Поглотительная и абсорбционная способности раневой повязки на основе наноструктурированного графита по сравнению с современными высокоэффективными перевязочными средствами

А.В. Штейнле

канд. мед. наук, доцент, доцент кафедры экологии и безопасности жизнедеятельности, ФГОУ ВПО «Томский политехнический университет» доцент кафедры травматологии, ортопедии, военно-полевой хирургии, ФГОУ ВПО «Сибирский государственный медицинский университет»

ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ И АБСОРБЦИОННАЯ СПОСОБНОСТИ РАНЕВОЙ ПОВЯЗКИ НА ОСНОВЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННОГО ГРАФИТА ПО СРАВНЕНИЮ С СОВРЕМЕННЫМИ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫМИ ПЕРЕВЯЗОЧНЫМИ СРЕДСТВАМИ

Аннотация. Изучена поглотительная и сорбционная способности раневой повязки на основе наноструктурированного графита. По методу Ю. Абаева в сравнении с 21-м современным перевязочным средством установлено, что повязка на основе наноструктурированного графита эффективно эвакуирует раневое отделяемое, обеспечивая только «вертикальный дренаж», длительно фиксирует его в сорбционном слое, исключая десорбцию.

Ключевые слова: раневая абсорбирующая повязка на основе наноструктурированного графита, современные перевязочные средства для лечения ран с обильной экссудацией, поглотительная способность, абсорбционная способность.

A.V. Shteinle, Tomsk Polytechnic University, Siberian State Medical University

RECEPTIVITY AND ABSORPTIVITY OF THE NANOGRAPHITE-BASED WOUND DRESSING IN

COMPARISON WITH MODERN HIGH-EFFICIENT BANDAGES

Abstract. The object of the research involved analysis of receptivity and absorptivity of the nanographite-based wound dressing in comparison with modern high-efficient bandages. Material and analysis: receptivity and absorptivity of two different nanographite-based wound dressings have been investigated using Abaev method in comparison with modern bandages of different producers. Conclusion: nanographite-based wound dressing is capable of adsorbing wound fluid and keeping it in the sorption layer for a long time.

Key words: nanographite-based absorbent wound dressing, bandage, receptivity, absorptivity.

Использование перевязочных средств - важный элемент в лечении всех ран. В профессиональной литературе, когда речь заходит об эффективном действии перевязочного средства, чётко упоминается, что это действие должно соответствовать особенностям фазы раневого заживления. Учитывая патогенез ран с обильной экссудацией, нет сомнений, что для нормального течения регенерации необходимы: отсутствие избыточного количества раневого экссудата; влажность раневой поверхности; достаточное напряжение кислорода в тканях раны; защита от внешних травмирующих воздействий; предотвращение вторичного инфицирования; защита от избыточных тепловых потерь [1]. В частности огнестрельные раны продуцируют значительное количество экссудата - более 0,5 мл/см2 в сутки. Удаление выделяющегося экссудата с раневой поверхности необходимо для профилактики резорбции в организм токсичных продуктов распада некротических тканей. Одновременно вследствие элиминации ионов Na+ и K+ обеспечивается нормализация осмотического давления, благодаря чему снижается уровень деструкции тканей. Сорбционная способность раневой повязки определяется скоростью впитывания экссудата и сорбционной емкости перевязочного материала [1]. Первое свойство особенно важно и обусловлено природой перевязочного

материала, но не вся практическая значимость заключается в этом. Слишком важна способность удерживать раневое отделяемое. Кроме того, принципиальное значение имеют и свойства оболочки повязки, в частности, гидрофобные материалы не сорбируют раневой экссудат, последний остаётся под повязкой, приводит к мацерации кожи и активизации воспалительного процесса в ране [1].

К началу XXI века в экономически развитых странах появился широкий ассортимент перевязочных средств для лечения таких ран. К сожалению, из-за экономических проблем в России доминирует стерильная ватно-марлевая повязка.

