной биопсии ран [72,157]. Данный метод позволяет анализировать характер морфологических изменений, состояние неспецифических факторов защиты, эффективности хирургической обработки и местного лечения ран, четко определять фазы течения раневого процесса с целью назначения тех или иных лечебных мероприятий [100].

При исследовании мазков-отпечатков раневого содержимого различают пять типов цитограмм: некротический (полностью отсутствует фагоцитарная активность); дегенеративно-воспалительный (выявляются слабые признаки воспалительной реакции); воспалительный (характеризуют нормальное течение острого или подострого воспаления, клеточный состав состоит на 85-90% из нейтрофилов); воспалительно-регенераторный или регенераторно-воспалительный (в зависимости от превалирования того или иного компонента, содержание нейтрофильных лейкоцитов снижается до 60-70%); регенераторный (содержание нейтрофилов 40-50%, преобладают молодые клетки грануляционной ткани, по краям раны обнаруживается процесс эпителизации) [17,39,85]. Первые три типа характеризуют последовательное течение первой фазы заживления - фазы воспаления (увеличивается концентрация вазоконстрикторных аминов и моноаминооксидазы (МАО), усиливается активность кислой и щелочной фосфатаз, неспецифических эстераз, аминопептидаз, оксидоредуктаз), регенераторный тип цитограммы свидетельствует о благополучном течении второй фазы заживления - пролиферации [6,75]. В III фазе раневого процесса в качестве энергетического фермента важнейшее значение оказывает АТФ-аза [263,264], а также содержание лейцинаминопептидазы [70].

Кроме нейтрофилов в мазке-отпечатке можно обнаружить недифференцированные полибласты, фибробласты, лимфоциты, макрофаги (подтверждают процесс очищения раны), эозинофилы (указывают на аллергическую направленность процесса) и т.д. [18,102,186].

Показатели местного гемостаза используют для определения эффективности гемостаза открытых ран [116,217]. С этой целью исследуются: уровень активности фибринолиза, активность XIII фактора, уровень свободного гепарина и концентрация продуктов деградации фибриногена [19,54,110,117].

При оценке хода раневого процесса определенное значение имеют бактериологические методы исследования - качественное и количественное изучение раневой микрофлоры, степени устойчивости микроорганизмов к антибактериальным препаратам [5,76,195,208].

По мере развития науки большую ценность приобретают инструментальные методы исследования.

Одним из таких методов является ранотензометрия - определение механической прочности раны, показатель которой может служить, критерием оценки процесса заживления [263]. Впервые метод ранотензометрии был предложен Журавской Л.С. и Мишиной М.Б. в 1957 г. Он проводился путем вживления в края раны прямоугольной проволоки с последующим ее извлечением при помощи пружинных весов; параллельно осуществлялась регистрация силы натяжения.

В 1979 году впервые для измерения прочности консолидации краев раны был сконструирован прибор - ранотензиометр РТМ-2. Одним из последних разработок является универсальный прибор модели УМИВ-3 для механических и термомеханических испытаний полимерных волокон и пленок, предложенный Мишаревым О.С. с соавт. [99]. Этот прибор позволяет оценить прочность сращения краев раны, как предыдущие приборы, и дополнительно определить параметры заживления раны - такие, как прочность, эластичность и упругость [82].

Неинвазивным методом диагностики мягких тканей является ультразвуковое исследование (УЗИ) [172,173]. С помощью специальных датчиков можно обнаружить воспалительные процессы от поверхности кожи на глубине от 5-6 см до 20 см и больше.

Заживление раны можно контролировать путем изучения импеданса и электропотенциалов [8,51,176,177]. Исследование электропотенциалов в клинике и в эксперименте удобно проводить с помощью малогабаритного измерителя с автономным питанием (ИБП-1) по методике Б.М.Костючонка и В.А.Карлова. Метод позволяет контролировать динамику процесса заживления раны первичным натяжением. Например, при прогрессировании гнойно-воспалительного процесса в ране выявляется стойкое увеличение электропотенциалов, тогда как при благоприятном течении этот показатель снижен [2,141].

