CC BY
7УДК 615.015.11
ОЦЕНКА ЗАЖИВЛЯЮЩЕГО ЭФФЕКТА НОВОГО БИОПЛАСТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА ПРИ ЛЕЧЕНИИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ТРОФИЧЕСКИХ РАН
Тарасова Екатерина Ивановна, магистрант, направление подготовки 06.04.01. Биология, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: ekaterina45828@mail.ru
Бурцева Татьяна Ивановна, доктор биологических наук, доцент, профессор кафедры безопасности жизнедеятельности, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail burtat@yandex.ru
Научный руководитель: Нотова Светлана Викторовна, доктор медицинских наук, профессор, профессор кафедры биохимии и микробиологии, заместитель директора Федерального научного центра биологических систем и агротехнологий Российской академии наук, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: vniims.or@mail.ru
Аннотация. Механизмы, лежащие в основе образования трофических язв, включающие нейротро-фические и микроциркуляторные нарушения, затрудняют восстановление целостности поврежденной ткани. Перспективным способом регенерации трофических язв является использование биопластических материалов на основе гиалуроновой кислоты. Целью данного исследования явилась оценка клинико-био-химических параметров организма и ранозаживляющего эффекта нового биопластического материала «G-DERM» на примере эксприментальной трофической раны крысы. В результате было выяснено, что биопластический материал способствовал процессу обеззараживания раны, улучшению белкового и ли-пидного обмена животных, а также более быстрой репаративной регенерации кожи.
Ключевые слова: биопластический материал, трофическая язва, заживление ран.
Для цитирования: Тарасова Е. И., Бурцева Т. И. Оценка заживляющего эффекта нового биопластического материала при лечении экспериментальных трофических ран // Шаг в науку. - 2020. - № 2. -С. 24-28.
EVALUATION OF THE HEALING EFFECT OF A NEW BIOPLASTIC MATERIAL IN THE TREATMENT OF EXPERIMENTAL TROPHIC WOUNDS
Tarasova Ekaterina Ivanovna, graduate student, training program 06.04.01. Biology, Orenburg State
University, Orenburg
e-mail: ekaterina45828@mail.ru
Burtseva Tatyana Ivanovna, Doctor of Biological Sciences, Associate Professor, Professor, Department of
Life Safety, Orenburg State University, Orenburg
e-mailburtat@yandex.ru
Research advisor: Notova Svetlana Viktorovna, Doctor of Medical Sciences, Professor, Professor of the Department of Biochemistry and Microbiology, Deputy Director, Federal Scientific Center for Biological Systems and Agricultural Technologies of the Russian Academy of Sciences, Orenburg State University, Orenburg e-mail: vniims.or@mail.ru
Abstract. The mechanisms underlying the formation of trophic ulcers, including neurotrophic and microcirculatory disorders, make it difficult to restore the integrity of damaged tissue. A promising method for the regeneration of trophic ulcers may be the use of bioplastic materials based on hyaluronic acid. The aim of this study was to evaluate the clinical and biochemical parameters of the body and the wound healing effect of the new bioplastic material «G-DERM» using an experimental rat trophic wound as an example. As a result, it was found that the bioplastic material contributed to the process of disinfecting wounds, improving protein and lipid metabolism of animals, as well as faster reparative skin regeneration.
Key words: bioplastic material, trophic ulcer, wound healing.
Cite as: Tarasova, E. I., Burtseva, T. I. (2020) [Evaluation of the healing effect of a new bioplastic material in the treatment of experimental trophic wounds]. Shag v nauku [Step into science]. Vol. 2, рр. 24-28.
Введение
Заживление раны представляет собой сложный процесс взаимодействия множества типов клеток, факторов роста и внеклеточных белков. Механизмы, лежащие в основе образования трофических язв, включающие нейротрофические и микроцир-куляторные нарушения, затрудняют восстановление целостности поврежденной ткани, задерживая развитие фаз ранозаживления [5]. В результате возникает хроническая незаживающая рана, которая уязвима для инфекции, может вызывать боль и значительно снижать качество жизни [8].
Заживление ран делится на три основные фазы: воспаление, пролиферация и созревание. Воспаление начинается в раневой ткани, и сопровождается удалением загрязнений, а также поврежденных или мертвых тканей. Пролиферативная фаза представляет собой фазу восстановления раневой ткани, во время которой восстанавливается кровоток, компоненты внеклеточного матрикса и эпителий [5]. Созревание определяется реорганизацией коллагена и возвращением некоторого уровня прочности поврежденной ткани. Несмотря на то, что большинство ран проходят одинаковые этапы заживления, острые раны имеют более быстрые сроки заживления, чем хронические. Хронические раны чаще всего не преодолевают воспалительную фазу ранозаживления и, следовательно, не достигают восстановления функциональной целостности [7].
