УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ЛЕЧЕНИЯ И ПРОФИЛАКТИКИ ИНФЕКЦИОННОГО ЗАБОЛЕВАНИЯ
DEVICE AND METHOD OF TREATING AND PREVENTING INFECTIOUS DISEASE

Область техники
Изобретение относится к области медицины. В частности, изобретение относится к области лечения и профилактики бактериальных инфекций. Более конкретно, изобретение касается патологий хрящей и костей.
Предпосылки создания изобретения
Публикации и другие материалы, упомянутые здесь, включая содержащиеся в них ссылки, включены в данное описание целиком путем ссылки, имеют цифровые сноски в последующем тексте и соответственно сгруппированы в прилагаемом списке литературы, который помещен в конце описания изобретения. Несмотря на весьма развитые методы диагностики и лечения, инфекционное заболевание кости, называемое остеомиелитом, остается одним из самых серьезных осложнений в ортопедической хирургии. С одной стороны, это заболевание серьезно ухудшает качество жизни пациента и может создать риск для жизни. С другой стороны, данное заболевание является весьма дорогостоящим для пациента и общества, что обуславливается связанными с ним затратами на диагностику, лечение, реабилитацию, а также потерей трудоспособности и, во многих случаях, неполным излечением [8].
Остеомиелит может поражать все группы населения, младенцев, детей, взрослых и пожилых людей; кроме того, группы населения с повышенным риском включают в себя лиц с ослабленной иммунной системой или другими заболеваниями, усиливающими восприимчивость к инфекциям. Это может быть вызвано многообразием микробных агентов и ситуаций, включая [9]:
- Открытое повреждение до кости, такое как открытый перелом;
- Инфекционное заражение от другого места тела;
- Незначительную травму, которая может привести к возникновению сгустка крови вокруг кости, и таким образом, к вторичной инфекции кости;
- Бактерии в кровотоке, которые осаждаются в окрестности кости;
- Инфекция долго не заживающей открытой раны или мягкой ткани, которая распространяется вплоть до кости.
Если инфекция остается невылеченной, она становится хронической и приводит к хроническому остеомиелиту. Хронический остеомиелит в большинстве стран является серьезной медицинской проблемой, связанной, главным образом, с сильными травмами и ортопедической хирургией. Его сильное воздействие ощущается в виде, в равной степени серьезных, факторов таких как повышенная заболеваемость, всестороннее использование ресурсов здравоохранения и осложнения. По мнению авторитетных клинических врачей, термин «выздоровление» не может применяться к хроническому остеомиелиту, потому что инфекция кости может проявляться спустя годы после видимого успешного лечения болезни.
Цель лечения остеомиелита состоит в том, чтобы ликвидировать инфекцию и минимизировать какие-либо долгосрочные осложнения [10]. Современные методы лечения остеомиелита обычно включают полную хирургическую обработку раны кости и размещение гранул полиметилметакрилата (РММА), выделяющих антибиотик, например, гентамицин. Однако, сопротивляемость, выработанная бактериями к антибиотикам и к локальному воздействию лечения, уменьшает его эффективность [5]; тем не менее, исследования в этом направлении продолжаются, и исследованы другие антибиотики, медленно выделяющиеся из содержащих их матриц [3, 6]. Создаваемые под действием электричества ионы серебра показаны для применения в качестве антибактериального средства в широком спектре инфекций кости и прочих инфекций. Лечебный антибактериальный эффект ионов серебра, высвобождаемых при помощи электричества, был доказан различными исследованиями в лечении остеомиелита. Клиническое исследование включало 920 случаев хронического остеомиелита (инфицированные раны кости), в которых проводилось лечение хирургической обработкой раны, серебряный ионтофорез и надлежащее последующее наблюдение за раной, и показало в 85% случаев излечение инфекции кости [4]. Также другие исследования сообщали об успешном использовании создаваемых под действием электричества ионов серебра в лечении хронического остеомиелита у людей [1, 7] и у подопытных животных [2].
Основными недостатками используемых в настоящее время видов лечения, то есть хирургической обработки раны, применяемых локально антибиотиков или высвобожденных под действием электричества ионов серебра, являются их кратковременный эффект и ограниченное локальное воздействие. Во многих случаях инфекция распространяется через кость, в то место, куда локально применяемое лечение не достигает. С другой стороны, продолжительное систематическое лечение антибиотиками, которое используется в большинстве случаев, также не совсем эффективно, поскольку оно недостаточно локализовано. Часто после окончания лечения инфекция появляется вновь. Некоторые случаи хронического остеомиелита настолько устойчивы к лечению, что может потребоваться ампутация.