Растущая потребность в новых эффективных адсорбирующих перевязочных средствах, неэффективность ватно-марлевой повязки для лечения экссудирующих, в т.ч. огнестрельных, ран и высокая цена повязок зарубежных производителей (3001100 рублей/шт.), значительно ограничивающая их применение в отечественном здравоохранении, ставит перед разработчиками новых перевязочных средств для первой фазы раневого процесса новую техническую задачу создание раневой повязки с высокой адсорбционной способностью, позволяющей эффективно, длительно (до нескольких суток) и активно эвакуировать раневое отделяемое, обеспечивая только «вертикальный дренаж» и способной длительно фиксировать раневое отделяемое в сорбци-онном слое без проникновения на кожные покровы для исключения мацерации. Кроме того, раневая повязка должна поддерживать влажную среду раны для оптимального заживления; повязка должна быть атравматичной для самой раны и для окружающей её кожи: легко сниматься и исключать повреждение грануляций и краевой эпителиза-ции. Высокая потребность в России в высокоэффективных перевязочных средствах открывает большие перспективы для применения раневой абсорбирующей повязки на основе наноструктурированного графита (НСГ) (Патент РФ на изобретение № 2411960 «Раневая повязка», зарегистрировано 20 февраля 2011 г.). В экспериментальных исследованиях она проявила себя как высокоэффективное средство для лечения ран с обильным отделяемым. Сорбционный слой активно впитывает и эффективно удерживает раневое отделяемое, но при этом обеспечивает доступ воздуха к ране [3, 5, 6].

Цель исследования - сравнительное изучение поглотительной и адсорбционной способностей раневой адсорбирующей повязки на основе наноструктурированного графита по отношению к отечественным и широко рекламируемым зарубежным перевязочным средствам на основе материалов, принадлежащих к различным химическим группам.

Планирование, обоснование, организация, материал и методы исследования. Приводимые в медицинской печати численные значения сорбционной способности перевязочных материалов, как правило, завышены и, в большей степени, соответствуют поглотительной способности, которая характеризует механическое заполнение капиллярно-пористой структуры материала сорбатом [1, 3]. Традиционный метод определения адсорбционной способности перевязочных материалов основан на взвешивании материалов после выдерживания в жидкости. Однако он позволяет определить только механическое заполнение системы капилляров и пор исследуемого материала жидкостью и ее компонентами. Определяемый при этом показатель, в сущности, является не адсорбционной, а поглотительной способностью. При таком поглощении раневого отделяемого не исключена возможность десорбции, что будет благоприятствовать размножению микроорганизмов в ране и развитию токсико-резорбтивной лихо-

радки [1]. Истинная абсорбция означает фиксацию молекул раневого экссудата и его компонентов при взаимодействии химических и физических связей с активными функциональными группами макромолекул перевязочного материала. Данная величина и есть абсорбционная способность перевязочного материала. В результате прочного связывания компонентов раневого экссудата структурой перевязочного материала ухудшаются условия вегетирования микрофлоры в ране, что оказывает благоприятное воздействие на раневую регенерацию [1].

Два варианта раневых абсорбирующих повязок на основе НСГ (оболочка из обеззоленного фильтра и из нетканого материала «Спаелэйс») по поглотительной и сорбционной способностям сравнивались с перевязочными средствами от различных производителей: марля медицинская целлюлозная (Россия); вата хирургическая (Россия); марлевый бинт Zemuko (Германия); Topper (США); Воскосорб (Россия); Hartmann Zetuvit E (Германия); Intra Site Gel (Великобритания); Mesorb (Швеция); Melolin (Великобритания); Mepore (Германия); Urgosorb (Франция); Comfeel Plus (Дания); Melgisorb (Швеция); Mepilex (Швеция); Transorbent (Дания); Hidrocoll (Германия); Hydrosorb (Германия); TenderWet 24 (Германия); SyspurDerm (Германия); Sorbalgon (Германия); Actisorb Plus (США).

Для определения поглотительной способности навески испытуемых материалов массой 0,05-0,9 гр. выдерживали в цельной крови в соотношении 1:100 при комнатной температуре (17-200С) в течение 1 ч. По разнице массы образцов до и после сорбции определяли первое значение - процент привеса, который являлся поглотительной способностью [1, 3].

Для определения абсорбционной способности после взвешивания (см. выше), образцы центрифугировали в течение 45 мин при 6000 об/мин. По разнице массы образцов до сорбции и после центрифугирования определяли процент привеса, который являлся абсорбционной способностью [1].

Статистическая обработка результатов исследования осуществлялась с применением методов статистического анализа, используемых в биологии и медицине. Нормально распределяемые показатели приведены в их среднем значении со стандартным отклонением: Х±а. Достоверность различий анализировали с помощью непараметрического критерия Фридмана, с расчётом коэффициента конкордации Кендала, при дисперсионном анализе повторных измерений.

Результаты и обсуждение. Средний процент привеса, который является показателем поглотительной способности перевязочных средств, применяемых сегодня для лечения ран с обильной экссудацией, был в пределах 1096,0-2763,0%. Поглотительная способность составила в среднем 2008,6±116,2% (табл. 1).