В настоящее время продолжается поиск терапевтических средств, способствующих более быстрому заживлению трофических язв. Используемые на практике методы лечения, включающие колла-геновые повязки, местное применение фенитоина или метронидазола, а также фактора роста тромбоцитов [4], требуют длительного применения для достижения терапевтического эффекта. Актуальной задачей является поиск более простых, безопасных и эффективных средств, способствующих сокращению продолжительности лечения, и, как следствие, улучшающих качества жизни пациентов. Перспективным методом регенерации трофических язв является использование биопластических материалов на основе гиалуроновой кислоты [6]. «Благодаря своим уникальным физико-химическим свойствам, таким как высокая гидрофильность и мультиполярность, молекула гиалуроновой кислоты способствует формированию оптимального внеклеточного матрикса для восстановления пораженных органов, предотвращая явления фиброза и формирования рубцовых тканей» [3].
Таким образом, целью настоящего исследования явилась оценка клинико-биохимических параметров организма и ранозаживляющего эффекта нового биопластического материала «G-DERM» на примере эксприментальной трофической раны.
Материалы и методы
Исследование проводилось на 18 крысах-самцах линии Wistar. Всех животных содержали в одинаковых условиях экспериментально-биологической клиники (вивария) в соответствие с ГОСТ 340882017. Масса животных в среднем составляла от 180 до 200 г.
Моделирование трофической язвы производилось путем иссечения кожи до поверхностной фасции в виде круга диаметром 20 мм на боковой области животного. Для уменьшения нормального кровоснабжения по краям раны накладывался кисетный шов, а также кожно-фасциальные узловые швы, для предотвращения сближения краев раны. Трофическое изменение нижележащих тканей производилось путем рассечения поверхностной фасции разрезами в виде «ячеек» на дне образованной раны [2].
После моделирования повреждения животных распределяли на две равные группы. Контрольную группу составляли животные с интактной раной. Животным опытной группы на экспериментальную рану накладывали биопластический материал «G-Derm», имеющий порошкообразную форму, на 90 % состоящий из гидрогеля на основе нативной гиалуроновой кислоты и на 10 % из коллагена.
Оценка динамики заживления ран проводилась на 3, 7 и 14 сутки эксперимента путем создания меток ран на бумаге, анализа изображений с помощью программного обеспечения Image J и дальнейшего определения площади ран.
Клинический и биохимический анализ крови производился на 3, 7 и 14 опытные дни при помощи биохимического анализатора СS-T240 («Dirui Industrial Co., Ltd», Китай) и геманализатора URIT-2900 Vet Plus («URIT Medial Electronic Co.», Китай).
Гистологический анализ проводился следующим образом: осуществлялось взятие участков раны на 14 сутки эксперимента, с дальнейшей фиксацией образцов в 10 % забуференном формалине. Производилось обезвоживание и уплотнение материалов, приготовление и окрашивание срезов методом Ван-Гизона.
Статистическую обработку данных проводили с использованием пакета прикладных программ «Microcoft Excel 2010». Достоверность различий контрольной и опытной группы оценивали при помощи критерия Манна-Уитни. Уровень значимости p<0,05 принимался за достоверный.
Результаты и обсуждение
После моделирования трофической раны у животных было уменьшено нормальное кровоснабжение, а также нарушен венозный отток и лимфатическая дренажная функция. Площадь полученной трофической раны была равна 201 мм2. В первые сутки у животных регистрировалось сильная отеч-
ность в области повреждения. В контроле наблюдалась кровоточивость ран, в опытной же группе биопластический материал способствовал предотвращению данного процесса.
К третьим суткам эксперимента воспаление раны у животных опытной группы завершалось, рана была чистой, начинал образовываться струп. Раны крыс контрольной группы выглядели отечно, у некоторых животных можно было отметить появление признаков инфекционного поражения. Рана была покрыта жестким струпом, заходящим
За 7 суток наблюдений площадь раны в опытной группе уменьшилась до 78,5 ± 26 мм2, что было практически вдвое меньше раны у животных контрольной группы, начинались процессы краевой эпите-лизации. К 14 дню после экспериментального нанесения раны, ее площадь уменьшилась на 96,4 % от первоначального состояния, тогда как у интактных животных - на 74,9 %.
