Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по медицине
На правах рукописи
СИПКИН АЛЕКСАНДР ВАЛЕНТИНОВИЧ
ПРИМЕНЕНИЕ МАГНИТНЫХ НАНОЧАСТИЦ В ЛЕЧЕНИИ ГНОЙНО-ВОСПАЛИТЕЛЬНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ ГОЛОВЫ И ШЕИ
(экспериментально-клиническое исследование)
14.01.17 Ц хирургия
А в т о р е ф е р а т
диссертации на соискание ученой степени
кандидата медицинских наук
Красноярск - 2012
Работа выполнена на кафедре общей хирургии ГБОУ ВПО Красноярский государственный медицинский университет им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого Минздравсоцразвития России.
Научный руководитель:
доктор медицинских наук, профессор - Винник Юрий Семенович
Научный консультант:
доктор медицинских наук - Добрецов Константин Григорьевич
Официальные оппоненты:
Сухоруков Александр Михайлович - доктор медицинских наук, профессор, зав. кафедрой и клиникой хирургических болезней ИПО КрасГМУ им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого.
Петрушко Станислав Иванович - доктор медицинских наук, профессор, ординатор хирургического отделения №1 ГБМУ ГКБ № 7 г. Красноярска.
Ведущее учреждение:
ГБОУ ВПО Новосибирский государственный медицинский университет Минздравсоцразвития России.
Защита диссертации состоится л__________________2012 г. в ____часов на заседании диссертационного совета Д 208.037.02 при Красноярском государственном медицинском университете им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого. (660022, г. Красноярск, ул. П.Железняка, 1).
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Красноярского государственного медицинского университета им. проф. В.Ф. Войно-Ясенецкого. (660022, г. Красноярск, ул. П.Железняка, 1).
Автореферат разослан л______________________2012 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета Д 208.037.02
кандидат медицинских наук, доцент Кочетова Л.В.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В последнее время отмечается отчетливая тенденция к росту числа больных с гнойно-воспалительными заболеваниями головы и шеи (Бажанов Н.Н. с соавт., 2006). Причем самой распространенной патологией являются одонтогенные флегмоны челюстно-лицевой области и шеи, а также абсцедирующие фурункулы носа (Агапов В.С. с соавт., 2006; Гайворонская Т.В. с соавт., 2007). Увеличение количества таких пациентов связано с ростом фоновой патологии, изменением иммунного статуса населения, ухудшением экологической обстановки, массовым и бесконтрольным применением современных антибактериальных препаратов, усилением вирулентности условно-патогенных микроорганизмов и патоморфизмом количественного и видового состава раневой микрофлоры (Никитин А.А. с соавт., 2004). В первую очередь такая ситуация касается сельских жителей, где социально-бытовые условия значительно уступают городскому населению.
На современном этапе развития клинической хирургии, оториноларингологии и стоматологии существенно возрос интерес к исследованиям, направленным на улучшение терапии гнойно-воспалительных заболеваний головы и шеи (Погосов В.С. с соавт, 1991; Эшбадалов Х.Ю., 2005). Однако, несмотря на большое разнообразие методов лечения, отмечается заметная тенденция к учащению хронических проявлений болезни и увеличению числа осложнений (Агапов В.С. с соавт., 2006).
Известно, что одним из факторов, отягощающих течение гнойно-воспалительных заболеваний головы и шеи, является нарушение микроциркуляции, которое особенно выражено в очаге воспаления. В развитии этого синдрома большое значение имеет диссеминированное внутрисосудистое свертывание крови. Возникновение инфекционно-септического синдрома тесно связано с бактериемией и токсемией, адгезией и агрегацией тромбоцитов, тяжелым эндотелиозом, выделением тканевого тромбопластина из поврежденных тканей. Развитие микроциркуляторных нарушений приводит к расстройству трофики тканей и гипоксии, а также способствует депонированию и размножению микроорганизмов в выключенных из кровоснабжения микрососудах. Это препятствует проникновению в очаг воспаления антибактериальных препаратов, что обусловливает недостаточную эффективность базисной традиционной антибактериальной терапии (Цеймах Е.А. с соавт., 2004).
Изменить низкий потенциал активности антибиотиков в очагах микробного воспаления может целенаправленная доставка лекарственных средств. При этом следует рассчитывать на увеличение концентрации препарата в очаге и, соответственно, на уменьшение проникновения его в другие ткани и органы, являющиеся мишенями побочного эффекта (Абдрахманов С.А. с соавт., 1999; Скидан И.Н. с соавт., 1999; Nursal T.Z. et al., 2006).
Идея создания лекарственных форм, обеспечивающих направленную доставку лекарственных веществ к месту действия, является одной из наиболее привлекательных и прогрессивных в современной медицине. Весьма интенсивно ведутся исследования по изучению возможности использования носителей лекарственных веществ в виде наночастиц (Абдрахманов С.А., с соавт., 1999; Васильев А.Е., 2003; Tartaj Р. et al., 2003; Kogan M.J. et al., 2007; Lu A.H. et al., 2007).
Под названием наночастицы принято понимать коллоидные частицы размером от 10 до 1000 нанометров, состоящие из макромолекулярного биодеградирующего и биосовместимого материала, в который активно внедрено лекарственное вещество (Гуляев А.Е. с соавт., 2004; Kreuter J., 2007). Ассоциированное лекарственное вещество с наночастицами может попадать во внутритканевую и внутриклеточную среды. Фармакологическая активность лекарственного препарата затем восстанавливается при разрушении полимерной основы наночастиц. Таким образом, наночастицы могут осуществлять направленный транспорт лекарств в пораженные ткани. Это наиболее целесообразно для антибактериальных препаратов при гнойно-воспалительных заболеваниях.
