XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Возможности использования ранозаживляющих средств в военно-полевой хирургии

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Осипов М.В. 1

---

1Федеральное государственное казенное общеобразовательное учреждение «Оренбургское президентское кадетское училище»

Палаева И.Г. 1Мартынова А.Н. 1

---

1Федеральное государственное казенное общеобразовательное учреждение «Оренбургское президентское кадетское училище»

Работа в формате PDF

1.3 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя

Введение

Хирургический опыт Великой Отечественной войны (1941-1945) лежит в основе современной российской военно-полевой хирургии, является ее фундаментом, позволяющим предусмотреть любые варианты организации оказания хирургической помощи раненым. В годы Великой Отечественной войны получила широкое развитие и четко оформилась организационно-специализированная хирургическая помощь, соответствующая маневренному характеру боевых действий с участием большого количества сил и средств вооруженной борьбы. В результате советская военная медицина возвратила в строй 72,3 % раненых и более 90,6 % больных.

В годы Великой Отечественной войны многие тысячи раненых обязаны своим спасением сульфаниламидным препаратам, обладающим противомикробными, антибактериальными свойствами. Кроме сульфаниламидных препаратов большую роль в лечении раненых сыграли антибиотики. В Советском Союзе впервые пенициллин (бензилпенициллин) был синтезирован ученым-микробиологом З.В. Ермольевой в 1942 г., русский биолог Г. Ф. Гаузе синтезировал первый оригинальный советский антибиотик – грамицидин С. Это была победа советской медицины в борьбе с инфекциями. Однако использование антибиотиков имеет негативные последствия. Поэтому на сегодняшний день актуальным является поиск принципиально новых ранозаживляющих средств, эффективных при лечении гнойно-воспалительных инфекций. Одним из инновационных направлений в данной области является использование наночастиц.

Изучение способов борьбы с инфицированными ранами, использовавшихся советскими медиками в годы Великой Отечественной войны и сравнение их с возможностями современной медицины, стало целью данного исследования.

Для достижения поставленной цели нами решались следующие задачи:

Изучить особенности военно-полевой хирургии и основные виды ранений в условиях военных действий.

Изучить исторический опыт применения антибиотических средств для заживления инфицированных ран в годы Великой Отечественной войны.

Исследовать и сравнить влияние антибиотиков и наночастиц серебра на заживление экспериментальной раны лабораторных животных.

Объектом исследования послужили антибиотик ампициллин из группы пенициллинов, который в настоящее время наиболее часто используется при лечении хирургических гнойных осложнений и наночастицы серебра, которые обладают высокой антибактериальной активностью.

Предметом исследования стало сравнение влияния антибиотика и наночастиц металла на процесс ранозаживления у лабораторных животных (крыс линии «Wistar»).

База проведения исследования: операционная вивария Оренбургского государственного университета и лаборатория ФНЦ биологических систем и агротехнологий РАН под руководством д.м.н., профессора С.В. Нотовой (приложение 1).

1. Использования антибактериальных средств лечения ран в военно-полевой хирургии времен Великой Отечественной войны.

1.1. Особенности военно-полевой хирургии и основные виды ран в условиях военных действий

Военно-полевая хирургия имеет ряд особенностей, связанных с обстановкой вооружённого конфликта, его ограничениями и опасностями, а также с особыми патофизиологическими свойствами проникающих ранений различной этиологии.

Массовый характер поражений и их исключительная тяжесть, вызывающая смертельный исход, неблагоприятные условия создания асептической обстановки на поле боя для оказания хирургической помощи раненым, тесная зависимость работы санитарных учреждений от общего характера развития боевых операций, а также часто непредвиденный объем и характер хирургической помощи требуют быть всегда наготове к решению трудных задач оказания помощи раненым.

Рана – это нарушение целостности кожного покрова и слизистых оболочек, которое может сопровождаться повреждением глубоколежащих тканей: мышц, суставов, костей и внутренних органов. А ранением называется повреждение тканей и изменения в организме, являющиеся следствием нанесенного повреждения [4].

Раны бывают: огнестрельные (в свою очередь они делятся на сквозные - с входным и выходным отверстиями; слепые, имеющие только входное отверстие, и касательные); резаные - нанесены острым предметом и характеризуются преобладанием длины над глубиной; рубленные - возникают от воздействия тяжелого острого предмета, имеют большие глубины и объём нежизнеспособных тканей; колотые - возникают при повреждении мягких тканей иглой, шилом, гвоздём, штыком и пр.; ушибленные - от удара тупым предметом, сопровождаются раздавлением, большим повреждением тканей и обильным микробным загрязнением; рваные - возникают в результате разрыва под действием твердого предмета; размозженные - образуются в результате сдавливания тканей массивными твёрдыми предметами; укушенные - возникают при укусе животными или человеком, отличаются обильным микробным загрязнением [3].

