Изобретение относится к медицине, а именно к хирургии, травматологии, комбустиологии и может быть использовано при лечении пациентов с хроническими длительно-незаживающими ранами различной этиологии (в т.ч. при варикозной болезни, синдроме диабетической стопы), а также при глубоких ожогах кожи III степени.
Известен способ воздействия на биологическую ткань потоком плазмы (пат. РФ №2183480 С2, фирма Плазон), при котором на биологическую ткань воздействуют потоком электрически нейтральной термически равновесной воздушной плазмы. Сформированный пучок воздушной плазмы направляют в область локализации биологической ткани, подлежащей лечению, и затем вводят их в непосредственное соприкосновение.
Известен хирургический способ рассечения биологических тканей с помощью потока плазмы (пат. США №3903891), заключающийся в формировании и поддержании высокочастотного тока холодной плазмы с достаточно малым поперечным сечением потока (диаметр от 0,13 до 0,38 мм). Эти условия создаются для получения узкой зоны контакта между плазмой и тканью с последующим введением потока этой плазмы в ткань для получения разреза. В качестве плазмообразующего рабочего газа используют инертный газ аргон.
Известен способ коагуляции биологических тканей в области хирургического разреза (пат. США №3938525, фирма Bovie J-Plasma), заключающийся в формировании и поддержании с помощью постоянного тока электрически нейтральной холодной плазмы с достаточно малым поперечным сечением потока плазмы (диаметр от 0,127 до 1,27 мм), обеспечивающим узкую область контакта между плазмой и тканью, и последующем направлении потока плазмы на биологические ткани в области разреза для их коагуляции. В качестве плазмообразующего газа в вышеописанном способе используют газ, выбранный из группы газов, включающей в себя аргон, гелий, азот либо смеси из двух или трех из перечисленных газов.
Известен способ плазменной коагуляции тканей путем использования струи инертного газа, прошедшего через зону высокочастотного разряда, образующегося между двумя электродами (пат. США №4781175, фирма Neoplas Tools). Устройство, использующее дна электрода, один из которых пассивный, обладает зоной обработки, нестабильной в пространстве, что обусловлено неустойчивостью положения разряда, из-за того, что пассивный электрод занимает значительную площадь.
Все вышеописанные способы характеризуются малым диаметром плазменного потока, не в состоянии обеспечить надежную и быструю коагуляцию достаточно обширных рассеченных раневых поверхностей биологических тканей.
Таким образом, перечисленные способы обладают рядом недостатков:
1. Низкая эффективность плазмотронов в связи с конструктивными особенностями; в результате их работы происходит непрерывное воздействие на рану интенсивного высокотемпературного плазменного потока. Это приводит неизбежно к кратковременности его воздействия на рану из-за опасности ожога и не обеспечивает в полном объеме возможность прямого влияния на раневую поверхность других видов излучений и факторов, присутствующих в плазме (заряженные частицы, УФ-, ИК-излучение).
2. Ширина зоны воздействия плазменного пучка составляет единицы мм и ограничена техническими характеристиками плазмотронов, для работы которых необходимо использование в качестве плазмообразующей среды дорогостоящих инертных газов (аргон, неон, гелий, др.) с дополнительным оборудованием.
3. При использовании аналогов не обеспечивается генерация слоя нанопленки из коагулированных белков раневого экссудата на раневой поверхности, что не позволяет в полной мере оптимизировать раневой процесс и добиться неосложненного заживления раны.
Ближайшим к заявляемому способу является способ обработки клеток холодной аргоновой плазмой (Frequency of cell treatment with cold microwave argon plasma is important for the final outcome / E. Sysolyatina, M. Vasiliev, M. Kurnaeva, I. Kornienko, O. Petrov, V. Fortov. A. Gintsburg, E. Petersen, S. Ermolaeva // J. Phys. D: Appl. Phys. 49 (2016) 294002 (11pp).
Способ заключается в воздействии непрерывным потоком холодной аргоновой плазмы на фибробласты и кератиноциты человека с помощью баллонов с инертным газом (аргоном).
Недостатки способа, выбранного в качестве прототипа:
1. Ширина зоны воздействия плазменного потока достаточно широкая, но не позволяет провести быструю обработку обширных раневых поверхностей.