В случаях трудноизлечимого остеомиелита может использоваться обработка гипербарическим кислородом (НВО), так как кислород под давлением способствует заживлению ран [11, 12]. Применение НВО является относительно безопасной неинвазивной терапией, но оно дорого и требует специальных гипербарических камер. Возникновение побочных эффектов (баротравмы среднего уха и легких, миопия) в совокупности с основными противопоказаниями (слабое функциональное состояние сердца и тяжелые обструкционные заболевания легких) препятствуют тому, чтобы этот способ широко использовался для лечения остеомиелита [13].
Случаи использования серебра и соединений серебра в медицине зарегистрированы на протяжении тысяч лет. С конца 1800-х годов использование серебра в качестве бактерицидного вещества было документировано и тщательно изучено.
Без излишнего углубления в детали, ниже представлены иллюстративные примеры способов, в которых применяют серебро, в частности ионы серебра, для излечения или предупреждения бактериальных заболеваний:
- Местное применение. Один из хорошо известных примеров местного применения соединений серебра - использование сульфадиазина для лечения ожогов. В другом примере, патенте США №6923990, описаны стабильные составы, состоящие из комплексного соединения серебра и тиосульфат-ионов, которые образуют комплекс с амином. В одном из вариантов эти композиции входили в состав повязок для ран.
- Покрытие или обработка медицинского оборудования серебросодержащими материалами. Варианты осуществления, описанные в патенте США №6923990, касаются обработки медицинских инструментов, таких как катетеры, серебро-тиосульфат-аминовым составом. В патенте США №6663634 описывается костный винт, у которого по крайней мере на части поверхности осаждено тонкое серебряное покрытие. После того, как винт установлен в кости, около покрытой серебром части винта возникают гальванические токи, освобождающие ионы серебра в этой области. В патенте США №4615705 описаны хирургические имплантаты, содержащие небольшое количество биологически разлагаемого серебра.
- Термоэлектрические спаи. Известно явление, состоящее в том, что при соединении друг с другом двух разнородных металлов может быть вызвано протекание локализованного электрического тока. Это явление много лет используется в медицине, в частности в стоматологии. Например, в патентах США №2069112 и №4886075 описываются устройства, содержащие провода, изготовленные из двух различных металлов, например серебра вместе с золотом или с платиной, которые скручены или спаяны вместе и вставлены в канал корня зуба. В результате термоэлектрического эффекта ионы серебра высвобождаются в канал корня зуба и в окружающую ткань, где они излечивают бактериальные инфекции, помогают предотвратить их повторное возникновение и благоприятствуют росту костной ткани. Устройство может быть удалено из зуба через некоторое время, либо может быть надолго запломбировано в зубе.
- Ионные генераторы. Во многих публикациях описываются способы испускания ионов серебра вблизи хирургических или стоматологических устройств, находящихся в организме, для лечения бактериальных инфекций и/или предотвращения их возникновения. В этих устройствах электрическая цепь включает в себя источник постоянного тока, первый электрод, присоединенный некоторым образом к устройству, и второй электрод, имплантированный в мягкую ткань вблизи первого электрода или присоединенный к устройству и электрически изолированный от первого электрода. Когда источник тока включен, электролиты, имеющиеся в жидкостях организма, замыкают цепь. Один из электродов обычно серебряный, и электрический ток, протекающий в контуре, высвобождает ионы серебра в жидкости организма. Ионы серебра высвобождаются только до тех пор, пока включен источник тока. Принцип действия таких устройств может быть понятен, например, из патентов США №4027393 и №4569673. Модификация этого способа предлагается в патенте США №4126937. В изобретении, описанном в этом патенте, которое представляет способ лечения инфекции пульпы зуба, материал защитной прокладки для пульпы зуба, содержащий частицы серебра, размещается в полости, подготовленной в процессе пломбирования зуба. Материал защитной прокладки действует как один электрод, серебряный провод погружается в защитный материал, чтобы обеспечить подключение источника постоянного тока, второй контакт присоединяется к пациенту, чтобы замкнуть электрическую цепь, и затем приблизительно в течение десяти минут подается постоянный электрический ток. Затем источник тока отключается, но автор изобретения утверждает, что активность ионов серебра продолжается с понижающейся интенсивностью в течение нескольких часов и длится неопределенно долго на очень низком уровне.