Тем не менее, проблема направленного действия антибиотиков с помощью наночастиц к настоящему времени до конца не изучена и не решена.
Поэтому, для адресной доставки антибактериальных препаратов при гнойных заболеваниях головы и шеи мы сочли возможным использовать магнитные наночастицы, а внешнее магнитное поле - в качестве движущей силы, что и явилось темой диссертационного исследования.
Цель исследования. Повысить эффективность хирургического лечения гнойно-воспалительных заболеваний головы и шеи.
Задачи исследования.
1. Изучить эффективность использования магнитных наночастиц, ассоциированных с антибиотиком, при лечении инфицированных ран в эксперименте.
2. Исследовать динамику микробного пейзажа при лечении гнойно-воспалительных заболеваний головы и шеи в клинике.
3. Определить клиническую целесообразность адресной доставки антибиотика с помощью магнитных наночастиц, при лечении гнойно-воспалительных заболеваний головы и шеи.
4. Выяснить медико-социальную и экономическую эффективность применения магнитных наночастиц при лечении гнойно-воспалительных заболеваний головы и шеи.
Научная новизна. Впервые установлено, что местное применение магнитных наночастиц с антибиотиком при лечении гнойно-воспалительных процессов головы и шеи уменьшает концентрацию патогенных микроорганизмов и значительно ускоряет заживление гнойных ран.
Достоверно доказано, что введение антибиотика в гнойную рану с помощью магнитных наночастиц приводит к усилению макрофагальной реакции, завершению фагоцитоза и раннему появлению фибробластов.
Адресная доставка антибиотика в очаг поражения при гнойно-воспалительных заболеваниях головы и шеи способствует стимуляции внутренних механизмов борьбы с инфекцией: повышению активности ферментов миелопероксидазы, NADPH-оксидазы и активных форм кислорода.
Выявлено, что применение магнитных наночастиц с антибиотиком при лечении гнойно-воспалительных заболеваний головы и шеи сокращает сроки нетрудоспособности больных и обеспечивает значительный экономический эффект.
Практическая значимость. Разработанный способ применения магнитных наночастиц для лечения гнойно-воспалительных заболеваний головы и шеи позволяет существенно уменьшить продолжительность воспалительной реакции, снизить тяжесть заболевания и сократить сроки заживления гнойной раны.
Применение магнитных наночастиц в лечении гнойно-воспалительных заболеваний головы и шеи существенно уменьшает риск развития таких осложнений, как флебит вен лица, медиастинит, сепсис.
Анализ показал, что адресная доставка антибиотика в очаг поражения с помощью магнитных наночастиц при гнойно-воспалительных заболеваниях головы и шеи сокращает сроки госпитализации больных на 3 дня, снижает затраты на лечение, уменьшает действие лекарственных веществ на здоровые ткани и ускоряет социальную реабилитацию пациентов. Это дает основание рекомендовать предлагаемую методику для широкого внедрения в практическое здравоохранение: в оториноларингологии, челюстно-лицевой хирургии, общей хирургии и других областях медицины.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Применение магнитных наночастиц при лечении инфицированных ран у лабораторных животных значительно уменьшает воспалительную реакцию и стимулирует регенерацию.
2. Адресная доставка антибиотика с помощью магнитных наночастиц способствует усилению и пролонгированию антибактериального эффекта, что приводит к быстрой элиминации возбудителя и очищению раны при гнойно-воспалительных заболеваниях головы и шеи.
3. Благодаря направленному действию антибиотика применение магнитных наночастиц при гнойно-воспалительных заболеваниях головы и шеи снижает интенсивность местных реакций и способствует эпителизации ран.
4. Использование магнитных наночастиц, ассоциированных с антибиотиком, при лечении гнойно-воспалительных заболеваний головы и шеи уменьшает сроки госпитализации пациентов и существенно снижает затраты на стационарное лечение.
Внедрение. Методика использования магнитных наночастиц для адресной доставки лекарственных веществ в пораженные ткани внедрена в практику ЛОР-отделения и гнойной хирургии Дорожной клинической больницы на станции Красноярск.
Апробация. Основные положения диссертации доложены на: заседании городского общества оториноларингологов (Красноярск, 2009), краевой конференции оториноларингологов (Красноярск, 2010), конференции Российского общества ринологов (Ярославль, 2010), заседании городского общества хирургов (Красноярск, 2011), XVII Конгрессе Российского общества ринологов (Казань, 2011).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 17 печатных работ, из них 13 в журналах, рецензируемых ВАК Министерства образования и науки РФ. Получен патент РФ на изобретение.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 124 страницах машинописного текста, состоит из введения, 4 глав, обсуждения полученных результатов, выводов, практических рекомендаций и списка литературы, который включает 244 источников (отечественных авторов - 144 иностранных - 100), 15 таблиц, 35 рисунков.
ичный вклад автора. Весь материал, представленный в диссертации, собран, обработан и проанализирован лично автором. Автор принимал непосредственное участие в изучении наночастиц, в проведении экспериментальных исследований на лабораторных животных, а также в лечении больных.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Экспериментальная часть работы выполнена на 30 крысах с массой тела 220-250г. и является фрагментом комплексного исследования, проводившегося нами на базе кафедры оториноларингологии Красноярского государственного медицинского университета совместно с д.м.н. Добрецовым К.Г. и к.б.н. Инжеваткиным Е.В. из Международного научного центра исследований экстремальных состояний организма при Президиуме КНЦ СО РАН г. Красноярска.