Главными опасностями любого ранения являются кровотечения и гнойные осложнения в результате попадания в рану микробов. Они попадают в нее вместе с ранящим снарядом (пулей, осколком), увлекающим за собой в рану грязные куски одежды, земли и т.д. Это первичное микробное заражение раны. Вторично после ранения микробы могут попасть в рану с окружающей кожи, от прикосновения к ране грязными руками и другими предметами. Гнойно-воспалительные процессы наблюдаются не только у раненых, но и у 35% – 45% хирургических больных.

За годы войны было ранено 9,86 млн. наших солдат и офицеров. Статистика показывает, что на одного убитого бойца обычно приходилось до трёх раненых, то есть раненых обычно было в три раза больше, чем убитых. Погибли от нанесённых ранений — 1,1 млн. человек [5].

На сегодняшний день накоплен большой клинический опыт и экспериментальные данные по лечению гнойно-воспалительных заболеваний мягких тканей с применением антибиотиков.

1.2. Использование антибиотиков в годы Великой отечественной войны для лечения инфицированных ран

Ответственные задачи поставила война перед медицинской наукой. При Президиуме Академии наук работала Военно-санитарная комиссия, возглавляемая академиком Л. А. Орбели. В ее состав входили такие видные ученые, как А. И. Абрикосов, Н. Н. Бурденко, К. И. Скрябин, А. Д. Сперанский и др. Академик генерал-майор медицинской службы Н. Н. Бурденко занимал ответственный пост главного хирурга Красной Армии. Им было разработано стройное учение о ране и предложены эффективные методы хирургического лечения боевых травм. В 1944 году он провёл испытания первых антибиотиков (пенициллина и грамицидина) в полевых условиях. Для испытания этих препаратов Бурденко специально организовал научную бригаду из хирургов, бактериологов и патологоанатомов и выехал во главе ее на фронт [6].

Антибиотики — это вещества, избирательно подавляющие жизнедеятельность микроорганизмов. Под «избирательным влиянием» подразумевается активность исключительно во взаимоотношении микроорганизмов при сохранении жизнеспособности клеток хозяина и воздействие не на все, а лишь на определенные роды и виды микроорганизмов.

Несмотря на то, что первый в мире антибиотик пенициллин был открыт еще в 1928 году, к началу Великой Отечественной войны в Советском Союзе он был недоступен. В СССР первые образцы этого вещества были получены в 1942 году (приложение 2). Лекарство назвали крустозин, так как его действующее вещество было выделено микробиологом Зинаидой Ермольевой из штамма гриба вида Penicillium crustosum. В кратчайшие сроки был осуществлен биосинтез препарата и налажено его опытное, а затем и промышленное производство. Менее известно открытие советских ученых Георгия Гаузе и Марии Бражниковой, которые в 1942 году смогли выделить из огородной подмосковной почвы особый вид бактерии, являвшейся продуцентом еще более ценного, чем пенициллин, антибиотика — грамицидина С (грамицидин советский). Выявленные группой советских ученых во главе с Николаем Красильниковым антибактериальные свойства почвенных лучистых грибков — актиномицетов, легли в основу создания таких антибиотиков, как актиномицин и стрептомицин. Отечественные антибиотики спасли жизни тысячам считавшихся безнадежными раненых [5].

В годы Великой Отечественной войны многие тысячи раненых были возвращены в строй благодаря сульфаниламидным препаратам, обладающим противомикробными, антибактериальными свойствами. Большая серия сульфаниламидных препаратов была синтезирована русским химиком И. Я. Постовским в конце 1930-х гг.

Изучение влияния антибиотика и наночастиц серебра на заживление экспериментальной раны лабораторных животных.

Применение антибиотиков в лечении гнойных ран представляет значительные трудности, обусловленные: изменением видового состава и свойств возбудителей, лекарственной устойчивостью микроорганизмов к антибиотикам, необходимостью введения больших доз антибиотиков для подавления микрофлоры в ране, а также отрицательным воздействием на организм больного (нарушают иммунитет и могут вызвать тяжелые аллергические реакции). Поэтому на сегодняшний день актуальным является поиск принципиально новых ранозаживляющих средств, эффективных при лечении гнойно-воспалительных инфекций ран, в частности предлагается использовать наночастицы металлов, обладающие бактерицидными свойствами (например, серебра).