Интенсивность и динамику воспалительного процесса в области операционной раны косвенно позволяет оценить локальное измерение температуры; температурный градиент между зоной гнойной раны и симметричной ей областью достигает +2-3°С, а при заживлении раны первичным натяжением +0,3-0,8°С [90,184].

Вопросами изменения биохимического и иммунологического состава окружающих послеоперационные раны тканей занимались отечественные и зарубежные исследователи. Их работы были посвящены лабораторному и клиническому изучению согласованности между течением раневого процесса (ангиогенез, пролиферация, миграция фибробластов и нейтрофилов) и активностью металлопротеиназ раневого экссудата [37,64,163]; определению сывороточного уровня цитокинов (TNFб, IL-1в, IL-2, IL-4) и функций нейтрофилов [54]; концентрации гидроперекисей [161] и малонового альдегида [52]; флоуметрическому определению серотонина и продуктов липопероксидации [30]; изменение соотношения рО2 и рСО2 в поврежденных мягких тканях [4,200,214,231,269] и уровня различных кислот в тканях [259]; изменение соотношения ионов Na, Cl и K в мягких тканях области раны [200,241,251,262,264]

Совокупность метаболических сдвигов на различных этапах заживления раны обнаруживается при помощи инфракрасной и электронной термографии, тепловизионного исследования [113,185].

Интенсивность кровотока тканей в области раны в процессе ее заживления можно определить с помощью капилляроскопии по индексу капиллярной ассиметрии (отношению числа капилляров в области раны к их числу на симметричном участке тела) [50,67,188].

Планиметрические методы исследования позволяют установить скорость эпителизации раны через измерение ее площади в единицу времени [10,119,268].

Данные литературы свидетельствуют о большом количестве методов контроля заживления ран [213]. При выборе их для проведения наших исследований мы руководствовались рядом факторов. Основное требование к этим методам - возможность эффективного их использования для решения конкретных задач, поставленных перед нами. Кроме того, эти методы должны быть удобными для применения в эксперименте на животных, легко воспроизводимыми, объективными и в достаточной степени информативными.

1.3 БИОДЕСТРУКЦИЯ ИМПЛАНТИРУЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ

Биодеструкция (биодеградация, биорезорбция) - это разрушение сложных соединений/структур в результате деятельности живых организмов.

В ряде ситуаций разрушение имплантируемого материала (эндопротезы суставов, стенты, сердечные клапаны и т.д.) является крайне нежелательным [247]. В то же время биодеградация таких полимерных материалов как рассасывающиеся хирургические нити, коллагеновые «заплатки» для защиты анастомозов, матрицы для роста клеток кожи после ожога желанна и прогнозируема [97,151,210]. На процесс биодеструкции в значительной степени влияют такие характеристики материала как химический состав, кристалличность, молекулярный вес, поверхностные свойства материала, агрессивность среды, в которой находится материал, а также природа реагента [24,25,96,149,205,235].

Биоматериалы способны разрушаться в результате ряда процессов [227,226,248,266]. К этим процессам относятся: гидролитическая деструкция (неферментативный гидролиз, ферментативный гидролиз, окислительная деструкция, катализ ионами металлов); клеточная деструкция; бактериальная деструкция; механодеструкция.

Известно, что биодеструкция обычно идет путем неферментативного и ферментативного гидролиза, причем параллельно и вне зависимости от характера и вида окружающей среды [25]. Однако, чем ниже уровень рН среды, тем быстрее происходит деструкция. На практике это проявляется в условиях воспалительного ацидоза. Как правило, в таких условиях процессы биодеградации протекают быстрее [182].