Эксперименты на животных и выведение их из эксперимента проводились в соответствии с требованиями и положениями, изложенными в Хельсинской Декларации Всемирной Медицинской Ассоциации (2000). На депилированной коже поясничного отдела крыс под эфирным наркозом производились дозированные ожоги металлической пластинкой площадью 100 мм2 с температурой 135 - 137С в течение 3 с. Лечение начинали со второго дня после термического воздействия, когда рана инфицировалась, и продолжали в течение семи суток. В зависимости от способа лечения крысы были разделены на 2 группы по 15 животных в каждой:
Группа сравнения - лечение проводилось с помощью аппликаций растворенного в физиологическом растворе антибиотика ампициллина в дозе 500мг и магнитотерапии аппаратом Полюс-101 (одна процедура в день в течение 7 дней).
Группа 1 - лечение проводилось магнитными наночастицами, ассоциированными с ампициллином в дозе 500мг, в сочетании с магнитовоздействием аппаратом Полюс-101 (одна процедура в день в течение 7 дней).
Препарат равномерно распределялся по всей обожженной поверхности кожи с помощью стерильных ватных тампонов.
Аппарат Полюс-101 (Завод ЭМА г. Екатеринбург, Россия) использовался с градиентом 4-6 мТл/мм и величиной магнитной индукции 10,14-19,56мТл.
Критериями оценки проводимого лечения являлись состояние и скорость заживления раневой поверхности, данные бактериологического и гистологического исследований.
Методика введения антибиотика в мягкие ткани основана на магнитных свойствах наночастиц, и их способности диффузно проникать вглубь пораженных тканей (патент на изобретение №2381030). Благодаря образованию соединения между антибиотиком и наночастицами за счет водородных связей, ампициллин также диффундировал в пораженные ткани.
Предложенная методика использования магнитных наночастиц достаточно проста и не требовала дополнительного обучения персонала.
В результате, при макроскопическом контроле за течением репаративного процесса у крыс с гнойными ранами было отмечено, что в группе животных, получавших местно наночастицы с ампициллином, раны заживали в два раза быстрее, чем у животных, получавших только ампициллин (р<0,05). Уменьшение воспалительной реакции связано с сохранением антибактериальных и противовоспалительных свойств комплекса наночастица/ампициллин, что положительно влияло на сроки заживления раневых поверхностей.
При сравнительном анализе микрофлоры у крыс установлено, что применение магнитных наночастиц с антибиотиком способствовало значительному уменьшению числа бактерий на седьмые сутки лечения. Так, при сопоставлении результатов микробиологического исследования оказалось, что количество микрококков в группе 1 было меньше в 4 раза (р<0,05); энтерококков - в 3 раза (р<0,05), а стафилококков - более чем в 2000 раз (р<0,01), чем в группе сравнения. Также, в отличие от контроля, в группе 1 не высевались бактерии E.coli, что однозначно ускорило процесс заживления (табл. 1).
Таблица 1
Соотношение микрофлоры в ранах крыс на 7 сутки после ожога (n=30, Mm).
Показатели (КОЕ/мл) | Гр. сравнения | 1 группа |
Staphylococcus spp. | 2,80,4.106 | 1,10,4.104** |
Enterococcus sp. | 3,02,4.104 | 1,00,4.104* |
E.coli | 1,00,5.105 | 0 |
P.aeruginosa | 1,20,3.104 | 0 |
Micrococcus sp. | 4,01,0.104 | 1,00,4.104* |
* - р<0,05; ** - р<0,01 относительно группы сравнения
Эффективная местная антибактериальная терапия в группе 1 была обусловлена способностью магнитных наночастиц, ассоциированных с ампициллином, проникая в толщу пораженных тканей, пролонгировать антибактериальную активность препарата.
Результаты морфологического исследования подтвердили эффективность методики. Так, на десятые сутки после ожога данные гистологического исследования ран животных группы 1 свидетельствовали о доминировании регенеративных процессов, в отличие от группы сравнения, где определялась отчетливая картина воспаления (рис. 1).
Рисунок 1 (А, Б). Гистологическая картина картина ран крыс на 10 день болезни. Окраска гематоксилином и эозином. х100. А) Грануляционная ткань с умеренной воспалительной полиморфноклеточной инфильтрацией в строме. Б) Грануляции с незначительной лимфоплазматической инфильтрацией.
Положительные результаты экспериментальных исследований по изучению свойств магнитных наночастиц ферригидрита явились основанием для использования их при местной терапии гнойно-воспалительных заболеваний головы и шеи у людей.
КЛИНИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Общая характеристика больных и методы исследования. Работа выполнена в 2007 - 2010гг. на базе отделения оториноларингологии (зав. отд. к.м.н. Афонькин В.Ю.) и травматологии (зав. отд. Екимов М.Г.) Дорожной клинической больницы на станции Красноярск.
Под наблюдением находилось 63 пациента с гнойно-воспалительными заболеваниями головы и шеи: из них 46 мужчин (73,1%) и 17 женщин (26,9%), в возрасте от 18 до 64 лет (табл. 2).
Таблица 2
Распределение больных по возрасту и полу (n=63).
Возраст | Мужчины, абс. (%) | Женщины, абс. (%) | Всего, абс. (%) | |
18 - 20 | 9 (19,6) | 2 (11,8) | 11 (17,5) | |
20 - 29 | 18 (39,1) | 7 (41,2) | 25 (39,7) | |
30 - 39 | 5 (10,9) | 4 (23,5) | 9 (14,3) | |
40 - 49 | 7 (15,2) | 3 (17,6) | 10 (15,9) | |
50 - 59 | 4 (8,7) | 1 (5,9) | 5 (7,9) | |
60 и старше | 3 (6,5) | 0 (0) | 3 (4,7) | |
Всего | 46 (100) | 17 (100) | 63 (100) | |
Как видно их таблицы 2, преобладали больные в возрасте от 20 до 29 лет (39,7%). Большинство обследованных (46 человек; 73%) было с длительностью заболевания от 2 до 5 суток. Все больные были без соматической патологии в компенсированном клиническом состоянии. Социально-бытовые условия у всех больных были расценены ими как удовлетворительные, т.е. они имели постоянную работу и место жительства, материальное состояние семьи позволяло поддерживать достаточный уровень питания.