В контроле у интактных крыс процесс полного заживления раневой поверхности наблюдался в среднем к 27 дню после нанесения трофической язвы, в опытной же группе он наступил уже на 21 сутки. При этом у животных опытной группы после отхо-ждение струпа формировался нежный рубец розового цвета. В контрольной же группе рубец был грубым и сильно возвышался над поверхностью кожи.
По результатам морфологического анализа крови на третьи сутки эксперимента у животных опытной группы отмечалось достоверно более низкое содержание тромбоцитов, а также лейкоцитов и эритроцитов на 41,8 %, 14,4 %, и 16,5 % соответственно, относительно контрольных значений (рисунок 1).
К седьмым суткам эксперимента данные показатели повышались, особенно достоверно возрастал уровень лейкоцитов - на 74,5 % в сравнении с контрольным значением, что свидетельствует об активном обеззараживании раны. На 14 день эксперимента у животных опытной группы статистически значимо был выше показатель тромбоцитов в крови, что, вероятно, свидетельствует о заполнении раны грануляциями и начале эпителизации повреждения.
за края раны и наслаивающимся на кожу. Площадь ран у животных в данной группе практически не изменилась в сравнении с первоначальным размером и была равна 176,7 ± 23 мм2. В опытной группе, где хирургическая рана крыс обрабатывалась биопластическим материалом «^-ЭЕЯМ», отмечался более активный процесс регенерации кожи. На 3 сутки эксперимента у крыс опытной группы площадь раны составляла 132,7 ± 21 мм2, что достоверно на 24,9 % меньше по сравнению с контрольной группой (таблица 1).
По результатам биохимического анализа крови на третьи сутки эксперимента у животных опытной группы наблюдался достоверно наиболее низкий -на 42,1 % по сравнению с контрольным значением уровень глюкозы (рисунок 2). На 7 день эксперимента в опытной группе был зафиксирован достоверно более высокий (на 63,5 %) уровень холестерина. «Метаболические пути холестерина и глюкозы взаимосвязаны в общем обмене энергетических субстратов. Производные холестерина являются компонентом плазматических мембран, участвуют в образовании ряда гормонов, регулирующих энергетический и водно-солевой обмен. Их конечным действием является развитие гипергликемии и увеличение содержания в крови продуктов липидного обмена» [1].
Уровень мочевой кислоты в крови животных опытной группы имел тенденцию к возрастанию относительно контрольной группы с течением времени. Так на третьи сутки эксперимента он был достоверно ниже контроля - на 29,1 %, а к 14 суткам возрос над показателем в контрольной группы на 24,5 %. Высокий показатель мочевой кислоты в крови животных контрольной группы на начальном этапе исследования может свидетельствовать о патологическом состоянии, связанном с усилением распада клеток (в особенности содержащих ядра), а также о нарушении процесса выделения мочевой кислоты.
Уровень мочевины в крови животных опытной группы был достоверно наиболее высоким на 7 сутки, превосходя показатели контроля на 53,3 %,
Таблица 1. Динамика заживления ран в течение эксперимента
День эксперимента Контроль S раны, мм2 Опытная группа S раны, мм2
1 201 ± 20 201 ± 20
3 176,7 ± 23 132,7 ± 21*
7 153,9 ± 20 78,5 ± 26*
14 50,26 ± 12 7,06 ± 4**
21 3,14 ± 3 -
Примечание: * - р < 0,05; ** - р < 0,01 достоверность различий в опытной группе по сравнению с контролем
но к 14 дню эксперимента наблюдалось резкое сни- лечению биопластическим материалом, может ука-жение - до 22,3 % ниже контроля. Высокий пока- зывать на повышенную скорость катаболических затель мочевины в крови животных, подвергшихся реакций, протекающих в экспериментальной ране.
Я Лейкоциты □ Эритроцить Ш Тромбоциты
14-
Деньэксперимента
Примечание: *- р < 0,05; ** - р < 0,01 достоверность различий в опытной группе по сравнению с контролем
Рисунок 1. Изменение морфологических показателей крови животных опытной группы, относительно контрольных значений
Примечание: *- р < 0,05; ** - р < 0,01 достоверность различий в опытной группе по сравнению с конт-контролем
Рисунок 2. Изменение биохимических показателей крови животных опытной группы, относительно контрольных значений
Показатели общего билирубина были близки к контольным значениям на протяжении всего эксперимента, статистически значимых различий выявлено не было.