Серебро – это самый сильный естественный антибиотик, известный человеку. Доказано, что оно способно уничтожить более чем 650 видов бактерий (для сравнения – спектр действия любого антибиотика 5–10 видов бактерий), поэтому серебро используется человеком для уничтожения различных микроорганизмов на протяжении многих веков, а с развитием нанотехнологий открываются новые перспективы его применения в медицине [10].

Наночастица – это несколько тысяч нейтральных атомов серебра, объединённых в мелкие кристаллы. Наночастицы химически неактивны, но активны в отношении микроорганизмов, не повреждая клетки организма человека. За счёт своего размера они легко проникают во внутренние слои кожи и действуют значительно дольше, чем более крупные частицы [1]. Согласно исследованиям ученых, для того, чтобы убить одинаковое количество бактерий, ионов в растворе нужно в 100 раз больше, чем наночастиц. Поэтому даже низкое содержание наносеребра  в продукте способно обеспечить очень серьёзный антивирусный, антибактериальный или антигрибковый эффект [10].

Методика исследования

Изучение эффективности процесса ранозаживления на основе использования антибиотика ампициллина и наночастиц серебра проводилось в условиях экспериментально-биологической клиники ФНЦ на модели крыс линии «Wistar», которые содержались на стандартной диете для лабораторных животных (ГОСТ Р 50258-92) согласно правилам лабораторной практики при проведении доклинических исследований в РФ (ГОСТ 3 51000.3-96 и 51000.4-96). Эксперименты проводились в соответствии с требованиями гуманного обращения с животными [11].

Для проведения эксперимента были отобраны 6-месячные крысы-самцы массой 180 г, из числа которых методом пар-аналогов были сформированы три группы: одна контрольная и две опытные. В течение 14 дней подопытные животные находились на подготовительном периоде, их кормление осуществлялось комбикормом на основе пшенично-ячменной кормосмеси 70%, с содержанием 172,3 г/кг сырого протеина.

Взвешивание наночастиц производилось на лабораторных весах MS105DU, заводской номер В 346986489, фирма-изготовитель «Metller Toledo», проверенные в соответствии с методикой проверки весов лабораторных MS.ML (Свидетельство о проверке № МТ-1014).

Подготовку препарата наночастиц проводили в физ. растворе на ультразвуковом диспергаторе (f-35 кГц, N-300 Вт, А-10 мкА), путем диспергирования в течение 30 минут.

Животные были разделены на три группы по 5 особей в каждой: I опытная, II опытная и контрольная. Режим содержания и питания был одинаков во всех экспериментальных группах. Исследования проводились в течение 14 суток (приложение 3).

Всем лабораторным животным под стандартным подкожным наркозом были нанесены экспериментальные раны до мышечного слоя. Повреждения, длиной 10 мм, наносились с помощью хирургических инструментов (приложение 4). В контрольной группе раны были обработаны физиологическим раствором. В I опытной группе опытной группе на раны нанесен раствор наночастиц серебра. Крысам II опытной группы на раны нанесен раствор антибиотика ампициллина.

Во время учетного периода на первые, седьмые и четырнадцатые сутки эксперимента фиксировались следующие показатели: внешний вид и размеры раневой поверхности, особенности морфологического и биохимического состава крови (приложение 6).

Оценка внешнего вида и размеров раневой поверхности

Наблюдения и измерения, проводившиеся в ходе эксперимента, показали постепенную эпителизацию поврежденных кожных покровов, снижение отечности и гиперемии вокруг раны у крыс всех исследуемых групп. Было выявлено более быстрое заживление раневой поверхности под влиянием антибиотика и наночастиц серебра, чем в контрольной группе. Скорость ранозаживления наибольшая в I опытной группе. Фотографии, демонстрирующие степень заживления ран, и показатели размеров раневой поверхности представлены в приложении 5.

Результаты морфологического анализа крови

Из хвостовой вены лабораторных животных (крыс линии Wistar) был произведен забор крови на анализ. Данные обработаны с помощью автоматического гематологического анализатора URIT-2900 Vet Plus и занесены в протокол испытаний № 147 от 20.12.2019 г. (приложение 7).