Сразу после госпитализации всем пациентам проводили радикальное вскрытие гнойного очага, ревизию и дренирование заинтересованных клетчаточных пространств. При одонтогенных флегмонах производилось удаление причинного зуба. Все больные были подобраны таким образом, чтобы объем и характер оперативного вмешательства, а также распространенность гнойно-воспалительного процесса были, примерно, одинаковые. Диагноз и локализация гнойных процессов представлены в таблице 3.
Таблица 3
Характер и локализация гнойно-воспалительных процессов головы и шеи у исследуемых больных (n=63).
Нозология | абс. (%) |
Абсцедирующий фурункул носа | 21 (33,3) |
Абсцедирующий фурункул щеки | 5 (7,9) |
Абсцедирующий фурункул подчелюстной области | 7 (11,2) |
Абсцедирующий фурункул височной области | 6 (9,5) |
Абсцедирующий фурункул подбородочной области | 6 (9,5) |
Флегмона поднижнечелюстного пространства | 4 (6,4) |
Флегмона подподбородочного пространства | 5 (7,9) |
Флегмона крыловидно-челюстного пространства | 5 (7,9) |
Флегмона боковой поверхности шеи | 4 (6,4) |
Как видно из таблицы 3, большую часть оперированных составили пациенты с абсцедирующими фурункулами носа (21 человек; 33,3%). Операция выполнялась под местной инфильтрационной анестезией 0,5% раствором новокаина. Скальпелем производился разрез кожи в наиболее выбухающем месте. После эвакуации гнойного содержимого осуществлялась ревизия клетчаточных пространств и дренирование гнойной полости.
В исследовании не включались пациенты с осложнениями (флебит вен лица, медиастенит, сепсис), пациенты с сахарным диабетом, получавшие курсы антибиотикотерапии в течение последнего месяца или курсы лучевой, системной кортикостероидной и химиотерапии в течение последнего года, имеющие в анамнезе аллергические реакции на антибиотики группы цефалоспоринов и пенициллинов, лабораторно подтвержденными иммунодефицитными состояниями, а также беременные и кормящие женщины.
После операций больные получали антибиотики (цефoтаксим 1г, внутримышечно 2 раза в день - 7 дней), дезинтоксикационную терапию (ацесоль 400мл, внутривенно капельно, 1 раз в день - 3-4 дня), анальгетики (кетонал 10мг внутримышечно, 2 раза в день - 3 дня), дезагреганты (аспирин 0,5г по 1 табл. 3 раза в день - 3 дня), ежедневно проводились перевязки с использованием 3% перекиси водорода, 10% раствора хлорида натрия, после удаления дренажа использовалась мазь Левомеколь (2 раза в день - 5-7 дней). Кроме этого, пациенты группы сравнения получали физиопроцедуры в виде магнитотерапии (1 раз в день - 5 дней).
Для проведения сеансов магнитотерапии использовали аппарат Полюс-101 (ГОСТ Р 50267.0-92) (В.А. Еремин В.А. с соавт., 1986).
Аппарат предназначен для лечебного воздействия магнитным полем, в том числе и на ткани головы и шеи. Он состоит из электронного блока и двух индукторов л1 и л2. Каждый индуктор представляет собой соленоид, укрепленный на двух стойках и снабженный кабелем, который заканчивается вилкой для присоединения к электронному блоку. Аппарат обеспечивал работу магнитного поля в непрерывном режиме. С учетом анатомических особенностей и согласно инструкции по применению, аппарат был использован с градиентом магнитного поля 4-6 мТл/мм и величиной магнитной индукции 10,14-19,56мТл. Длительность сеанса составляла 20 минут.
В зависимости от методов местного лечения все больные с гнойно-воспалительными заболеваниями головы и шеи были распределены на 2 группы. Причем в каждой из выделенных групп пациенты были представлены примерно с одинаковой локализацией и интенсивностью патологического процесса.
Группа сравнения - состояла из 32 больных с гнойно-воспалительными заболеваниями головы и шеи у которых в послеоперационном периоде местно использовали антибиотик амоксициллина клавуланат - Амоксиклав, Сандоз, Швейцария и магнитотерапию (одна процедура в день в течение 5 дней).
Группа I - состояла из 31 больного с гнойно-воспалительными заболеваниями головы и шеи, у которых в послеоперационном периоде применялось местное лечение магнитными наночастицами, ассоциированными с антибиотиком амоксициллина клавуланатом - Амоксиклав, Сандоз, Швейцария (одна процедура в день в течение 5 дней).
Таким образом, состав групп статистически достоверно не различался, и поэтому они были адекватны для корректного анализа результатов проведенного лечения.
Для обследования наблюдаемых пациентов нами применялся комплекс современных клинико-лабораторных и инструментальных методов исследования:
- Анкетирование.
- Термометрия.
- Общий анализ крови.
- Визуальный осмотр раны.
- Цитологический метод.
- Хемилюминесцентный метод.
- Бактериологический метод.
- Иммунологический метод.
Статистическая обработка осуществлялась при помощи электронных таблиц УExcelФ на базе персонального компьютера IBM P-700, где проводилась первичная математическая обработка с вычислением средних значений полученных данных. Достоверность различий определялась по критериям Стьюдента и Фишера при нормальном распределении сравнительных рядов, и по критериям Вилкоксона-Манн-Уитни и Хи-квадрат при рядах, отличающихся нормальным распределением.