Минимальной поглотительной способностью обладали марля медицинская, вата хирургическая, гидрогелевая повязка на основе полиуретанового полимера Hydrosorb (Германия), повязка из мягкой двухслойной полиуретановой губки SyspurDerm (Германия), повязка из высококачественных волокон альгината кальция Sorbalgon (Германия) и повязка из кальциево-альгинатных гидроколлоидных волокон Comfeel Plus (Дания) (табл. 1). Предложенная нами абсорбирующая раневая повязка на основе НСГ имела массу 0,0221±0,092 гр. (вариант с оболочкой из обеззоленного фильтра) и 0,0799±0,032 гр. (вариант с оболочкой «Спанлэйс»).

Таблица 1 - Поглотительная и абсорбционная способности раневых повязок на основе НСГ по сравнению с другими перевязочными средствами (начало).

№ п/п Перевязочные материалы (страна-производитель) Поглотительная способность, % Абсорбционная способность, % Соотношение 3/4

1 2 3 4 5

1 Марля медицинская целлюлозная (Россия) 1096,0±17,4 48,2±0,5 * 22,8

2 Вата хирургическая (Россия) 1819,0±16,7 49,1±0,4 * 37,1

3 Бинт Zemuko (Германия) 2658,0±18,1 35,1 ±1,6 * 75,9

4 Topper (США) 2219,2±12,6 34,2±2,2 * 65,3

5 Воскосорб (Россия) 1938,4±16,9 28,4±0,5 * 69,2

6 Hartmann Zetuvit E (Германия) 2008,7±11,3 32,2±1,9 * 62,7

7 Intra Site Gel (Великобритания) 1888,5±14,4 23,9±2,5 * 78,7

8 Mesorb (Швеция) 2585,0±17,3 32,4±5,3 * 80,8

9 Melolin (Великобритания) 1901,4±14,4 34,0±2,9 * 55.9

10 Mepore (Германия) 1912,2±12,6 49,0±1,8 * 39,0

11 Urgosorb (Франция) 2763,0±11,9 1177,6±1,4 * 2,3

12 Comfeel Plus (Дания) 1734,0±13,5 245,0±3,2 * 7,1

13 Melgisorb (Швеция) 1844,0±12,8 975,4±2,8 * 1,9

14 Mepilex (Швеция) 2432,0±19,2 707,3±6,4 * 3,4

15 Transorbent (Дания) 2001,5±18,4 775,7±6,5 * 2,6

16 Hidrocoll (Германия) 1922,2±17,9 643,3±9,8 * 3,0

17 Hydrosorb (Германия) 1643,0±22,5 454,6±19,5 * 3,6

18 TenderWet 24 (Германия) 2490,0±14,4 1001,6±1,4 * 2,5

19 SyspurDerm (Германия) 1782,0±13,1 360,4±10,8 * 5,0

20 Sorbalgon (Германия) 1729,0±26,3 291,3±12,4 * 5.9

21 Actisorb Plus (США) 1828,0±19,5 39,7±3,2 * 46,9

22 Раневая повязка на основе НСГ (оболочка - обеззо-ленный фильтр) 3469,3±19,5 2477,2±1,1 * 1,4

23 Раневая повязка на основе НСГ (оболочка - «Спанлэйс») 3499,5±16,6 2480,9±2,3 * 1,4

Примечание: * - различия в поглотительной и сорбционной способностях каждого перевязочного средства достоверны (р<0,05).

Масса оболочки повязки из обеззоленного фильтра составляла 0,0186±0,021гр.,

масса оболочки из материала «Спанлэйс» - 0,0764±0,032гр. Таким образом, масса НСГ в повязке с оболочкой из обеззоленного фильтра составляла 15,8%, а в повязке из нетканого материала «Спанлэйс» - 4,3%. Поглотительная способность раневой повязки с оболочкой из обеззоленного фильтра составила 3469,3±19,5%, а из нетканого материала «Спанлэйс» - 3499,5±16,6% (табл. 1).

Максимальную поглотительную способность среди сравниваемых перевязочных средств продемонстрировали альгинатно-гидроколлоидная абсорбирующая повязка на полимерной основе Urgosorb (Франция), марлевый бинт Zemuko (Германия), высокоабсорбирующая повязка на основе взбитой целлюлозы Mesorb (Швеция), многослойная раневая повязка с полиакрилатом в качестве основного абсорбирующего вещества TenderWet 24 (Германия) и повязка на основе абсорбирующей прокладки на основе пенополиуретана Mepilex (Швеция) (табл. 1).