Результаты исследований показали изменение показателей системы гемостаза у лабораторных животных всех трех групп. В ходе анализа морфологических показателей крови крыс на 1-е, 7-е и 14-е сутки эксперимента было выявлено, что наиболее значительные изменения наблюдались в крови животных II опытной группы: количество эритроцитов уменьшилось на 30%, на 42% уменьшилось число лейкоцитов, на 23% - число тромбоцитов. В остальных группах отмечается небольшое снижение (2-10%) количества лейкоцитов и тромбоцитов. У крыс I опытной группы показатели крови незначительно отличаются от показателей контрольной группы. У крыс II опытной группы показатели крови значительно ниже показателей контрольной группы: на 14-е сутки эритроцитов на 28%, лейкоцитов на 35%, тромбоцитов на 22% меньше.

Результаты морфологического анализа крови доказывают токсическое влияние антибиотика на организм лабораторных животных. Уменьшение количества лейкоцитов крови снижает защитные силы организма, уменьшение количества эритроцитов приводит к нарушению дыхательной функции крови, снижение количества тромбоцитов повышает риск повреждения сосудов, развития длительных кровотечений.

Результаты биохимического анализа крови

Результаты биохимического анализа крови получены при расчёте по формулам согласно методике на основании измерений автоматического биохимического анализатора Dirui CS-T240 (производитель – «Dirui Industrial Co., Ltd», Китай) с использованием коммерческих биохимических наборов для ветеринарии ДиаВетТест (производитель – Россия) и коммерческих биохимических наборов Randox (производитель – США) и представлены в приложении 8.

Повышенной активностью, относительно контрольных показателей в группе с введением антибиотиков, характеризовались ферменты - косвенные индикаторы цитотоксического (повреждающего) воздействия: АЛаТ, АСаТ с одновременным снижением показателей ЛДГ. АСаТ (аспартатаминотрансфераза), АЛаТ (аланинаминотрансфераза) и ЛДГ (лактатдегидрогеназа) – ферменты, которые широко используются в медицинской практике для диагностики повреждений органов и тканей в организме. При токсическом воздействии на организм происходит цитолиз клеток (разрушение) и эти ферменты попадают в кровь.

Так как одной из основных причин повышения уровня активности трансаминазных ферментов (АЛаТ и АСаТ) является их выход из повреждённых органов и тканей в кровяное русло, можно предположить о наличии развивающихся деструктивных процессов в клетках печени и сердца, где локализуется наибольшее количество трансаминаз у животных. Наибольшее снижение содержания ЛДГ у животных II опытной группы также подтверждает токсическое действие антибиотика.

Заключение

Изучение и анализ литературы показал, что основными видами поражений кожи в условиях военных действий являются инфицированные раны различной этиологии. В годы Великой Отечественной войны наиболее прогрессивным средством лечения гнойных ран, спасшим тысячи человеческих жизней, стали синтезированные советскими учеными антибиотики.

Однако использование антибиотических препаратов может сопровождаться отрицательным воздействием на организм больного, снижая иммунитет и вызывая тяжелые аллергические реакции. Поэтому на сегодняшний день актуальным является поиск принципиально новых ранозаживляющих средств, эффективных при лечении гнойно-воспалительных инфекций ран, в частности наночастиц серебра, которые обладают не только антибактериальными свойствами, но и, благодаря наноразмерам, легко проникают в глубокие слои кожи и способствуют ее регенерации.

В ходе исследования были изучены регенеративные свойства и токсическое воздействие на организм лабораторных животных ранозаживляющих средств на основе антибиотика ампициллина и наночастиц серебра.

Лабораторный эксперимент доказал, что использование антибиотика и наночастиц серебра значительно повышают эффективность лечения повреждений кожи. Однако анализ морфологических и биохимических показателей крови показал токсическое воздействие антибиотика на организм животных, в отличие от наночастиц серебра. Преимуществом местного введения наночастиц является уменьшение концентрации вещества, воздействие непосредственно на очаг поражения и отсутствие отрицательного системного действия на организм. Использование средства с наночастицами серебра создаёт благоприятные предпосылки для ускоренного восстановления структуры и функций кожного покрова, не снижая общезащитные свойства организма. Регенерирующие и бактерицидные свойства наночастиц серебра открывают широкие возможности использования данного средства для оказания первой помощи при ранениях.

В прошлом году были получены положительные результаты по изучению регенеративных свойств и возможностей использования биопластического материала «Биокожа» («Гиаматрикс») для комфортного лечения экспериментальных ран у животных (крыс линии Wistar). Таким образом, перспективным направлением своих дальнейших исследований считаем эксперимент по влиянию «Биокожи» с наночастицами серебра на эффективность заживления ран, что особенно важно в условиях военно-полевой хирургии.