Основные результаты исследования и их обсуждение.
На современном этапе развития хирургии лечение гнойно-воспалительных заболеваний головы и шеи остается актуальным и постоянно дискутируется на научных и клинических семинарах, съездах, в монографиях и статьях. Несмотря на активное внедрение новых антибактериальных препаратов, число больных с гнойно-воспалительными заболеваниями не уменьшается. Более того, увеличивается число таких грозных осложнений как флебит, медиастинит, сепсис и другие. Также отмечается рост вялотекущих и атипичных гнойно-воспалительных процессов. Активное применение современных антибиотиков привело к появлению и широкому распространению большого числа антибиотикорезистентных и антибиотикозависимых штаммов, что усугубляет течение заболевания, тем самым, затрудняя лечение.
Для борьбы с бактериальной инфекцией в очаге гнойной раны нами предложен метод управляемой доставки антибиотиков в ткани с помощью магнитных наночастиц.
В настоящее время большой интерес к наноструктурам вызван возможностью использования их в различных областях: электроника, оптика, энергосбережение, электрохимия и медицинские науки. Применение магнитных наночастиц в биологии и медицине связано с созданием и использованием магнитных жидкостей, представляющих собой коллоиды из магнитных наночастиц, покрытых поверхностно-активным веществом, или взвешенных в каком-либо носителе.
Магнитные наночастицы имеют ряд преимуществ - они находятся в суперпарамагнитном состоянии и являются устойчивыми в водном (при нейтральном pH) и физиологическом растворах. Однако коллоидная устойчивость магнитной жидкости зависит, во-первых, от размеров частиц, которые должны быть достаточно мелкими, чтобы избежать осаждения под действием силы тяжести, и, во-вторых, от химического состава и заряда поверхности. Дополнительные требования к частицам-кандидатам для биомедицинского применения диктует способ их возможного использования - in vivo или in vitro. Наночастицы оксида железа, такие как ферригидрит (5Fe2O3.9H2O), наиболее привлекательны для биомедицинских целей.
В 2006г в институте биофизики СО РАН г. Красноярска (н.с. Ладыгина В.П.) в результате культивирования грамотрицательной палочки семейства Enterobacteriaceae, рода Klebsiella, вида Klebsiella oxytoca, выделенной из сапропеля озера Боровое Красноярского края, были получены магнитные наночастицы.
В институте физики СО РАН г. Красноярска (к. ф-м. н. Столяр С.В.), на основе сопоставления результатов магнитных и прямых структурных методов исследования установлено, что магнитные наночастицы, образующиеся в результате жизнедеятельности микроорганизмов, являются ферригидритом 5Fe2O3.9H2O. Согласно исследованиям, выполненным методом мессбауэровской спектроскопии, в биоминеральных наночастицах, продуцируемых Klebsiella oxytoca, реализуются две магнитоупорядоченные фазы. В зависимости от времени культивирования бактерий происходит перераспределение заселенности позиций.
В результате проведенных работ, было выявлено, что наночастицы ферригидрита размером 2Ц5анм, производимые бактериями Klebsiella oxytoca при биоминерализации растворов солей железа из природной среды, обладают уникальными магнитными свойствами. В них сосуществуют антиферромагнитный порядок, присущий массивному ферригидриту и спонтанный магнитный момент, обусловленный декомпенсацией спинов в подрешетках наночастицы. Усиленная эффектом суперантиферромагнетизма магнитная восприимчивость обеспечивает возможность магнитного управления этими природными объектами.
В результате проведенных исследований в Дорожной клинической больнице на ст. Красноярск (д.м.н. Добрецов К.Г.) и НИИ Медицинских проблем Севера (к.б.н. Коленчукова О.А.) благодаря хемилюминесцентному анализу и опытам на лабораторных животных (мыши, крысы), установлено отсутствие токсических свойств у наночастиц ферригидрита. Согласно работам Добрецова К.Г., была достоверно доказана эффективность применения магнитных наночастиц ферригидрита при лечении обострения хронического риносинусита и после ринохирургических вмешательств.
Фундаментальные и клинические исследования магнитных наночастиц ферригидрита позволили применить их для адресной доставки антибиотика в пораженные ткани и в других областях медицины, в частности в хирургии, при лечении гнойно-воспалительных заболеваний головы и шеи.
Таким образом, с целью изучения эффективности метода был проведен сравнительный анализ результатов лечения двух групп больных с различными очаговыми гнойно-воспалительными процессами в области головы и шеи. Тяжесть патологического процесса у больных были примерно одинаковой. Это позволило провести корректный анализ результатов проведенного лечения.
Для ассоциирования с наночастицами был использован ингибиторозащищенный полусинтетический пенициллин Амоксиклав (Sandoz, Австрия) для парентерального введения, содержащий амоксициллин и клавулановую кислоту в дозе 1,2г. Антибиотик растворяли в 5 мл приготовленного раствора магнитных наночастиц. Полученным раствором смачивали марлевую салфетку и прикладывали к ране, после чего к повязке подносили индуктор аппарата Полюс-101. Продолжительность магнитовоздействия составляла 20 минут, 1 раз в день, в течение 5 дней.
Для создания внешнего магнитного поля у больных исследуемых групп и проведения магнитотерапии в группах сравнения применялся переносной аппарат Полюс-101 (ГОСТ Р 50267.0-92). С учетом анатомических особенностей и согласно инструкции по применению, мы использовали магнитную индукцию с величиной 10,14-19,56мТл. и градиентом магнитного поля 4-6 мТл/мм.
Таким образом, методика адресной доставки антибиотика в очаг поражения с помощью магнитных наночастиц и внешнего магнитного поля была идентична той, которая проводилась в эксперименте.