У изучаемых перевязочных средств и предложенной абсорбирующей повязки на основе НСГ в отличие от поглотительной способности различия в абсорбционной способности были в меньших пределах - 32,2-1177,6%. В среднем абсорбционная способность составила 336,8±58,9%.

После центрифугирования максимально «потеряла» привес за счёт «возвращения» абсорбированной цельной крови ранее получившая высокую оценку по поглотительной способности повязка Mesorb (Швеция) в 80,8 раз. Кроме того, максимально потеряли привес повязка Intra Site Gel (Великобритания), состоящая из аморфного гидрогеля на основе модифицированного полимера карбоксиметилцеллюлозы, пропи-ленгликоля и воды - в 78,7 раз, марлевый бинт Zemuko (Германия) - в 75,9 раз, повязка Воскосорб (Россия), состоящая из сетчатого материала, пропитанного пчелиным воском - в 69,2 раза, и повязка на основе целлюлозы Hartmann Zetuvit E (Германия) - в 62,7 раза (табл. 1).

Минимальной потерей привеса после центрифугирования отличились повязка Melgisorb (Швеция) на основе волокон альгината, произведённых из морских водорослей ламинарий, преобразованных в нетканый материал - в 1,9 раза, продемонстрировавшая прежде максимальный привес (поглотительную способность) альгинатно-гидроколлоидная абсорбирующая повязка на полимерной основе Urgosorb (Франция) -в 2,3 раза (абсорбционная способность - 1177,6±1,4%), ещё одна продемонстрировавшая прежде максимальный привес (поглотительную способность) многослойная раневая повязка с полиакрилатом в качестве основного абсорбирующего вещества TenderWet 24 (Германия) - в 2,5 раз (абсорбционная способность - 1001,6±1,4%), повязка на основе полиуретановой пены с впитывающим сухим гидрогелем Transorbent (Дания) - в 2,6 раза (абсорбционная способность - 775,7±6,5%) и состоящая из гидроколлоидов, заключённых в самофиксирующийся эластомер, повязка Hidrocoll (Германия) - в 3,0 раза (абсорбционная способность - 643,3±9,8%) (табл. 1).

Однако самой минимальной потерей привеса после аналогичных условий центрифугирования - в 1,4 раза отличалась предложенная нами с вариантами из двух оболочек раневая абсорбирующая повязка на основе НСГ (табл. 1). Абсорбционная способность при этом составила 2477,2±1,1% для варианта с оболочкой из обеззоленного фильтра и 2480,9±2,3% для варианта с оболочкой из нетканого материала «Спанлэйс», что свидетельствует в пользу исключительной эффективности в лечении ран с

обильной экссудацией, поскольку после центрифугирования абсорбирующая повязка на основе НСГ удержала в своей структуре максимальное количество цельной крови.

Широкий диапазон - 1096,0-2763,0% (Д1667) поглотительной способности перевязочных средств, с которыми осуществлялось сравнение данного параметра предложенной нами повязки, обусловлен количеством в каждом конкретном перевязочном средстве пор, системы капилляров, переплетения волокон, показателя удельной поверхности. В меньшей степени поглотительная способность зависит от химической структуры основы перевязочного средства и количества в ней активных функциональных групп. Диапазон абсорбционной способности был гораздо уже - 32,2-1177,6 (Д1145). Для классических перевязочных средств (вата, марля) и новых средств, изготовленных на основе синтетических материалов (Intra Site Gel (Великобритания), Melo-lin (Великобритания) и др.), были характерны близкие по значению, сравнительно невысокие показатели абсорбционной способности (28,4-49,0%). Центрифугирование после поглощения цельной крови этими перевязочными средствами уменьшило первоначальный привес в 80,8-22,8 раза. Абсорбционная способность перевязочных средств на полимерной основе с кальциево-альгинатными волокнами и полиакрилатом гораздо выше и составляет (1101,6-1177,6%). Центрифугирование после поглощения цельной крови этими перевязочными средствами уменьшило первоначальный привес в 2,3-2,5 раза. Высокая абсорбционная способность предложенной раневой повязки на основе НСГ составляет 2477,2%, что объясняется не столько переплетением многочисленных волокон и высоким показателем удельной поверхности, сколько содержанием свободных радикалов, которые способны фиксировать большое количество жидкого раневого отделяемого (кровь, гной и др.).

Следовательно, поглотительная способность традиционных перевязочных средства отражает только механическое объёмное наполнение капиллярно-пористой структуры раневым отделяемым. При этом выполняется лишь функция дренирования раневого отделяемого - очищения раны. Возможность десорбции раневого отделяемого приводит к неминуемым осложнениям раневого процесса. Высокая абсорбционная способность современных перевязочных средств Melgisorb (Швеция), Urgosorb (Франция) и TenderWet 24 (Германия), содержащих соответствующие полимерные основы с альгинатными, кальциево-альгинатными волокнами с гидроколлоидными частицами и полиакрилатом, обеспечивается эффективной фиксацией сорбентом поглощённого раневого экссудата.