- Ионтофорез без внешнего источника тока. В патенте США №5322520 описывается электродное устройство, изготовленное из частиц или пленок двух различных металлов, которые разделены резистивным материалом. Электродное устройство встраивается в медицинские устройства, например, в катетеры, или присоединяется к ним. Когда устройство окружено электролитическими жидкостями и находится в контакте с ними, т.е. с жидкостями организма, между этими двумя металлами протекает гальванический ток, и ионы металла высвобождаются в жидкость.
Несмотря на огромный объем работ, проделанных в изучении антибактериального эффекта ионов серебра и различных способов их применения, все еще не существует эффективного, долговременного, широко распространенного способа управления ионами серебра с целью лечения и предупреждения бактериальных заболеваний, таких как остеомиелит.
Поэтому цель данного изобретения - разработать способ лечения бактериальных заболеваний, который обеспечивает длительный антибактериальный эффект, излечивающий инфекцию, а также предупреждающий ее повторное возникновение.
Другая цель данного изобретения - разработать способ лечения остеомиелита, который обеспечивает длительный антибактериальный эффект, излечивающий инфекцию, а также предупреждающий ее повторное возникновение.
Другая цель данного изобретения - разработать устройство, содержащее инструменты и другие элементы, необходимые для лечения бактериальных заболеваний.
Еще одна цель данного изобретения - разработать устройство, содержащее инструменты и другие элементы, необходимые для лечения остеомиелита.
Дополнительные цели и преимущества данного изобретения станут очевидны из следующего описания.
Сущность изобретения
В первом аспекте данное изобретение представляет собой устройство для лечения и профилактики инфекционных заболеваний, включающее:
a) троакар;
b) перфоратор;
c)толкатель;
а) серебряный электрод;
e) временный электрод;
f) иглу, изготовленную из биологически совместимого материала, имеющую отрицательный электрический потенциал относительно серебра; и
g) один или более вторых электродов из того же материала, что и игла.
Устройство согласно данному изобретению, включающее один или оба из внешнего источника постоянного напряжения и измерителя электропроводности.
В различных вариантах осуществления, устройство предназначено для лечения бактериальной инфекции, которая может быть или остеомиелитом, или хроническим остеомиелитом, возникшим после ортопедической операции, или после инфекционного артрита, или после ревматической болезни.
Серебряный электрод устройства согласно данному изобретению может быть выполнен из чистого серебра или сплава, содержащего чистое серебро и небольшой процент материала, из которого изготовлен второй электрод. В различных вариантах осуществления устройства серебряный электрод имеет массу от 1 мг до 50 мг.
Второй электрод и игла устройства согласно данному изобретению могут быть изготовлены из золота. В различных вариантах осуществления устройства второй электрод имеет массу от 5 мгдо 100 мг.
Временный электрод устройства представляет собой небольшой металлический цилиндр, окруженный со всех сторон, кроме нижней поверхности, слоем электроизоляционного материала и соединенный с длинным изолированным электропроводящим проводом.
Другой аспект данного изобретения представляет собой способ лечения и профилактики инфекционных заболеваний, включающий следующие этапы:
a) сверление отверстия в кости или суставе;
b) имплантирование небольшого серебряного электрода в отверстие;
c) размещение временного электрода в отверстии, поверх серебряного электрода и в плотном контакте с ним;
d) электрическое соединение временного электрода с первым зажимом измерителя электропроводности;
e) электрическое соединение иглы, изготовленной из биологически совместимого материала, имеющего отрицательный электрический потенциал относительно серебра, со вторым зажимом измерителя электропроводности;
f) касание кожи иглой в точке вблизи просверленного отверстия и измерение электропроводности пути от серебряного электрода до иглы;
g) повторение шага f в различных местах до тех пор, пока не будет найден путь, имеющий самую высокую электропроводность, и маркировку соответствующего местоположения иглы;
h) повторение, шагов f и g для определения одного или более дополнительных соответствующих местоположений иглы, если это требуется;
i) отсоединение измерителя электропроводности от временного электрода и удаление измерителя электропроводности и иглы;
j) введение под кожу, в соответствующих найденных местоположениях, одного или более вторых небольших электродов, изготовленных из того же самого биологически совместимого материала, что и игла;
k) электрическое соединение одного зажима источника постоянного напряжения с временным электродом и второго зажима источника постоянного напряжения с первым из вторых электродов, тем самым инициируя высвобождение ионов серебра приложением небольшого тока между серебряным электродом и первым из вторых электродов;
l) отсоединение второго зажима источника постоянного напряжения от первого из вторых электродов;
m) повторение шагов k и l для каждого из остальных вторых электродов; и
n) удаление временного электрода и источника постоянного напряжения.