В экспериментах in vivo скорость биодеградации всегда намного выше, чем в исследованиях in vitro, сколь бы тщательно не воссоздавалась модель гидролитической деполимеризации [22,24,182]. Более того при имплантации материала в живые ткани, даже на фоне сохранения размера и формы имплантата, характер его поверхности постепенно меняется, т.е. на ней появляются трещины, углубления, не соответствующие по степени «разрушительности» изменениям внутренней структуры. Эти наблюдения явились причиной поиска еще одного механизма биодеградации - ферментативного. [145]

По разным данным, скорость ферментативной деградации превышает скорость гидролитического разрушения в 2-1000 раз [145]. Поскольку достаточно крупные гидрофильные молекулы фермента не могут проникнуть внутрь гидрофобного материала, ферментативная деструкция протекает на поверхности материала. Поэтому в отличие от гидролитической деградации интенсивность процесса ферментативного разрушения в значительной степени зависит от площади поверхности имплантата, а в микрочастицах - от их формы и размера. [25]

Еще один механизм биодеградации - окислительная деструкция - связан с воздействием на ткани активных форм кислорода (свободных радикалов и гидроперекисей), которые постоянно образуются и секретируются различными клетками и являются сигнальными молекулами, а также с промежуточными продуктами синтеза различных соединений [182]. Форсированное образование макрофагами активных форм кислорода (оксидативный или респираторный взрыв) характеризует основной этап воспалительного процесса, обеспечивающий одновременно и санацию области повреждения.

Клеточная деградация подразумевает поглощение и переваривание олигомеров в фагосомах макрофагов и гигантских клеток инородных тел, т.е. фагоцитоз [182].

При имплантации инородного материала в мягкие ткани моментально возникает местная воспалительная реакция, которая на ранних этапах характеризуется появлением большого количества полиморфоядерных лейкоцитов, а затем моноядерных клеток (макрофагов и лимфоцитов) [145,219]. Считается, что именно фагоцитирующие макрофаги ответственны за биодеструкцию имплантируемых материалов. В ходе воспалительного процесса фагоцитирующие клетки мигрируют из сосудистой системы к месту имплантации. Клеточная миграция сопровождается высвобождением метаболических продуктов, таких как перекись водорода и лизосомальные ферменты, концентрация которых на границе раздела «клетка-материал» резко возрастает. Поглощение частиц клеткой включает три этапа: 1) эндоцитоз; 2) трансформация захваченного материала (разложение субстратов до низкомолекулярных фрагментов) 3) удаление неперевариваемых остатков за пределы клетки (экскреция) [41]. Окислительная и ферментативная деградация биоматериалов наиболее вероятна в зоне взаимодействия клетки с имплантатом [215,223,228,257].

Биодеструкция материала в организме протекает, в основном, за счет клеток двух типов - макрофагов, осуществляющих фагоцитоз мельчайших частиц полимера, и гигантских клеток инородных тел, осуществляющих его лизис [218,258]. Доля клеточного компонента биодеструкции обычно тем сильнее выражена, чем больше развита поверхность полимера, например, у пористо-губчатых имплантатов или на более поздних этапах деструкции полимеров при увеличении их поверхности [101,220]. Эта закономерность сохраняется для полимеров простого состава, как правило, подвергающихся неферментативному гидролизу, и полимеров, способных подвергаться специфическому ферментативному расщеплению. Во всех случаях процессу клеточной резорбции обычно предшествует внеклеточная деструкция, приводящая в той или иной степени к разрушению полимерного имплантата [88,138].

Бактериальная деградация представляет собой возможность разнообразных микроорганизмов разрушать различные типы связей синтетических материалов и включать конечные продукты их деструкции в свои метаболические циклы. Например, после предварительного разрушения синтетических материалов, секретируемых различными специфическими ферментами (сериновые, металло- и кислые протеазы), микроорганизмы способны усваивать низкомолекулярные продукты [145]. Бактерии, инфицирующие раневую поверхность, могут существенно изменять скорость деградации имплантата. В клинической практике изучалась скорость рассасывания шовных материалов, таких как кетгут и полигликолевая кислота, в инфицированной и неинфицированной средах [267]. Выяснилось, что присутствие бактерий в области имплантата существенно ускоряет процесс биодеградации за счет ферментативной и окислительной деструкции.