2. Для осуществления данного способа обработки раневой поверхности необходимо наличие дорогостоящего дополнительного оборудования — баллонов с инертным газом (аргоном) и сопутствующих дополнительных элементов оборудования.
3. При обработке раневой поверхности аргоновой плазмой невозможно достигнуть мгновенной коагуляции и, следовательно, стойкого гемостаза.
4. Наличие непрерывного высокотемпературного плазменного потока (отсутствие у прототипа импульсного режима) не позволяет приблизить факел образующейся плазмы к раневой поверхности на расстояние, меньше длины факела. Вследствие этого на раневую поверхность в первую очередь воздействует высокая температура (до 75°С) создаваемая плазмой, при этом ограничено влияние других плазменных факторов: активных частиц кислорода и азота, электронов, ионов, электромагнитного поля, ультрафиолетового (УФ) и инфракрасного излучений (ИК). Также вследствие малых концентраций азота затруднена обработка раны окисью азота, одного из трансмиттеров (регуляторов) нормального функционирования сосудов и пролиферации клеточных элементов в ране.
5. При использовании прототипа ввиду особенностей его режима работы (микроволновая аргоновая плазма) на раневой поверхности не обеспечивается генерация нанопленки из коагулированных белков раневого экссудата, что не позволяет улучшить течение раневого процесса и снизить частоту гнойных осложнений.
Задачей изобретения является повышение эффективности лечения дефектов кожи, ускорение процессов очищения и сроков окончательного заживления ран и ожогов, снижение частоты инфицирования раневого процесса, а также улучшение эстетических характеристик рубца.
Результат поставленной задачи достигается тем, что воздушно-плазменную обработку раневой поверхности производят путем воздействия импульсным плазменным пучком атмосферного давления диаметром до 10 мм, длительностью импульса 300-500 нс, следующих с интервалом 20-50 мкс, скоростью сканирования плазменного пучка 10-20 мм/с, при среднем токе 40-90 мкА и создают на раневой поверхности нанопленку коагулированного белка раневого экссудата.
Импульсный режим позволяет приблизить факел плазмы к раневой поверхности на расстояние, меньшее длины факела, при этом на нее оказывается воздействие всеми видами присущего плазме излучения (электромагнитное поле, УФ-излучение, заряженные частицы (электроны и ионы) и активные нейтральные частицы) и окисью азота. При импульсном режиме воздействия плазмы на раневую поверхность обеспечивается мгновенная остановка кровотечения за счет выпаривания жидкой фракции на глубину нескольких микрон и создается стерильный пленочный чехол без образования струпа. Имеющиеся на раневой поверхности микроорганизмы подвергаются воздействию импульсного плазменного потока и погибают.
Формируемая нанопленка коагулированного белка раневого экссудата создает условия для предотвращения пересыхания тканей, обеспечения регенерации и течения раневого процесса в естественной влажной среде (таблица 1).
Образование нанопленки коагулированного белка раневого экссудата толщиной 50-70 им, необходимой для ускорения заживления ран и ожогов, происходит при обработке раневой поверхности импульсным плазменным пучком с длительностью импульсов 300-500 нс, следующих с интервалом 20-50 мкс, при скорости сканирования пучка 10-20 мм, токе 40-90 мкА.
Заявляемый способ осуществляется следующим образом. Раневая поверхность обрабатывается плазменным пучком; используется импульсная (с длительностью импульсов 300-500 нс, следующих с интервалом, 20-50 мкс, и скоростью сканирования 10-20 мм/с, при среднем токе 40-90 мкА, низкотемпературная плазма атмосферного давления, непосредственное воздействие которой сопровождается образованием на раневой поверхности нанопленки коагулированного белка раневого экссудата толщиной от 50 до 70 нм. При этом обработка всей раневой поверхности низкотемпературной атмосферной плазмой проводится в течение 20 секунд, расстояние между источником пучка и раневой поверхностью 1,5-2 см. Формируемая нанопленка коагулированного белка раневого экссудата толщиной от 50 до 70 нм создает условия для предотвращения пересыхания тканей, обеспечения регенерации и течения раневого процесса в естественной влажной среде.
Экспериментальная работа выполнена на 44 самцах крыс линии Wistar-Kyoto массой 230-250 гр.