В некоторых вариантах осуществления способа согласно данному изобретению отверстие сверлится в инфицированной области кости. В других вариантах осуществления отверстие сверлится вблизи инфицированной области.
Способ согласно данному изобретению может использоваться для лечения, среди прочих заболеваний, бактериальной инфекции, возникающей после ортопедических операций, например остеомиелита или хронического остеомиелита, инфекционного артрита либо ревматических заболеваний.
Согласно вариантам осуществления способа согласно данному изобретению, серебряный электрод состоит из чистого серебра или сплава, состоящего из чистого серебра и малого процента материала, из которого изготовлен второй электрод. В различных вариантах осуществления способа серебряный электрод имеет массу от 1 мг до 50 мг.
Согласно вариантам осуществления способа согласно данному изобретению, игла и второй электрод могут быть изготовлены из золота. В различных вариантах осуществления способа второй электрод имеет массу от 5 мг до 100 мг.
Согласно вариантам осуществления способа согласно данному изобретению, временный электрод представляет собой небольшой металлический цилиндр, окруженный со всех сторон, кроме нижней поверхности, слоем электроизоляционного материала и соединенный с длинным изолированным электропроводящим проводом.
Согласно вариантам осуществления способа согласно данному изобретению, источник постоянного напряжения создает ток менее 0,5 мА, чтобы инициировать высвобождение ионов серебра, а время приложения тока для инициирования высвобождения ионов серебра составляет от 5 до 120 секунд или более.
Все вышеупомянутые и прочие особенности и преимущества изобретения будут понятны из последующего иллюстративного и неограничивающего изобретение описания предпочтительных вариантов осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Краткое описание чертежей
- На фиг.1-3 схематично показан физический принцип действия изобретения;
- На фиг.4А-4Н схематично показаны компоненты устройства согласно данному изобретению; и
- На фиг.5-13 схематично поясняются этапы способа, осуществляемого согласно данному изобретению.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Способ лечения бактериальных заболеваний согласно данному изобретению основан на антибактериальных свойствах ионов серебра, высвобождаемых под действием электрического тока. Способ согласно данному изобретению устраняет недостатки решений с локальным и кратковременным эффектом, гарантируя долговременный и распространяющийся лечебный эффект. Способ может использоваться для лечения широкого ряда заболеваний, например остеомиелита, хронического остеомиелита и инфекционного артрита, и определенных видов ревматических болезней, например ревматоидного артрита, псориаза и волчанки. Изобретение будет поясняться здесь на примере лечения хронического остеомиелита, однако применение изобретения не ограничено лечением конкретно этого заболевания, так что квалифицированные специалисты смогут адаптировать описанные здесь способ и устройство, внеся необходимые изменения, для проведения лечения других заболеваний.
Способ включает в себя имплантацию небольшого электрода, содержащего серебро, в инфицированную кость, внедрение под кожу другого небольшого электрода, содержащего другой металл, и инициирование высвобождения ионов серебра путем приложения небольшого тока между двумя этими электродами. Подача инициирующего тока осуществляется в течение очень короткого времени и затем прекращается. После этого непрерывное высвобождение ионов серебра будет продолжаться в течение долгого времени, которое теоретически оценивается по крайней мере несколькими годами, в течение которого ионы серебра будут распространяться также и в окружающую ткань. Этот способ гарантирует долговременный антибактериальный эффект, который после излечения инфекции будет также обеспечивать профилактику.
На первом этапе необходимо определить подходящее место для установки серебряного электрода. Для лечения хронического остеомиелита серебряный электрод должен быть имплантирован в кость в пределах инфицированной области. Инфицированная область может быть определена стандартными методами, такими как рентгенография, компьютерная томография, магнитная резонансная томография (ЯМР-томография) и т.д.
После того, как место для имплантации серебряного электрода в кости определено, кость подготавливается к операции с использованием инструментов, входящих в состав устройства согласно данному изобретению. Далее имплантируется серебряный электрод, второй электрод вводится под кожу в месте вблизи серебряного электрода, и к этим двум электродам подключается средство для подачи слабого тока, которое после короткого времени отсоединяется.
Физический принцип действия изобретения схематично показан на фиг.1-3. На фиг.1 показаны слои кожи 10 и мышц 12, окружающие кость 14. Серебряный электрод 18 показан имплантированным в инфицированную область 16 кости 14. Второй электрод 20 показан введенным под кожу 10.