Изучение жалоб больных с гнойно-воспалительными заболеваниями головы и шеи показало, что в первый день после операции у всех пациентов обеих групп отмечались боль, выделения из раны, припухлость мягких тканей, слабость, недомогание. Купирование клинических симптомов у больных I группы происходило быстрее, чем в группе сравнения благодаря способности магнитных наночастиц доставлять антибактериальное средство в толщу пораженных тканей и пролонгировать антибактериальный и противовоспалительный эффект препарата. Доставка антибиотика в очаг поражения в группе сравнения затруднялась выраженным отеком и обильными гнойными выделениями. Активная диффузия антибиотика в ткани с помощью наночастиц позволила избежать этих сложностей и повысить эффективность местной антибактериальной терапии. Выздоровление пациентов в группе I в среднем наступало на седьмой день болезни, тогда как в группе сравнения купирование воспаления происходило только на десятые сутки (р<0,01).
При изучении температурной реакции оказалось, что время нормализации этого показателя у пациентов обеих групп исследования достоверно не отличалось. Однако количество пациентов, у которых гипертермия сохранялась свыше трех дней, было в 2 раза меньше в группе I, чем в группе сравнения (р<0,05).
При определении уровня лейкоцитов крови у больных обеих групп исследования достоверных различий также не выявлено. По-видимому, это объясняется тем, что использование системных антибактериальных препаратов (внутримышечные инъекции цефалоспоринов II-III поколения) и инфузионной терапии в значительной степени повлияло на острую фазу воспаления и развитие интоксикационного синдрома, а оперативное вскрытие гнойного очага было своевременным и адекватным.
При визуальном осмотре в первые сутки болезни у всех больных отмечались гиперемия, инфильтрация и отечность мягких тканей, гнойное отделяемое из ран. Применение магнитных наночастиц с амоксиклавом у больных группы I приводило к положительным изменениям локального статуса быстрее, чем в группе сравнения. Это проявлялось в уменьшении гнойного отделяемого, отечности мягких тканей и болезненности при пальпации. Стихание воспаления у больных I группы наступало на седьмые сутки, тогда как в группе сравнения - только к десятому дню (р<0,05). (рис. 2).
Рисунок 2 (А, Б). Больной К., 25 лет (история болезни №1398), группы I с абсцедирующим фурункулом носа. А) Первые сутки после вскрытия фурункула носа. Обильное гнойное отделяемое, гиперемия, отек мягких тканей. Б) Пятые сутки лечения. Отделяемого из раны нет, отека мягких тканей нет, незначительная гиперемия кожи.
Улучшение местных проявлений у больных с гнойно-воспалительными заболеваниями головы и шеи, леченных наночастицами с антибиотиком, объясняется адресной доставкой антибиотика на всю глубину пораженной ткани, что приводило к уменьшению воспалительной реакции и ускорению заживления ран. Использование амоксиклава местно без наночастиц также способствовало уменьшению воспаления в очаге, однако из-за обильного отделяемого (кровь, гной, серозная жидкость) большая часть препарата оставалась на поверхности раны. Кроме этого, отек мягких тканей являлся барьером на пути проникновения антибиотика в пораженную область. Эти недостатки устранялись при введении амоксиклава с помощью наночастиц и внешнего магнитного поля.
При цитологическом исследовании мазков-отпечатков гнойных ран выявлено, что в первые сутки во всех группах цитограммы были дегенеративно-воспалительного и воспалительного типа. Это напрямую связано с патогенезом развития локального гнойного воспаления. На третий день лечения в группе сравнения этот тип цитограмм сохранялся. Применение магнитных наночастиц с антибиотиком привело к уменьшению воспалительной реакции и стимуляции процессов регенерации. Тип цитограмм у больных I группы исследования приобретал воспалительно-регенеративный характер (р<0,001). Элиминация возбудителя из очага приводила к усилению макрофагальной реакции, завершению фагоцитоза и раннему появлению фибробластов и эпителиальных клеток. Таким образом, данные цитологического исследования подтверждают результаты визуального осмотра ран. На пятые сутки лечения цитологическая картина у больных группы сравнения сохраняла признаки воспаления, а цитограммы больных I группы исследования соответствовали регенеративному варианту (р<0,05). (рис. 3).
Рисунок 3 (А, Б). Цитологическая картина ран у больных с флегмонами шеи на пятые сутки после вскрытия. Окраска по Романовскому-Гимза. Х400. А) Цитограмма больного Б., 20 лет, (история болезни №3524) группы сравнения. Сохраняется умеренная воспалительная реакция. Б) Цитограмма больного Н., 28 лет (история болезни №2152) группы I. Регенеративно-воспалительный тип цитограммы.
Использование магнитных наночастиц с амоксиклавом достоверно снижало интенсивность воспалительных проявлений и ускоряло регенеративные процессы в ранах исследуемых больных.
По данным хемилюминесцентного исследования в первые сутки заболевания у всех больных показатели были ниже нормы. Это объясняется угнетением активности нейтрофилов за счет роста и размножения бактериальной микрофлоры, а также результатами хирургического воздействия на ткани. Элиминация бактериального агента и продуктов тканевого распада (в результате сорбции наночастицами) приводила к повышению активности ферментов миелопероксидазы, NADPH-оксидазы и других активных форм кислорода. Это проявлялось повышением основных показателей хемилюминесцентной реакции у больных группы I: sImax с люцегенином и люминолом (р<0,001), iImax с люминолом (р<0,01) на пятые сутки, а также восстановлением индекса активации с люминолом (iSmax/sSmax). Аналогичные показатели у больных групп сравнения были более низкими.
Таким образом, использование наночастиц с антибиотиком, с одной стороны, эффективно уменьшало бактериальную нагрузку на пораженные ткани, а с другой - значительно усиливало активность нейтрофилов, что приводило к стимулированию внутренних механизмов борьбы с инфекцией.