По итогам гистологического исследования наблюдались следующие результаты. В контрольной группе на 14-е сутки раневой дефект был прикрыт корочкой, состоящей из сегментоядерных лейкоцитов и фибрина. Отмечалось расширение разрастания грануляционной ткани с выходом ее за пределы собственного слоя кожи. Тогда как, в экспериментальной группе на 14-е сутки раневая поверхность была прикрыта корочкой, состоящей из плазмы, фибрина и сегментоядерных лейкоцитов, с подрастающим под нее незрелым многослойным плоским эпителием. Грануляционная ткань состояла из слоя вертикальных и горизонтальных сосудов. Волокнистые структуры преобладали над клеточными, что в контрольной группе не отмечалось.
Выводы
Таким образом, процесс полного заживления экспериментальных трофических язв при применении препарата «G-DERM» завершился раньше, чем у ин-тактных животных. Клинический эффект лечения биопластическим материалом проявлялся в более быстром обеззараживании ран, остановке кровоте-
чения и улучшении общего состояния животных.
Сравнительный анализ регенеративного процесса на 14 сутки показал, что в контроле сохранялась воспалительная клеточная инфильтрация, выходящая за пределы собственного слоя кожи, тогда как в опытной группе такие процессы отсутствовали. Все процессы протекали преимущественно в пределах собственного слоя кожи. Волокнистые структуры преобладали над клеточными.
Гематологическое исследование свидетельствовало о стремительном обеззараживании раны крыс опытной группы, улучшении общего липидного и белкового обмена организма животного.
Полученные результаты свидетельствуют о положительном эффекте лечения трофических ран при использовании нового биопластического материала. Препарат «G-DERM» приводит к снижению воспалительной реакции, позволяет ускорить процесс ранозаживления, защищая поверхность от потерь влаги, и способствует формированию более нежного рубца в результате лечения. Данные приемущества препарата открывают перспективу более масштабного изучения лечебных эффектов биопластического материала и, в случае положительного результата, возможность его внедрения в клиническую практику лечебно-профилактических учреждений.
Литература
1. Кузнецова В. Л., Соловьева А. Г., Перетягин С. П., и др. Биохимические показатели сыворотки крови крыс при лечении ожоговой раны в условиях влажной среды // Вестник новых медицинских технологий. - 2017. - Т. 24. - № 3. - С. 104-108.
2. Пат. 2510083C1 Российская федерация, МПК G09B 23/28 (2006.01). Способ моделирования трофической раны в эксперименте / Зинатуллин Р. М.; заявитель и патентообладатель Уфа. Р. М. Зинатуллин, Т. Р. Гизатуллин. - № 2013102627/14, заявл.21.01.2013; опубл. 20.03.2014, Бюл. № 8. - 9 с.
3. Рахматуллин Р. Р. Биопластический материал на основе гидроколлоида гиалуроновой кислоты и пептидного комплекса для восстановительной и реконструктивной хирургии: дис.... докт. мед. наук: 14.01.24. - Москва, 2014. - 324 с. .
4. Birang R., Torabi A., Shahabooei M., Rismanchian M. Effect of platelet-rich in platelet derived growth factors on peri-implant bone healing: An experimental study in canines // Dent Res J (Isfahan). - 2012. - Vol. 9. -№ 1. - Р. 93-99.
5. Gurtner G. C., Werner S., Barrandon Y., Longaker M. T. Wound repair and regeneration // Nature. -2008. - Vol. 453. - № 7193. - Р. 314-321.
6. Kelechi T. J., Mueller M., Hankin C. S. A randomized, investigator-blinded, controlled pilot study to evaluate the safety and efficacy of a poly-N-acetyl glucosamine-derived membrane material in patients with venous leg ulcers // J. Am. Acad. Dermatol. - 2012. - Vol. 66. - № 6. - Р. 209-215.
7. Pitiakoudis M., Giatromanolaki A., Iliopoulos I., et al. Phenytoin-induced lymphocytic chemotaxis, angiogenesis and accelerated healing of decubitus ulcer in a patient with stroke // Journal of International Medical Research. - 2004. - № 32. - Р. 201-205.
8. Sen C.K., Gordillo G.M., et al. Human skin wounds: a major and snowballing threat to public health and the economy // Wound Repair Regen Off Publ Wound Heal Soc Eur Tissue Repair Soc. - 2009. - Vol. 17. - № 6. -Р. 763-771.
Статья поступила в редакцию: 29.04.2020; принята в печать: 13.08.2020.