На фиг.2 положительная клемма внешнего источника 22 постоянного напряжения соединена с серебряным электродом 18, а отрицательная клемма источника 22 соединена со вторым электродом 20. Кость и мышечная ткань проводят электричество и обеспечивают токопроводящий путь (показанный условно прямой штриховой стрелкой), который замыкает электрическую цепь. Постоянный ток от источника тока 22 вызывает распад серебряного электрода 18, высвобождающий ионы серебра, показанного условно пунктирной стрелкой, в инфицированную область 16, из которой они могут медленно распространяться в другие области кости, в окружающие ткани и к более отдаленным частям тела.
После подачи электрического тока внешний источник постоянного напряжения 22 отсоединяется от электродов. Как показано на фиг.3, гальванический ток продолжает протекать в системе, которая представляет собой, по существу, гальваническую батарею, имеющую серебряный электрод 18, второй электрод 20 и электролит, представленный костью и тканью. Этот ток продолжит протекать, высвобождая ионы серебра из серебряного электрода 18, пока эти два электрода остаются на месте, то есть пока один из электродов 18, 20 или оба электрода либо не будут физически удалены, либо полностью распадутся в результате длительного протекания тока, либо пока катод (второй электрод) полностью не покроется серебром.
На фиг.4А-4Н схематично показаны компоненты устройства согласно данному изобретению. На этих чертежах изображены: на фиг.4А - троакар 24; на фиг.4В - перфоратор (или дрель) 26; на фиг.4С - толкатель 24; на фиг.4D - серебряный электрод 18; на фиг.4Е - временный электрод 30; на фиг.4F - внешний источник постоянного напряжения 22; на фиг.4G -измеритель электропроводности 38 с присоединенной к нему иглой 40; и на фиг.4Н - второй электрод 20. Конструктивные особенности и функция каждого из этих компонентов будут описаны ниже со ссылкой на фиг.5-13, на которых схематично поясняются этапы способа согласно данному изобретению.
Чтобы обеспечить стерильность, все компоненты устройства поставляются в "фабрично герметизированном" контейнере, который открывается хирургом во время выполнения операции. Конечно, возможно также, что каждый из компонентов будет индивидуально упакован в герметичную "оболочку", чтобы обеспечивать стерильность компонента, до его использования. Предполагается, что устройство будет поставляться в двух вариантах: "начальном", который содержит все компоненты, показанные на фиг.4А-4Н, и "базовом", который содержит все компоненты устройства в варианте "начальный" за исключением внешнего источника постоянного напряжения 22 и измерителя электропроводности 38, которые являются относительно дорогостоящими и, очевидно, допускают многократное использование. Электроды 18 и 20 остаются в теле пациента, но все другие компоненты "базового" прибора предпочтительно утилизируются после однократного использования.
На фиг.5 показан первый шаг процедуры. После использования обычных средств для определения места расположения инфицированной области 16 внутри кости 14 (или сустава), троакар 24 вводится через кожу 10 и мышечный слой 12 до соприкосновения с краем кости 14 вблизи центра инфицированной области. Троакар 24 представляет собой стандартный троакар, используемый для ортопедических операций, но он, как и другие компоненты устройства, может быть изготовлен согласно стандартам, менее требовательным в отношении материала и прочности компонента, так как он не предназначен для повторной стерилизации или повторного использования.
На этапе, показанном на фиг.6, в кости 14 делается отверстие при помощи ортопедического перфоратора 26, вставляемого через троакар 24 и проталкиваемого через кость 12 в инфицированную область 16. В некоторых случаях может быть предпочтительнее использовать костную дрель малого диаметра вместо перфоратора. В любом случае, на фиг.7 показана ситуация после извлечения перфоратора/дрели 26. Показано, что в конце троакара 24 остается отверстие 42, которое проходит через кость и распространяется в инфицированную область 16.
На следующем этапе, результат которого показан на фиг.8, используется толкатель 28 (изображенный на фиг.4С и не показанный на фиг.8), чтобы ввести серебряный электрод 18 через троакар 24 до конца отверстия 42, которое было ранее сделано в кости 14. Толкатель представляет собой простой стержень (или трубку) с пластиковой ручкой, который может скользить через троакар.
