СОСТАВ ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНОЙ ГЕЛЕВОЙ ПОВЯЗКИ
COMPOSITION FOR BIOLOGICALLY ACTIVE BANDAGE GEL

Изобретение относится к медицине, а именно к полимерному гелевому материалу медицинского назначения, в частности к перевязочным средствам для лечения ран, повреждений кожи, включая термические (ожоги, отморожения); трофических язв различной этиологии (диабетических, венозных, посттравматических и др.); для нанесения аппликаций онкологическим больным после облучения; кроме того, к дренирующим материалам, полупроницаемым мембранам; также этот материал можно использовать в косметологии. Существует целый класс комбинированных поражений, в том числе связанных с воздействием химических, механических, термических факторов, а также ионизирующего излучения. Особенности заживления раны определяются количественными, но не качественными различиями и во всех случаях в раневом процессе принимают участие одни и те же клеточные элементы, определяющие динамику раневого процесса (воспаление, пролиферацию грануляционной ткани и эпитализацию). Выраженные нарушения местного гомеостаза, микроциркуляции, наличие некротических тканей и неизбежное бактериальное загрязнение ран обусловливают более выраженную воспалительную реакцию, развитие различных форм раневой инфекции, что приводит к затяжному течению раневого процесса. Заживление таких ран обычно растягивается на более длительное время, чем при механической травме, и происходит по варианту вторичного натяжения.
В отличие от обычных сорбционных перевязочных средств (марлевых, ватно-марлевых, нетканых материалов, полимерных губок), у которых устанавливается динамическое равновесие концентрации микрофлоры на границе "повязка-рана", биологически активные гелевые повязки обеспечивают пластифицирующее воздействие на ткани раны, размягчают некротические образования, диффундируют под них, облегчая механическое удаление нежизнеспособных тканей, и предотвращают развитие инфекции на поверхности раны под струпом. Они создают на ране влажную среду, оптимальную для нормального течения процессов регенерации. За счет охлаждающего действия гелевых повязок и, соответственно, понижения местной температуры подлежащих тканей создаются условия, препятствующие развитию гнойной инфекции в ране. Гидрогель способствует элиминации экссудата, подавлению микрофлоры.
Известны составы для биологически активных гелевых повязок, используемых при лечении поражений кожи, таких как ожоги и раны, обладающих терапевтической активностью (см. RU 2157243, 2000 г., ЕР 0055397, 1982 г., WO 96/33748, 1996). Структурной основой (матрицей) этих препаратов чаще всего являются линейные водорастворимые полимеры (поли-N-винилпирролидон, полиэтиленгликоль, поливиниловый спирт, полиакриламид). Они применяются либо в виде раствора, либо в виде химически сшитого геля (за счет образования ковалентных или ионных связей). Первые не обладают достаточной прочностью для использования их в качестве повязки без поддерживающей ткани или сетки, а получение других в виде гидрогелевых препаратов является достаточно сложной операцией с участием токсичных исходных компонентов, затрудняющих введение в матрицу гидрогеля физиологически активных субстанций. Эти препараты часто вызывают местную аллергическую реакцию или не обладают достаточной воздухопаропроницаемостью, что усугубляет патологический процесс, и/или природные (альгинаты, коллагены) полимеры.
Известен также состав для биологически активной гелевой повязки, включающий смесь, содержащую активный компонент и матрицееобразующий природный полимер, в качестве которого использован альгинат натрия (см. описание препарата АЛЬГИПОР М - http://www.palma-med.ru/Products/Detail.aspx?Id=21). Этот препарат представляет из себя пористые стерильные листы размером 4×5, 6×10, 15×16 и 13,5×25 см и толщиной 5-10 мм (состав: натрия альгината - 0,7276 г, кальция глюконата - 0,2374 г, фурацилина - 0,035 г). Применяется для лечения поверхностных ожогов II и IIIa степени, глубоких ожогов с влажным струпом и обильным отделяемым, послеожоговых ран и язв, трофические язв и пролежней.
Недостаток этого технического решения - усложненная процедура формирования повязки, которая включает выбор листа повязки оптимальной площади или резка большего, позиционирование его на ране и фиксация внешней повязкой, при этом форма готового препарата (прямоугольные листы) не обеспечивает его оптимального расхода. Кроме того, сохранность препарата более сложно обеспечить, если рана не прямоугольна, то сложно обеспечить, кроме того, сорбционные свойства и ионообменный свойства повязки недостаточны. Недостаточно высокий уровень биологической активности материала повязки. Все это снижает лечебную эффективность формируемой повязки.