Ожоги кожи III степени (МКБ-10) воспроизводили по авторской методике. Спустя 60 минут после их воспроизведения выполняли некрэктомию до собственной фасции с последующей обработкой низкотемпературной воздушной плазмой атмосферного давления и аппликацией средств местного лечения. Все животные были разделены на 4 группы (по 11 особей) с учетом выбора методики их местного лечения: первая группа (контроль) без лечения, вторая — влажно-высыхающие повязки с растворами антисептиков, третья группа -повязки с многокомпонентной антибактериальной мазью левомеколь, четвертая группа -обработка послеоперационных ран по заявляемому способу.
Установлено, что исследуемые средства местного лечения обладали различным ранозаживляющим эффектом. Результаты сравнительной оценки сроков окончательного заживления экспериментальных ран в зависимости от методики их лечения приведены в таблице 2.
1 — достоверно (р<0,05) по сравнению с контрольной группой (без лечения)
2 — достоверно (р<0,05) по сравнению с результатами использования растворов антисептиков
3 — достоверно (р<0,05) но сравнению с результатами использования мази левомеколь
Установлено, что при обработке ожоговых ран заявляемым способом окончательное заживление наступает на 18 сутки наблюдения, что на 49% быстрее (р<0,05) по сравнению с группой животных, лечение которых не проводилось. При использовании повязок с растворами антисептиков и мазью левомеколь контракция дефекта отмечена на 28 и 24 сутки исследования, соответственно. В контрольной группе (без лечения) исследования раны самостоятельно заживали лишь к 35 суткам наблюдения.
Ожоговые раны облигатно контаминированы широким спектром патогенной микрофлоры, вызывающим выраженную воспалительную реакцию и как следствие, осложненное течение раневого процесса. За время эксперимента в группах наблюдения было зафиксированы случаи развития гнойного воспаления различной степени выраженности, их частота с учетом способа лечения приводим в таблице 3.
1 — достоверно (р<0,05) по сравнению с контрольной группой (без лечения)
2 — достоверно (р<0,05) по сравнению с результатами использования растворов антисептиков
3 — достоверно (р<0,05) по сравнению с результатами использования мази левомеколь
Заживление экспериментальных ран у животных завершалось за счет ее контракции и сопровождалось формированием рубца, сравнительный анализ площади которого к исходу 35 суток наблюдения представлен в таблице 4.
1 — достоверно (р<0,05) по сравнению с контрольной группой (без лечения)
2 — достоверно (р<0,05) по сравнению с результатами использования растворов антисептиков
3 — достоверно (р<0,05) по сравнению с результатами использования мази левомеколь
Заявляемый способ является эффективным способом лечения ран различной этиологии (трофических, длительно-незаживающих ран, осложненных форм варикозной болезни, синдрома диабетической стопы).
Способ позволяет ускорить процессы заживления, сократить общий срок госпитализации, снизить частоту осложнений раневого процесса, т.е. улучшить непосредственные и отдаленные результаты лечения. Он позволяет быстро и эффективно восстановить кожный покров у пациентов с ранами и ожогами, он является относительно простым, малотравматичным, одноэтапным (выполняемым в ходе одной процедуры обработки), легко осуществимым.
Способ позволяет приблизить факел плазмы вплотную к раневой поверхности и обеспечить воздействие всеми видами присущего низкотемпературной плазме излучений (заряженные частицы, электроны, ионы, электромагнитное поле, УФ, ИК) и оксидом азота. За счет выпаривания жидкой фракции на глубину нескольких микрон создается стерильная нанопленка толщиной 50-70 нм, непроницаемая для микроорганизмов, но избирательно проницаемая для пара и воздуха, обеспечивающая протекание репаративных процессов во влажной среде. Тонкая пленка обеспечивает протекание раневого процесса в условиях умеренно-влажной воздушной среды, предотвращает пересыхание раневой поверхности и формирование зон вторичного некроза.
Представленный способ обеспечивает патогенетически обоснованное воздействие на раневую поверхность при ранах и ожогах кожи III степени (по МКБ 10 пересмотра). Его применение позволяет очистить рану от погибших тканей, добиться устойчивого гемостаза на всей площади раны и ускорить процесс репаративной регенерации и неосложненного заживления.