Серебряный электрод 18 представляет собой небольшой кусочек чистого серебра или сплава, содержащего серебро, который обычно имеет вес порядка 1-50 мг. Серебряный электрод 18 может быть выполнен в виде небольшого цельного куска металла, либо, предпочтительно, изготовлен из серебряного провода в виде цилиндрической спирали малого диаметра, как показано на фиг.4D. Отверстие 42 имеет диаметр лишь немного больший, чем диаметр серебряного электрода 18, так что пористая костная ткань в твердой наружной оболочке кости 14 будет давить на серебряный электрод 18, удерживая его на месте даже до того, как вокруг электрода снова начнет расти ткань. Этот эффект будет еще больше, если вместо дрели используется перфоратор, поскольку перфоратор при формировании отверстия имеет тенденцию проталкивать пористую ткань, не удаляя весь костный материал, как в случае сверления.
Необходимо заметить, что ни на одном из чертежей не соблюдается даже приблизительный масштаб, и что масштаб изменяется от чертежа к чертежу. Фактические размеры различных компонентов устройства могут быть определены, начиная с диаметра серебряного электрода 18, который немного меньше, чем диаметр отверстия 42, который, в свою очередь, равен наружному диаметру перфоратора 26, и т.д. Также необходимо отметить, что, хотя предпочтительное расположение серебряного электрода для лечения остеомиелита находится в пределах инфицированной области в кости, при других обстоятельствах могут быть предпочтительны другие расположения электрода в теле вблизи инфицированной области, например в метафизе кости.
После того, как серебряный электрод 18 установлен в отверстие 42, при помощи толкателя 28, в отверстие 42 поверх серебряного электрода 18 вставляется временный электрод 30. Как можно видеть на фиг.4Е, временный электрод 30 представляет собой небольшой металлический цилиндр 32, соединенный с длинным изолированным электропроводящим проводом 34; металлический цилиндр 32 окружен со всех сторон, кроме нижней поверхности, слоем электроизоляционного материала 36, назначение которого будет объяснено далее. Как можно видеть на фиг.9, после того, как толкатель 28 извлекается, открытая нижняя поверхность металлического цилиндра 32 временного электрода 30 находится в контакте с вершиной серебряного электрода 18, а свободный конец электрического провода 34 выступает из троакара 24.
На следующем этапе необходимо определить место размещения второго электрода. Согласно изобретению, самые эффективные результаты будут получены в том случае, если второй электрод будет размещен под поверхностью кожи в точке, в которой электропроводность между вторым электродом и серебряным электродом максимальна. На фиг.10 поясняется способ для определения оптимального места размещения второго электрода. Один зажим измерителя электропроводности 30 соединяется с электрическим проводом 34 от временного электрода 30, находящегося в электрическом контакте с серебряным электродом 18, который имплантирован в инфицированную область 16 кости 14. Другой зажим измерителя электропроводности 30 соединяется с электрическим проводом 34', к концу которого присоединена игла 40. Игла 40 изготовлена из того же самого материала, что и второй электрод. Когда игла 40 соприкасается с кожей, образуется замкнутая электрическая цепь, и измеритель считывает электропроводность цепи. Если игла перемещается в другое место, измеритель фиксирует другую электропроводность. Разница в значениях электропроводности имеется, по существу, вследствие того, что часть цепи состоит из электролитического пути (образуемого костью и тканью) между серебряным электродом 18 и второй иглой 40. Иглу 40 перемещают по поверхности кожи до тех пор, пока не будет измерено самое высокое значение электропроводности. Когда эта точка определена, измеритель электропроводности удаляют и вводят под кожу второй электрод 20. Этот этап процедуры показан на фиг.11.
Второй электрод 20 представляет собой небольшой, обычно массой 5-100 мг, кусочек биологически совместимого материала, который должен иметь отрицательный электрический потенциал относительно серебра. Примером такого материала является золото.
После того как оба электрода имплантированы, источник постоянного напряжения 22 подключается к проводу 34 временного электрода 30 и к электрическому проводу 34", соединенному со вторым электродом 20, как показано на фиг.12. Когда источник 22 тока включен, постоянный ток от источника 22 напряжения начинает протекать через ткань между этими двумя электродами, как показано на фиг.2 и описано выше. Теперь становится очевидно, для чего необходим изоляционный слой 36 на временном электроде 30. Если бы его не было, то по крайней мере часть тока утекала бы через боковые стенки временного электрода, создавая альтернативные электрические пути ко второму электроду.
Стартовый ток относительно низок - менее чем порядка 0,5 мА, и подается в течение короткого промежутка времени, порядка 5-120 секунд. Эти параметры стартового тока подходят для запуска протекания тока в большинстве ситуаций. Очевидно, что важным параметром является количество ионов, испущенных во время стартового периода, и оно пропорционально стартовому току, умноженному на время. Поэтому стартовый ток может подаваться в течение более длительных или более коротких промежутков времени, чем предложенные выше, если соответственно изменяется значение подаваемого электрического тока.