Задача, на решение которой направлено заявленное решение, - повышение лечебной эффективности формируемой повязки.
Технический результат, проявляющийся при решении поставленной задачи, выражается в повышении лечебной эффективности препарата и его биологической активности за счет «работы» в нем цеолита, кроме того, облегчается адаптация размеров формируемой повязки к размерам раны и ее форма не влияет на эффективность расхода материала. Кроме того, срок хранения препарата существенно увеличивается и обеспечивается использование только свежеприготовленного материала.
Для решения поставленной задачи состав для биологически активной гелевой повязки, включающий смесь, содержащую активный компонент и матрицеобразующий природный полимер, в качестве которого использован альгинат натрия, отличается тем, что в качестве активного компонента использован порошок природных цеолитовых пород, предпочтительно клиноптилолит-смектитовых, с крупностью, предпочтительно, 10-100 мкм, но не меньше 200 нм, при этом, в составе смеси содержание природных цеолитовых пород составляет 60-70% от ее массы, остальное - порошок альгината натрия.
Кроме того, в состав смеси введены порошки лекарственных средств, в эффективной концентрации. Кроме того, перед использованием состава его замешивают в растворе лекарственного средства, содержащего эффективную концентрацию последнего, в пересчете на объем состава.
Сопоставительный анализ признаков заявленного и известных технических решений свидетельствует о его соответствии критерию "новизна".
Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.
Признаки «в качестве активного компонента использован порошок природных цеолитовых пород» обеспечивают высокую сорбционную емкость предлагаемого состава и его уникальные ионоселективные и ионообменные свойства, в том числе способность поставлять в рану содержащиеся только в природных цеолитах химические элементы, необходимые для строительства тканей тела, что дополнительно стимулирует процесс заживления ран.
Признаки, указывающие, что в качестве природных цеолитовых пород использованы предпочтительно клиноптилолит-смектитовые, обеспечивают максимальное проявление лечебно-оздоравливающих свойств цеолитов (исключают аллергические проявления при его применении).
Признаки, указывающие, что используют порошок цеолита «с крупностью, предпочтительно, 10-100 мкм, но не меньше 200 нм», обеспечивают высокую поглощающую способность из-за максимизации удельной площади поверхности. При этом важно в целях перестраховки (в случаях случайного просыпания цеолита на рану) не допускать измельчения цеолитовой породы ниже размерного порога в 200 нм, поскольку частицы минералов со степенью дробления менее 100 нм способны легко проникать внутрь организма и, накапливаясь в печени и почках, проявлять токсическое действие.
Признаки, указывающие, что «в составе смеси содержание природных цеолитовых пород составляет 60-70% от массы порошка, остальное - порошок альгината натрия», обеспечивают высокую эффективность лекарственного средства, когда альгинат натрия образует полимерную гидрогелевую матрицу, иммобилизующую частицы цеолита, исключающую их прямое взаимодействие с раневой поверхностью, легко удаляющуюся с раны (при необходимости этого) без ее повреждения. При этом проявляющаяся лечебная эффективность компонентов биологически активной гелевой повязки превышает их суммарную эффективность, при этом дополнительно обеспечивается удовлетворительная прочность повязки.
Признаки второго и третьего пунктов формулы обеспечивают возможность дополнительного повышения лечебного эффекта от использования повязки за счет обеспечения возможности одновременного применения целевых лекарственных средств.
На фиг. 1 показана схема, иллюстрирующая действие природного цеолит-смектитового минерального комплекса (без лечебных добавок) на разных стадиях раневого процесса (последовательность воспалительно-репаративных процессов); на фиг. 2 показана модель контактных зон в альгинатных гелях; на фиг. 3 показана Таблица 2 - «Характеристики альгинатов, опробованнных как компоненты раневого покрытия»; на фиг. 4 представлена зависимость величины зазора между параллельными пластинами (h) от величины нагрузки (Р) для капсулы из Alg.MM; на фиг. 5 показана Таблица 3 - «Сопоставление основных характеристик клиноптилолита и смектита»; на фиг. 6 показана Таблица 4 - «Морфометрические данные клеток Лангерганса и Меркеля кожи при ожоге».