Механодеструкция обусловлена дефектами изготовления имплантата. Способствовать процессу механодеструкции могут, например, микротрещины или пузырьки воздуха, возникшие в процессе изготовления изделия. Они при взаимодействии последнего со средой живого организма способны инициировать и ускорять гидролитические и окислительные реакции биодеструкции [145,229].

Таким образом, биодеструкция имплантатов, в том числе рассасывающихся хирургических шовных материалов, представляет собой достаточно сложный процесс, обусловленный воздействием на имплантат многих факторов. Наши исследования не предполагают изучения механизма биодеструкции разрабатываемого шовного материала, однако нам необходимо определение времени его рассасывания (сроки потери прочности и массы). Из приведенных выше сведений следует, что для получения объективных данных на этот счет необходимо проведение соответствующих экспериментальных исследований не только «in vitro», но и «in vivo».

ГЛАВА 2.МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О СОСТАВЕ И СВОЙСТВАХ НОВОГО БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНОГО ШОВНОГО МАТЕРИАЛА

В настоящей работе изучались полученные во Всероссийском научно-исследовательском институте синтетического волокна (ФГУП «ВНИИСВ») лабораторные образцы двух разновидностей нового биорезорбируемого биологически активного (антимикробного) шовного материала: модифицированной полигликолидной нити, содержащей антимикробный препарат сангвиритрин (условное название серии «ПГН с сангвиритрином»), и модифицированной полигликолидной нити, содержащей антибиотик доксициклин (условное название серии «ПГН с доксициклином»). Эти виды нитей сравнивались между собой и с обычной полигликолидной нитью, служившей контролем (условное название контрольной серии «ПГН»).

Полигликолидная нить (гликолид - 90%, DL - лактид - 10%) - это плетеный синтетический рассасывающийся хирургический шовный материал из волокон гомополимера полигликолевой кислоты с покрытием на основе стеарата кальция. Молекула полигликолида состоит из гликолидных звеньев, связанных между собой кислородом. Вследствие этого макромолекула не устойчива к действию различных веществ (в частности, воды) и разрушается в тканях организма путем гидролитической деструкции полимера. Конечным продуктом гидролиза является гликолевая кислота. Нити из полигликолевой кислоты хорошо сохраняют разрывную прочность, гарантируют большую надежность в узле и полностью рассасываются в течение 3 месяцев, деградируя до углекислоты и воды. Причем 52% рассосавшегося полигликолида экскретируется организмом, а 26% выделяется с выдыхаемым воздухом [62] .

На рис. 1 схематически представлен внешний вид полигликолидной нити [56].

Рис 1. Общий вид полигликолидной нити (схема)

Новый шовный материал был модифицирован с помощью препаратсодержащей полимерной пленки методом импрегнирования. Пленка состояла из сополиамида, полученного совместной поликонденсацией -капролактама и соли дикарбоновой кислоты. Содержание сополимера на нити - 18,7-22,3 мг/г. Температура плавления сополиамида 168-1720С, относительная вязкость 2,5±0,2, содержание водорастворимых (низкомолекулярных) соединений до 1%. Для придания полигликолидной нити антимикробной активности в состав пленочного покрытия вводились лекарственные препараты: сангвиритрин (первая разновидность нити) или доксициклин (вторая разновидность нити).