После первоначального короткого стартового периода источник 22 постоянного напряжения, временный электрод 30 и троакар 24 удаляют. Провод 34" отсоединяют от второго электрода 20, оставляя в конце операции ситуацию,, показанную на фиг.13.
Гальванические токи порядка нескольких десятков наноампер будут продолжать протекать между серебряным электродом 18 и вторым электродом 20 в течение длительного периода времени. Точное значение этого периода времени зависит от многих факторов, но автор изобретения полагает, что легко могут быть созданы благоприятные условия, при которых гальванические токи продолжат протекать в течение нескольких десятков лет. Гальванический ток вызывает медленное, но непрерывное разложение серебряного электрода. Поскольку этот электрод разрушается, ионы серебра, а также наночастицы серебряного сплава, высвобождаются в окружающую ткань. Ионы серебра уничтожают бактерии в непосредственной близости от электрода и постепенно проникают в другие участки кости, и, в конечном счете, выходят за пределы кости и поступают к другим частям тела, где они действуют как бактерицид для любых бактерий, с которыми они сталкиваются на пути. В то же самое время серебряные наночастицы также медленно продвигаются в направлении от электрода и постепенно распадаются в теле, медленно превращаясь в ионы серебра.
В другом варианте осуществления изобретения серебряный электрод изготовлен не из чистого серебра, а из серебряного сплава с небольшим процентным содержанием материала, из которого изготовлен второй электрод. В этом варианте осуществления изобретения разрушение электрода гальваническим током приведет к высвобождение ионов серебра и наночастиц сплава. Когда наночастицы сплава перемещаются в теле, возникнут условия, когда пары наночастиц станут формировать гальванические элементы наноразмера, которые будут высвобождать даже большее количество ионов серебра, как локально, так и, в конечном счете, во всех частях тела.
В другом варианте осуществления изобретения под поверхность кожи вокруг серебряного электрода могут быть введены описанным выше способом дополнительные вторые электроды. Это приведет к созданию гальванических токов между "центральным" серебряным электродом и множеством вторых электродов, расположенных вокруг него, тем самым увеличивая объем кости и ткани, в который высвобождаются ионы серебра.
Изобретение было проиллюстрировано для случая лечения имеющегося остеомиелита, но данное изобретение может также играть важную роль в предупреждении бактериального заболевания. Например, известно, что остеомиелит развивается после значительного количества ортопедических операций, иногда через продолжительный период, после полностью успешной операции. Стоимость и сложность осуществления способа согласно данному изобретению настолько малы по сравнению с большинством ортопедических операций и, конечно, настолько малы в сравнении со стоимостью в долгосрочной перспективе и трудностью лечения пациента, заразившегося остеомиелитом, что должно быть серьезно рассмотрено внедрение использования изобретения во многих ортопедических операциях, как обязательная часть, не дожидаясь, пока инфекция проникнет внутрь организма, а предупреждая это имплантацией серебряного электрода в лечимую кость и выполняя оставшиеся этапы изобретения как часть послеоперационной обработки ран.
Безопасность и осуществимость лечения инфекции кости ионами серебра согласно данному изобретению были продемонстрированы in vivo, путем прививки бактерий вызывающих у животных остеомиелит (ОМ) и применяя затем для их лечения способ согласно данному изобретению. Для этого исследования использовались кролики, поскольку они являются наиболее часто используемыми для исследований остеомиелита подопытными животными [16].
Исследование проводилось в три этапа. На первом этапе была продемонстрирована безопасность лечения, путем применения способа согласно данному изобретению к здоровым животным по сравнению с контрольной группой здоровых и необработанных животных. Безопасность способа была доказана у 100% животных при помощи рентгенограмм, анализов крови, а также результатов общепатологических и гистологических исследований.
На втором этапе была создана модель индуцирования хорошо развитой инфекции кости у животныхпутем использования различных прививок.
Наконец, на третьем этапе была продемонстрирована осуществимость данного способа. Правая большая берцовая кость каждого из животных, входящих, как в лечебную группу, так и в контрольную группу, была привита вирусом золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus) [17]. Спустя одну неделю способ согласно изобретению был применен к животным лечебной группы. Половина животных из обеих групп была умерщвлена в конце периодов наблюдения, 2 и 4 недели.