Обзор накопленного опыта применения различных типов сорбентов местного действия в хирургии говорит о том, что весьма перспективными для создания эффективных сорбционно-аппликационных технологий лечения гнойно-септических заболеваний, вызванных ранениями, ожогами, пролежнями и другими причинами, являются природные цеолиты.
Сравнительная оценка возможностей всех традиционных сорбентов (включая порошковые и гранулированные формы, варианты волокнистых тканых и нетканых раневых покрытий, обладающих сорбционным действием) с полезными свойствами, которые демонстрируют на практике порошковые формы природных цеолит-смектитовых пород даже в чистом виде (без применения лечебных добавок), свидетельствует или о превосходстве цеолитов практически по всем показателям, или, по меньшей мере, - о приемлемой сопоставимости лечебного действия. Справедливость этого вывода можно проиллюстрировать конкретно по пунктам.
1) Дегидратационный эффект, заметно снижающий отек окружающих тканей уже в первые часы после начала лечения, характерный для многих применяемых в хирургии сорбентов, у клиноптилолит-смектитовых пород выражен весьма отчетливо.
2) Отмеченная разными авторами способность многих сорбентов значительно повышать чувствительность микрофлоры к антибиотикам для природных цеолитов также характерна.
3) Отмеченное у большинства применяемых сорбентов свойство избирательности к кислым метаболитам (что приводит к понижению рН раневого отделяемого, и в итоге благоприятно сказывается на течении нагноительного процесса и потенциирует действие лекарств) обнаружено в явном виде и у цеолитовых пород.
4) Известно, что перспективы применения сорбентов в хирургии связаны с возможностью их использования в качестве матриц для иммобилизации лекарственных средств местного применения. Лекарственные вещества могут удерживаться на матрице посредством сил межмолекулярного взаимодействия электростатических и водородных связей. При этом, к примеру, ферменты при иммобилизации на сорбентах приобретают пролонгированные свойства, сохраняя специфическое действие при однократном применении до трех и более суток; антибиотики и антисептики сохраняют действие еще дольше - до шести и более суток. Как показал наш опыт, порошковые формы клиноптилолитовых пород обладают перечисленными свойствами в полной мере.
5) Только часть применяемых в настоящее время сорбентов практически не обладает аллергенным действием. Достоверно выявлено, что ни клиноптилолит, ни смектит (как другие основные минеральные примеси в составе природных цеолитов) не вызывают аллергических реакций у человека и животных.
Клиноптилолит-смектитовые минеральные комплексы наряду с перечисленными свойствами обладают рядом дополнительных полезных качеств, которых лишены все без исключения искусственные сорбенты. В ряду таких качеств следует особо выделить нижеследующие.
- Все природные клиноптилолит-смектитовые минеральные комплексы содержат широкий спектр биологически доступных химических элементов, способных участвовать в поддержании в организме электролитного баланса жидких сред, а также быть поставщиками элементов для формирования тканевых составляющих, ферментных, медиаторных и иных систем в организме.
- Природные клиноптилолит-смектитовые минеральные комплексы даже в чистом виде (без каких-либо добавок) обладают явно выраженными биологически активными свойствами, в том числе - способностью активизировать регенерацию поврежденных тканей.
К перечисленным следует добавить антиоксидантные свойства, выявленные у природных цеолитов в результате многолетнего применения цеолитсодержащих БАДов.
Сопоставление основных характеристик клиноптилолита и смектита выполнено в Табл. 2 (см. фиг. 5).
Альгинаты, способные образовывать гели с высокой степенью гидратации (высоким содержанием воды) и высокой прочности, свободно насыщаются большинством лекарственных препаратов, не вступая с ними во взаимодействия и химические реакции. Гель на основе альгината образуется в мягких условиях при комнатной температуре без добавления органических растворителей, гель биодеградируем в физиологических условиях. Альгинат натрия сам по себе является поставщиком в рану целого ряда полезных химических элементов, органических и органоминеральных веществ.
Применение альгината в медицине включает три основных направления:
- в качестве вспомогательных химико-фармацевтических средств для производства различных лекарственных форм медицинских препаратов;
- в качестве медицинских изделий в виде марли, ваты, салфеток нетканого материала, губок и др. для местного гемостаза при наружных и внутриполостных кровотечениях;
- как лекарственные средства различной направленности действия.