Анализ уровня провоспалительных цитокинов показал значительное уменьшение концентрации интерлейкина-1β (ИЛ-1β) в раневом отделяемом у больных, леченных магнитными наночастицами с антибиотиком, в отличие от пациентов группы сравнения (р<0,05). Это свидетельствовало о снижении антигенной бактериальной нагрузки в очаге поражения, что происходило благодаря целенаправленной доставке антибиотика с помощью магнитных наночастиц (рис. 4).
Рисунок 4. Динамика ИЛ-1β в крови (слева) и раневом отделяемом (справа) у больных обеих групп (n=63, М±m).
Учитывая, что персистенция и размножение микроорганизмов в очаге поражения является основным фактором течения воспалительного процесса и развития осложнений, мы уделили большое внимание микробиологическому анализу влияния магнитных наночастиц с антибиотиком на бактериальную флору.
Результатами микробиологического исследования была подтверждена эффективность местного антибактериального действия комплекса ферригидрит/амоксиклав. Адресная доставка антибиотика в очаг поражения с помощью магнитных наночастиц приводила к выраженному обеднению микробного пейзажа на пятые сутки лечения у больных I группы. Так, уровень наиболее патогенных бактерий рода Streptococcus на пятые сутки лечения у больных, леченных наночастицами с антибиотиком, сократился до 5500,0КОЕ/мл; против 5500000,0 в группе сравнения (р<0,001). Выраженная местная антибактериальная активность комплекса наночастица/антибиотик привела к значительному уменьшению воспалительной реакции и снижению токсемии у больных с гнойно-воспалительными заболеваниями головы и шеи. Это выразилось в ускорении процессов заживления и сокращении сроков стационарного лечения у больных группы I (табл. 4).
Таблица 4
Показатели обсемененности ран у исследуемых больных (n=63, median С25-С75).
Микроорганизмы (КОЕ/мл) | 1 сутки | 5 сутки | ||
Гр. ср. | I | Гр. cр. | I | |
Staphylococcus | 150000,0 (150000,0-1500000,0) | 500000,0 (100000,0-1000000,0) | 100,0 (100000,0-100000000,0) | 100,00 (51,00-20020,00) |
Streptococcus | 50000,0 (50,0-100000,0) | 50000,0 (50,0-100000,0) | 5500000 (10000-105000000) | 5500,00** (1000,00-10000,00) |
Enterococcus | 10000,0 (1000,0-100000,0) | 100000,0 (10000,0-100000,0) | 100 (10-100) | 1000,00 (1000,00-1000,00) |
Micrococcus | 5000,0 (500,0-10000,0) | 10000,0 (1000,0-50000,0) | 0 | 1000,00 (1000,00-1000) |
Enterobacteriaceae | 5000000 (5000000-5000000) | 5000000 (5000000-5000000) | 52500000 (5000000-100000000) | 5050* (100-10000) |
Nesseria | 5000000 (5000000-5000000) | 1000000 (1000000-1000000) | 3500000 (750525,50-52800000) | 0** |
* - р<0,01; ** - р<0,001 относительно группы сравнения
При оценке экономической эффективности лечения пациентов с гнойно-воспалительными заболеваниями головы и шеи выявлено, что применение магнитных наночастиц с антибиотиком позволило сократить время пребывания больных в стационаре до семи дней.
Экономические расчеты показали, что средняя стоимость лечения одного больного с гнойно-воспалительным заболеванием головы и/или шеи при использовании магнитных наночастиц сократилась на 4353 рубля. Таким образом, используя предложенную методику лечения, при учете количества больных с абсцедирующими фурункулами носа, пролеченных за 2010 год в ЛОР отделении Краевой клинической больницы, экономия денежных средств равнялась бы 63180 рублей в год (рис. 5).
Рисунок 5. Сравнительная оценка длительности (слева) и стоимости (справа) стационарного лечения больных, принимавших участие в исследовании (n=63, Mm).
Таким образом, целесообразность местного применения магнитных наночастиц ферригидрита с антибиотиком при лечении гнойно-воспалительных заболеваний головы и шеи не вызывает сомнений. Лечение следует начинать непосредственно после вскрытия гнойного очага, а в качестве антибактериального средства использовать амоксиклав.
ВЫВОДЫ
1. Применение магнитных наночастиц, ассоциированных с антибиотиком, сокращает время заживления инфицированных ран у лабораторных животных в 2 раза.
2. Адресная доставка антибиотика с помощью магнитных наночастиц при лечении больных с гнойно-воспалительными заболеваниями головы и шеи приводит к значительному (более чем в 100 раз) уменьшению количества патогенных микроорганизмов в ране на пятые сутки в сравнении с контролем.
3. Комплексное клинико-лабораторное исследование подтвердило целесообразность применения магнитных наночастиц, ассоциированных с антибиотиком, при лечении гнойно-воспалительных заболеваний головы и шеи - сроки заживления ран уменьшались на 3 дня.
4. В результате использования магнитных наночастиц ферригидрита, ассоциированных с амоксиклавом, средняя продолжительность стационарного лечения больных с гнойно-воспалительными заболеваниями головы и шеи сократилась с 10,52,5к/д до 7,41,2к/д; а стоимость лечения больного уменьшилась на 4353 рублей.
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
1. В комплексном лечении гнойно-воспалительных заболеваний головы и шеи целесообразно использовать магнитные наночастицы ферригидрита, ассоциированные с антибиотиком, в сочетании с внешним магнитным полем.
2. После вскрытия гнойного очага введение магнитных наночастиц ферригидрита, ассоциированных с антибиотиком, следует начинать в раннем послеоперационном периоде.