Рентгенологические исследования и гистологические анализы показали, что в конце периода наблюдения у всех нелеченых животных был острый остеомиелит с образованием абсцессов в костномозговой полости. Эти сведения показали, что создание модели было успешным, и самоизлечение не встречалось.
У большинства леченых животных из группы длительного периода наблюдения было замечено очевидное уменьшение в размере костномозгового абсцесса. У одного животного наблюдалось полное излечение. Среди животных из группы краткосрочного периода наблюдения начало процесса излечения наблюдалось приблизительно у половины животных.
На данном этапе при помощи анализов крови и общепатологического и гистологического анализов, выполненных у всех животных, было получено дополнительное подтверждение безопасности применения способа, демонстрирующее, что количества и природные свойства используемых элементов (серебра и добавок) не вредят общему состоянию здоровья животных.
Несмотря на то, что варианты осуществления изобретения были описаны с помощью примеров, подразумевается, что изобретение может быть осуществлено с различными вариациями, изменениями и усовершенствованиями, не выходящими за рамки формулы изобретения.
Список литературы
1. Becker R.O., Spadaro J.A., Treatment of orthopaedic infections with electrically generated silver ions. A preliminary report. J. Bone Joint Surg. Ann. 1978, 60(7):871-81.
2. Ducland R., Spadaro J.A., Rahn B.A., Silver antibacterial bone cement. Comparison with gentamicin in experimental osteomyelitis. Clin. Orthop. Relat. Res. 1982, 169:264-8.
3. Faber С., Stallman H.P., Lyanau D. M., et. al., Release of antimicrobial peptide Dhvar-5 from polymethylmethacrylate beads. Journal of Antimicrobial Chemotherapy 2003, 51:1359-64.
4. Nand S., Sengar G. K., Nand S., et. al., Dual use of silver for management of chronic bone infections and infected non-unions. J. Indian Med. Assoc. 1996, 94(3):91-5.
5. Stallman H.P., Faber C, Bronckers L.J.J., et. al., Osteomyelitis prevention in rabbits using antimicrobial peptide hLFI-11 or gentamicin-containing calcium phosphate cement. Journal of Antimicrobial Chemotherapy 2004, 54:472-6.
6. Vogely H.C, Oosterbos C.J., Puts E.W. et. al., Effects of hydroxyapatite coating on TI-6A1-4V implant-site infection in a rabbit tibial model. Journal of Orthopaedic Research 2000, 18:485-93.
7. Webster DA, Spandara J.A., Becker P.O., Krammer S., Silver anode treatment of chronic osteomyelitis. CZm. Orthop.Relat. Res. 1981, 161:105-14.
8. Zuluaga A.F., Galvis W., Jaimes F. and Vesga O., Lack of microbiological concordance between bone and non-bone specimens in chronic osteomyelitis: an observational study. BMC Infectious Diseases, 2002, 2:8.
9. Osteomyelitis, Copyright 1995-2005, The Cleveland Clinic Foundation, http://www.clevelandclinic.org/health/health-info/docs/2700/2702.asp?index=9495&src-news.
10. Osteomyelitis, Robert Wood Johnson University Hospital, http://www.rwiuh.edu/health information/adult bone osteom.html
11. Hunt TK, Linsey M, Grislis HJ, et al. The effect of differing ambient oxygen tensions on wound infection. Ann Surg 1975; 181: 35-9.
12. Mendel V, Reichert В, Simanowski HJ, Scholz HC. Therapy with hyperbaric oxygen and cefazolin for experimental osteomyelitis due to Staphylococcus aureus in rats. Undersea Hyperb Med 1999; 26(3): 169-74.
13. Wright J., Hyperbaric oxygen therapy for wound healing, World Wide Wounds, May 2001, http://www.woiidwidewounds.com/2001/april/Wright/HvperbaricOxygen.html
14. Lazzarini L, et. al., Osteomyelitis in long bones, J. Bone Joint Surg. Am. 86:2305-2318, 2004.
15. McCarthy J, et. al., Muskoskeletal infections in children. Basic treatment principles and recent advancements, J. Bone Joint Surg. Am. 86:850-863, 2004.
16. Dekel S. and M. J. 0. Francis, The treatment of Osteomyelitis of the Tibia with Sodium salicylate. An experimental study in rabbits, JBJS, VOL. 63-B, No.2.981.
17. Stallman H.P., Faber С, Bronckers L.J.J., et.al., Osteomyelitis prevention in rabbits using antimicrobial peptide hLFI-11 or gentamicin-containing calcium phosphate cement. Journal of Antimicrobial Chemotherapy 2004, 54:472-6.