Сангвиритрин получают из растений рода Macleaya семейства Papaveraceae - маклейя сердцевидная (Macleaya cordata) и маклейя мелкоплодная Macleaya microcarpa). Сангвиритрин обладает широким спектром антимикробной активности, действуя на грамположительные и грамотрицательные бактерии, дрожжеподобные и мицелиальные грибы, патогенные простейшие. В основе механизма противомикробного действия сангвиритрина лежит подавление бактериальной нуклеазы, нарушение процессов проницаемости клеточных стенок, перегородок деления, строения нуклеотида. Сангвиритрин активен в отношении многих полирезистентных штаммов микроорганизмов. В терапевтических дозах действует бактериостатически [33,34,65,131].

Доксициклин - это полусинтетический препарат группы тетрациклина, бактериостатический антибиотик широкого спектра действия. Проникая внутрь клетки, действует на внутриклеточно расположенных возбудителей. Блокирует синтез протеинов в клетках микроорганизмов. Активен в отношении грамположительных и грамотрицательных микроорганизмов, а также возбудителей опасных инфекционных заболеваний (туляремии, чумы, сибирской язвы и др.). В отличие от тетрациклина и окситетрациклина обладает более высокой терапевтической эффективностью [14,115,154,197,198].

2.2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ «in vitro»

В эксперименте «in vitro» исследовались нити размером 2-0.

Перед началом исследований экспериментальные нити подверглись токсикологическим исследованиям в аккредитованной испытательной лаборатории Федерального Государственного Унитарного предприятия «Научно-исследовательский институт синтетического волокна с экспериментальным заводом» (ФГУП «ВНИИСВ») города Твери.

Протокол лабораторных исследований № 227 от 26 апреля 2011 г.

Заключение

Представленный на исследование образец нити хирургической (Полигликолид плетеный), содержащей доксициклин отвечает гигиеническим требованиям. Индекс токсичности укладывается в допустимый интервал, составляет 91,4% (при гигиеническом нормативе 70-120%). Представленный образец соответствует требованиям нормативных документов по исследуемым показаниям ( ГОСТ Р ИСО 10993.1-99, ГОСТ Р ИСО 10993.5-99, ГОСТ Р ИСО 10993.11-99, ГОСТ Р ИСО 10993.12-99).

Протокол лабораторных исследований № 224 от 28 марта 2011 г.

Заключение

Представленный на исследование образец нити хирургической (Полигликолид плетеный), содержащей сангвиритрин отвечает гигиеническим требованиям. Индекс токсичности укладывается в допустимый интервал, составляет 95,9% (при гигиеническом нормативе 70-120%). Представленный образец соответствует требованиям нормативных документов по исследуемым показаниям ( ГОСТ Р ИСО 10993.1-99, ГОСТ Р ИСО 10993.5-99, ГОСТ Р ИСО 10993.11-99, ГОСТ Р ИСО 10993.12-99).

2.2.1 ИЗУЧЕНИЕ ДИНАМИКИ ПРОЧНОСТИ И УДЛИНЕНИЯ НОВОЙ НИТИ В УЗЛЕ

Известно, что большинство видов рассасывающегося хирургического шовного материала разрушается в основном посредством гидролитической деструкции [31].

На доклиническом уровне контролировать разрушение хирургического шовного материала возможно в среде, максимально приближенной по своим характеристикам к среде живого организма. К подобным средам относится фосфатно-буферный раствор с рН 7,4±0,2 при постоянной температуре 37°С [31].

О скорости разрушения шовного материала можно судить по динамике показателей разрывной нагрузки и разрывного удлинения его в узле (ГОСТ 23364-2001 [43]) в процессе пребывания в фосфатно-буферном растворе.

Исследовались две серии шовного материала: 1 серия - полигликолидная нить (ПГН) (7 образцов нитей); 2 серия - ПГН с доксициклином (7 образцов нитей). Методика исследований состояла в следующем.

По середине одинаково нарезанных отрезков исследуемых нитей завязывали и затягивали простой одинарный узел (рис. 2).

Рис. 2. Пример простого узла

...