Список литературы:

Абаева Л.Ф. Наночастицы и нанотехнологии в медицине сегодня и завтра/ А.ф. Абавева //Альманах клинической медицины. – 2010 - №22. – С. 10-15

Арчаков А.И. Нанобиотехнологии в медецине: нанодиагностика и нанолекарства. Актовая речь, Москва, 2009.

Военно-полевая хирургия. Руководство к практическим занятиям: учеб. пособие / [М. В. Лысенко и др.] ; под ред. М. В. Лысенко.

Еланский, Н. Н. Военно-полевая хирургия: Пособие для военных врачей. — Изд. 5-е, исп. и доп. — Л.: МЕДГИЗ, 2010. — 288 с.

Ефим С., Гирголав С., Орбели Л. Опыт советской медицины в Великой Отечественной войне 1941-1945 гг. – М.: Книга по Требованию, 2013. – 122 с.

Исторический опыт медицины в годы Великой Отечественной войны 1941–1945 гг.: сборник материалов XIII Всероссийской конференции с международным участием, Москва, 11 мая 2017 г. / Московский государственный меди-ко-стоматологический университет имени А. И. Евдокимова; Отв. ред. К. А. Пашков, Н. В. Чиж. – М.: Печатный дом «Магистраль», 2017. – 227с.

Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию: пер. с яп. / Н. Кобаяси. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008 – 136 c., с. 16

Мирошников С.А., Сизова Е.А. Наноматериалы в животноводстве (обзор) // Вестник мясного скотоводства, - № 3 (99), 2017, – с. 7-22

Нотова, С.В. Морфобиохимические параметры крыс при введении наночастиц диоксида титана / С.В. Нотова, Т.В. Казакова, О.В.

Смотрин С. М. Влияние перевязочного материала, содержащего наночастицы золота или серебра, на заживление экспериментальной раны / С. М. Смотрин // Журнал Гродненского государственного медицинского университета. – 2012. - №1 – с. 75 – 80

Хабриев Р.У. «Руководство по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических веществ» / под ред. Р.У. Хабриева. – 2-изд., перераб. И доп.. – М.: ОАО Изд. «Медицина». – 2005 г. – 832 с.

Приложение № 1

Проведение исследования на базе операционной вивария Оренбургского государственного университета под руководством профессора кафедры биохимии и микробиологии ОГУ С. В. Нотовой

Подготовительный период

Приложение № 2

История создания антибиотических препаратов

в годы Великой Отечественной войны

З.В. Ермольева

советский микробиолог и эпидемиолог, создатель первого советского пенициллина (крустозина) в 1942 году

И. Я. Постовский,

русский химик,

синтезировавший серию сульфаниламидов

в 1928 году.

Г. Ф. Гаузе и М. Г. Бражникова советские микробиологи,

создатели антибиотика грамицидина С в 1942 году.

Приложение № 3

Схема проведения эксперимента

Крысы линии Wistar

(n=15)

Анализ

крови

Биохимические и морфологические показатели

Приложение № 4

Приложение № 5

Размеры раневой поверхности

Заживление раневой поверхности на 1-е, 7-е и 14-е сутки

у крыс контрольной и экспериментальных групп

Приложение № 6

Приложение № 7

БИОХИМИЧЕСКАЯ ЛАБОРАТОРИЯ

ФГБНУ ФНЦ БСТ РАН

460000, г. Оренбург, ул. 9-го Января, д. 29, тел. /факс (3532) 773997, 774641.

ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ № 147

от «20» декабря 2019 г.

Наименование пробы: цельная кровь и сыворотка крови крыс

Кол-во проб: 15 штук

Даты отбора: 04.12.2019 г., 11.12.2019 г., 18.12.2019 г.

Цель исследования: по факту

Результаты испытаний морфологических показателей*

Приложение № 8

БИОХИМИЧЕСКАЯ ЛАБОРАТОРИЯ

ФГБНУ ФНЦ БСТ РАН

460000, г. Оренбург, ул. 9-го Января, д. 29, тел. /факс (3532) 773997, 774641.

ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ № 147

от «20» декабря 2019 г.

Наименование пробы: цельная кровь и сыворотка крови крыс

Кол-во проб: 15 штук

Даты отбора: 04.12.2019 г., 11.12.2019 г., 18.12.2019 г.

Цель исследования: по факту

Результаты испытаний биохимических показателей*

*Результаты рассчитаны по формулам согласно методике на основании измерений автоматического биохимического анализатора Dirui CS-T240.