Внедрение указанного метода в клиническую практику позволит уменьшить продолжительность лечения и реабилитации пациентов с ранами и ожогами. Он дает возможность значительно повысить эффективность их лечения, ускорить процессы заживления, сократить общий срок госпитализации, снизить частоту осложнений раневого процесса, т.е. улучшить непосредственные и отдаленные результаты лечения. Является относительно простым, малотравматичным, одноэтапным (выполняемым в ходе одной процедуры), легко осуществимым.
Изобретение относится к медицине, а именно к хирургии, травматологии, комбустиологии, и может быть использовано для лечения ран и ожогов. Для этого на раны и ожоги воздействуют пучком плазмы с помощью плазменного генератора. При этом воздушно-плазменную обработку раневой поверхности производят импульсным плазменным пучком атмосферного давления диаметром до 10 мм. Длительность импульса составляет 300-500 нс. Импульсы следуют с интервалом 20-50 мкс. Скорость сканирования плазменного пучка составляет 10-20 мм/с при среднем токе 40-90 мкА. При этом на раневой поверхности формируется нанопленка коагулированного белка раневого экссудата. Изобретение позволяет ускорить процессы заживления ран и ожогов, снизить частоту осложнений раневого процесса и восстановить кожный покров у пациентов. 4 табл.
Способ лечения ран и ожогов путем воздействия на них пучком плазмы с помощью плазменного генератора, отличающийся тем, что воздушно-плазменную обработку раневой поверхности производят импульсным плазменным пучком атмосферного давления диаметром до 10 мм, длительностью импульсов 300-500 нс, следующих с интервалом 20-50 мкс, скоростью сканирования плазменного пучка 10-20 мм/с, при среднем токе 40-90 мкА и создают на раневой поверхности нанопленку коагулированного белка раневого экссудата.
Наклеил и забыл: новые бинты от ожогов не нужно будет снимать
Новые российские перевязочные материалы снизят смертность пациентов от обширных ожогов и позволят лечить у больных с сахарным диабетом незаживающие язвы, которые часто приводят к ампутации конечностей. В основе разработки — нановолокна биоразлагаемого материала поликапролактона, которые обогащаются кровью с повышенной концентрацией веществ, способствующих заживлению тканей. По словам ученых, разработка будет в разы доступнее иностранных аналогов на основе натуральных клеточных матриц — при сопоставимой эффективности. Применение нового материала в клинической практике может начаться уже через пять лет.
Фактор роста
В качестве основы для повязки ученые используют поликапролактон, который проходит специальную обработку с помощью холодной плазмы. Этот способ подразумевает воздействие на полимер ионизированным газом, что позволяет подготовить его к дальнейшему взаимодействию с биологическими компонентами.
— В результате этого процесса пористые нановолокна материала «активируются», получая способность присоединять к себе разнообразные активные элементы, содержащиеся в человеческой крови, — пояснил сотрудник лаборатории неорганических наноматериалов НИТУ МИСиС (вуз — участник программы «5-100») Антон Манахов.
Новый терапевтический материал на основе нановолокон из поликапролактона
Фото: misis.ru
Перед тем как соединить повязку с компонентами донорской крови, ученые проводят ее активацию, которая состоит из нескольких циклов замораживания и размораживания, после чего происходит центрифугирование. В результате этих действий специалисты получают так называемую обогащенную плазму, которая характеризуется повышенным содержанием компонентов тромбоцитов — в них входят белки (например, фибронектин и витронектин) и различные факторы роста, которые необходимы для развития живых тканей. Предполагается, что после пропитки компонентами крови бинты будут храниться в холодильнике.
Инновационный материал обладает стойкостью к воздействию бактерий, которая достигается благодаря малому размеру его пор (они нужны в том числе для доступа кислорода к ране). Бактерии не в состоянии проникнуть через такие поры. По словам ученых, в случае необходимости этот эффект может быть усилен с помощью антибиотиков, которыми можно заполнить микроотверстия.
Скорейшее выживание
Основная цель применения новых повязок — ускорение заживления кожи после ожогов, которое будет происходить в два раза быстрее, чем при использовании других перевязочных материалов. Кроме того, помимо увеличения интенсивности лечения, ученые рассчитывают значительно снизить смертность в тех случаях, когда площадь пораженных тканей пациента превышает 30-40%.