3. Для адресного воздействия на очаг поражения при гнойно-воспалительных заболеваниях головы и шеи целесообразно использовать ингибиторозащищенный полусинтетический пенициллин - амоксиклав, ассоциированный с магнитными наночастицами.
4. Применение магнитных наночастиц, ассоциированных с амоксиклавом, в дополнении к стандартной терапии существенно сокращает длительность стационарного лечения больных с гнойно-воспалительными заболеваниями головы и шеи на три дня и ускоряет трудовую и социальную реабилитацию пациентов.
Список научных работ, опубликованных по теме диссертации.
1. Способ направленного введения железосодержащих наночастиц в ткани / А. В. Сипкин, К. Г. Добрецов, А. К. Кириченко, С. В. Столяр [и др.] // Материалы научно-практической конференции Актуальные вопросы современной хирургии. - Красноярск, 2008. - С.148-149.
2. Стимуляция проникновения магнитных наночастиц в хрящевую и костную ткань с помощью градиента магнитного поля / К. Г. Добрецов, А. В. Сипкин, А. К. Кириченко, В. П. Ладыгина [и др.] // Сиб. Мед. обозрение. -2008. - № 2 - С.37-39.
3. Перспективы использования магнитных наночастиц в оториноларингологии / А. В. Сипкин, К. Г. Добрецов, А. С. Лопатин, С. В. Столяр [и др.] // Материалы конференции Актуальные вопросы оториноларингологии. - М., 2008. - С.9-11.
4. Магнитотерапия в сочетании с магнитными наночастицами в лечении ран наружного носа / К. Г. Добрецов, А. В. Сипкин, С. В. Столяр, В. П. Ладыгина [и др.] // Материалы научно-практической конференции О развитии научно-практического потенциала здравоохранения ОАО РЖД. - Иркутск, 2008. - С.372-375.
5. Изучение цитотоксичности магнитных железосодержащих наночастиц / А. В. Сипкин, К. Г. Добрецов, А. С. Лопатин, С. В. Столяр [и др.] // Вестник оториноларингологии. - 2008. - № 5. - С.20-21.
6. Опыт применения магнитных наночастиц в медицине и перспективы их использования в оториноларингологии / К. Г. Добрецов, А. В. Сипкин, А. С. Лопатин, В. П. Ладыгина [и др.] // Вестник оториноларингологии. - 2009. - № 2. - С.69-71.
7. Клиническое обоснование использования наночастиц в лечении воспалительных процессов носа и околоносовых пазух / А. В. Сипкин, К. Г. Добрецов, К. В. Пуртов, О. А. Коленчукова [и др.] // Российская ринология. - 2009. - № 2. - С.29-30.
8. Магнитные наночастицы в медицине / А. В. Сипкин, К. Г. Добрецов, К. В. Пуртов, О. А. Баюков [и др.] // Материалы научно-практической конференции Молекулярно-клеточные инновационные медицинские технологии. - Красноярск, 2009. - С.71-76.
9. Изучение свойств магнитных наночастиц в оториноларингологии / К. Г. Добрецов, А. В. Сипкин, А. С. Лопатин, В. П. Ладыгина [и др.] // Российская оториноларингология. - 2009. - № 3. - С.51-56.
10. Использование магнитных наночастиц в лечении раневых процессов на лабораторных животных / А. В. Сипкин, К. Г. Добрецов, А. С. Лопатин, С. В. Столяр [и др.] // Вестник оториноларингологии. - 2009. - № 5. - С.19-21.
11. Применение магнитных наночастиц в оториноларингологии / А. В. Сипкин, К. Г. Добрецов, К. В. Пуртов, С. В. Столяр [и др.] // Вестник оториноларингологии. - 2009. - № 5. - С.21-22.
12. Способ введения магнитных наночастиц в ткани с помощью градиента магнитного поля в эксперименте / К. Г. Добрецов, А. В. Сипкин, А. К. Кириченко, В. П. Ладыгина [и др.] // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. - 2009. - № 6. - С.693-695.
13. Адресная доставка антибиотика при лечении хронического риносинусита / Ю. С. Винник, К. Г. Добрецов, А. В. Сипкин, Е. В. Инжеваткин [и др.] // Российская ринология. - 2010. - № 3. - С.24-25.
14. Наночастицы в лечении послеоперационных процессов носа и околоносовых пазух / А. В. Сипкин, К. Г. Добрецов, А. С. Лопатин, С. В. Столяр [и др.] // Российская оториноларингология. - 2010. - № 4. - С.13-19.
15. Роль магнитных наночастиц в формировании иммунного ответа у больных после ринохирургических вмешательств / К. Г. Добрецов, А. В. Сипкин, А. С. Лопатин, В. П. Ладыгина [и др.] // Российская ринология. - 2010. - № 4 - С.22-24.
16. Новый способ лечения хронического риносинусита / А. В. Сипкин, К. Г. Добрецов, С. В. Столяр, В. П. Ладыгина [и др.] // Вестник Национального медико-хирургического центра им. Н. И. Пирогова. - 2010. - № 4. - С.84-88.
17. Новый способ введения антибиотика при лечении хронического риносинусита / К. Г. Добрецов, А. В. Сипкин, С. В. Столяр, А. С. Лопатин [и др.] // Российская ринология. - 2011. - № 2 - С.10-11.
Патенты:
Пат. 2381030 РФ, МПК А 61 К33/26, А 61 Р 43/00, В 82 В1/00. Способ введения магнитных наночастиц для проведения местной терапии при заболеваниях организма в эксперименте / К. Г. Добрецов, В. Ю. Афонькин, С. В. Столяр, В. П. Ладыгина, А. В. Сипкин. опубл. 10.02.2010, Бюл. №4.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по медицине