Заключение. Как показали результаты экспериментального исследования, в обоих предложенных нами вариантах раневой абсорбирующей повязке на основе на-ноструктурированного графита по сравнению с имеющимися перевязочными средствами, удержание раневого экссудата осуществляется не только за счёт системы переплетения многочисленных волокон и высокого показателя удельной поверхности, но и за счёт использования образовавшихся в графеновых слоях ковалентных связей между атомами углерода после осуществлённого фторирования графитовой матрицы сильными фторокислителями [4]. Это приводит к появлению огромного количества свободных радикалов - ненасыщенных атомных связей. Результатом взаимодействия свободных радикалов с большими биологическими молекулами и объясняется высокая

абсорбционная емкость наноструктурированного графита не только по отношению к жидким органическим веществам, но и к раневому экссудату.

Таким образом, раневая повязка на основе наноструктурированного графита может эффективно эвакуировать раневое отделяемое, обеспечивая только «вертикальный дренаж», способна длительно фиксировать его в сорбционном слое, исключая десорбцию в рану и проникновение на кожные покровы для исключения мацерации. Эти качества повязки ухудшают условия вегетирования микрофлоры в ране и способствуют ускорению репаративных процессов с хорошими анатомическими и функциональными результатами.

Список литературы:

1. Абаев Ю.К. Хирургическая повязка. - Мн.: Беларусь, 2005. - 150 с.

2. Воробьёв В.М., Штейнле А.В., Ратькин А.В. и др. Перспективы адсорбирующей повязки на основе наноструктурированного графита на рынке перевязочных средств России // Бюлл. сиб. мед. - 2010. - Том 9. -№ 2. - С. 71-76.

3. Рязанцева Н.В., Хандорин Г.П., Хасанов О.Л. и др. Экспериментальное обоснование эффективности раневой адсорбирующей повязки на основе наноструктуриро-ванного графита // Бюлл. сиб. мед. - 2009. - Т. 8. - № 4. - С. 60-63.

4. Хандорин Г.П., Дубов Г.И., Мазин В.И., и др. Синтез и применение наноструктурированного графита // Известия Томского политехнического университета - 2010. -Т. 316. - № 3. - С. 5-11.

5. Штейнле А.В., Хандорин Г.П., Гаврилин Е.В. и др. Чрескостный остеосинтез и нанотехнологии в лечении сочетанных огнестрельных костно-артериальных повреждений // Сиб. мед. журн. (Томск). - 2009. - Т. 24. - Вып. 1. - № 2 - С. 45-54.

6. Штейнле А.В., Рязанцева Н.В., Гаврилин Е.В. и др. Чрескостный остеосинтез и нанотехнологии в лечении сочетанных огнестрельных костно-венозных повреждений конечностей // Сиб. мед. журн. - 2009 - Т. 24. - Вып. 1. - № 3 - С. 92-102.

List of references:

1. Abaev Y.K. / Surgical bandage//Belarus. 2005. 150 p.

2. Vorobyov V.M., Shteinle A.V., Ratkin A.V. / The outlooks for the adsorbing bandage based on nanostructural graphite on the bandage market of Russia // Bulletin of Siberian Medicine, 2010, Vol.9, No.2, P.71-76.

3. Ryazantseva N.V., Khandorin G.P., Khasanov O.L./ The experimental basis for the effectiveness of the wound adsorbing bandage based on nanostructural graphite// Bulletin of Siberian Medicine, 2009, Vol.8, No.4, P.60-63.

4. Khandorin G.P., Dubov G.I., Mazin V.I. Synthesis and application of nanostructural graphite// Bulletin of Tomsk Polytechnic University, 2010, Vol.316, No.4, P.5-11.

5. Shteinle A.V., Khandorin G.P., Gavrilin E.V./ Transosseous osteosynthesis and nanotechnolo-gies in treatment of associated gunshot bone arterial injuries//Siberian Medical Journal, 2009, Vol.24, Issue 1, No.2, P.45-44.

6. Shteinle A.V., Gavrilin E.V., Ryazantseva N.V./ Transosseous osteosynthesis and nanotech-nologies in treatment of associated gunshot bone venous injuries//Siberian Medical Journal,2009,Vol.24, Issue 1, No.3, P.92-102.