Фото: ИЗВЕСТИЯ/Павел Бедняков
— Именно в таких ситуациях процент летальных исходов очень велик, — рассказал Антон Манахов. — Но применение нашей разработки может значительно увеличить шансы на выживаемость благодаря тому, что сконцентрированные в повязке питательные вещества помогают организму справиться с созданием среды для роста живой ткани на большой площади тела. При этом надежная защита от инфекции позволит организму сконцентрироваться на восстановлении, не тратя драгоценные силы на борьбу с заражением.
Также разработчики отметили удобство использования повязки из поликапролактона: за счет биоразлагаемости используемого материала ее не нужно будет снимать с пациента.
В порядке заживления
Помимо лечения ожогов, новые повязки можно будет использовать для терапии язв, которыми страдают больные сахарным диабетом.
— Для этих целей в подготовленную плазму крови пациента мы добавляем ряд синтезированных белков, дополняющих ее состав специально для лечения людей, страдающих нарушениями обменных процессов, — отметила заведующая Лабораторией фармакологических активных соединений НИИ клинической и экспериментальной лимфологии (филиал Института цитологии и генетики СО РАН) Анастасия Соловьева. — Кроме того, новый материал очень удобен для прямой доставки в рану антибиотиков, что значительно эффективнее применения системной терапии.
По словам эксперта, данный вариант лечения будет в разы дешевле, чем в случае использования иностранных перевязочных материалов на основе натуральных клеточных матриц — их стоимость доходит до €1,5 тыс., что запредельно дорого для большинства пациентов российских клиник.
Фото: ИЗВЕСТИЯ/Дмитрий Коротаев
— Доступность нового материала может значительно уменьшить количество случаев, когда хронические раны не поддаются заживлению и вынуждают врачей проводить ампутацию, чтобы спасти пациента, — считает научный сотрудник Лаборатории фармакологических активных соединений НИИ клинической и экспериментальной лимфологии Светлана Мирошниченко.
Холодная кровь
Однако некоторые эксперты отметили и недостатки разработки.
— Лечение ожогов важно начать как можно более оперативно (желательно, в течение часа после получения травмы) — именно так можно минимизировать их последствия, — отметил начальник департамента продаж компании «Апполо» Александр Бордовский. — Вместе с тем скорость применения нового материала будет ограничена условиями его хранения (в частности, для этого необходима температура около -20 ºС) — они будут соблюдаться только в медицинских учреждениях, до которых пациенту необходимо доехать, потратив драгоценное время.
Наличие интереса к разработке со стороны медицинской отрасли подтвердили врачи объединения комбустиологов «Мир без ожогов».
Фото: Depositphotos
— Новый российский материал можно назвать перспективным, однако сделать окончательные выводы о возможностях его применения мы сможем только после завершения всех испытаний, — сообщили в организации.
В настоящее время новый медицинский материал проходит лабораторное тестирование, после которого должен последовать этап доклинических и клинических исследований. Предполагается, что после их завершения инновационные повязки поступят в стационары.
По словам ученых, применение разработки в широкой лечебной практике может начаться уже через пять лет.
- Pund A. U., Shandge R. S., Pote A. K. Current approaches on gastroretentive drug delivery systems. Journal of Drug Delivery and Therapeutics. 2020; 10(1): 139–146. DOI: 10.22270/jddt.v10i1.3803.
- Puccinotti, «Storia della medicina» (Ливорно, 1954—1959).
- Wise, «Review of the History of Medicine» (Л., 1967).
- https://patenton.ru/patent/RU2716263C1.
- https://iz.ru/908523/aleksandr-bulanov/nakleil-i-zabyl-novye-binty-ot-ozhogov-ne-nuzhno-budet-snimat.
- Харенко Е. А., Ларионова Н. И., Демина Н. Б. Мукоадгезивные лекарственные формы. Химико-фармацевтический журнал. 2009; 43(4): 21–29. DOI: 10.30906/0023-1134-2009-43-4-21-29.
- Мустафин Р. И., Протасова А. А., Буховец А. В., Семина И.И. Исследование интерполимерных сочетаний на основе (мет)акрилатов в качестве перспективных носителей в поликомплексных системах для гастроретентивной доставки. Фармация. 2014; 5: 3–5.
- З.С. Смирнова, Л.М. Борисова, М.П. Киселева и др. Противоопухолевая активность соединения ЛХС-1208 (N-гликозилированные производные индоло[2,3-а]карбазола) // Российский биотерапевтический журнал 2010. № 1. С. 80.