Такое широкое использование альгинатов обусловлено их практической безвредностью, хорошей переносимостью организмом; по этой причине они разрешены к применению как в пищевой, так и в медицинской промышленности. Выбор альгината натрия в качестве связывающего воду компонента объясняется его хорошо проверенным, абсолютно благоприятным, биологическим действием в ране, а также широкой распространенностью природного сырья, из которого производится данный продукт. Немаловажный фактор - его сравнительная дешевизна и постоянная представленность на рынке.
Гелеобразование в растворах альгинатов обусловлено реакцией комплексобразования. Формирование и свойства гелей в первую очередь определяются соотношением маннуронатных и гулуронатных блоков, их числом и протяженностью. Количество гулуроновой кислоты влияет на гелеобразующую способность альгинатов (при ее содержании меньше 20-25% гель вообще не образуется). Показатели прочности, микро- и макроструктуры альгинатных гелей зависят от концентрации альгината и способа приготовления гелей.
Образование геля альгината происходит при рН ниже 4 и/или в присутствии ионов двухвалентных металлов. Структура геля альгиновой кислоты не зависит от способа формирования, в отличие от ионно-сшитых гелей. В биотехнологии и пищевой промышленности используют прямую обработку водного раствора альгината натрия неорганическими или органическими соединениями кальция в виде растворов или твердых веществ. Обычно применяют хлорид кальция, сульфат кальция, уксуснокислый кальций или глюконат кальция. Раствор солей кальция впрыскивают по каплям в раствор альгината натрия, в результате чего образуется гель в виде шариков.
Приготовление состава для биологически активной гелевой повязки сводится к измельчению природного цеолита, с учетом заявленной тонкости размола, эту процедуру осуществляют в две стадии: вначале дробят (например, дробилкой ВКМД6) на куски с крупностью 3-5 мм, после чего полученный материал подвергают тонкому ультразвуковому измельчению до крупности 10-100 мкм, но не меньше 200 нм, (например, гомогенизатором Bandelin Sonopulse 3400) в течение 5-10 мин. При этом важно в целях перестраховки (в случаях случайного просыпания цеолита на рану) не допускать измельчения цеолитовой породы ниже размерного порога в 200 нм, поскольку частицы минералов со степенью дробления менее 100 нм способны легко проникать внутрь организма и, накапливаясь в печени и почках, проявлять токсическое действие.
Полученный порошок цеолита стерилизуют известным образом, например прокаливанием при температуре 150-200°C или облучением ультрафиолетом.
Далее стерильный порошок природного цеолита смешивают со стерильным порошком альгината натрия (характеристики альгинатов различных производителей приведены в табл. 1, на фиг. 3), при этом содержание природных цеолитовых пород в составе смеси составляет 60-70% от ее массы, остальное - порошок альгината натрия. Насыщение порошков природного цеолита лекарственными препаратами может осуществляться путем смешивания порошковых лекарственных форм (природных минералов, порошков из сушеных трав и их концентратов) с порошком цеолита. Введение в порошок природного цеолита лекарственных средств, их выдержкой в растворах лекарственных средств также возможно, например, с использованием метода Н.И. Богомолова.
Готовую смесь фасуют на порции, например, по 50, 100 или 250 грамм и содержат в герметичных контейнерах или герметично запаянных пакетах.
При необходимости применения лекарственного средства вскрывают герметичную упаковку, высыпают в емкость и смешивают с раствором солей кальция в эффективном количестве.
+
2+
2+
При непосредственном введении солей кальция в раствор альгината натрия получаются неоднородные гели, т.к. реакция обмена Na на Са идет с высокой скоростью. Для устранения этого недостатка, например, используют малорастворимую соль сшивающего противоиона (карбонат кальция, глицерофосфат кальция) в присутствии слабых кислот, что обеспечивает получение гомогенного несинерезисного альгинатного макрогеля с ограниченным содержанием ионов Са. Для получения гомогенных гелей учитывают молекулярную массу альгината, вязкость и температуру раствора, а также размер частиц солей кальция. Получению однородных гелевых структур также способствует внесение загустителей в полисахаридную систему, например ксантана.
Полученный гель оперативно и равномерно наносят на раневую поверхность. В результате полимеризации геля получается раневое покрытие, способное к высокоэффективной работе в разных фазах раневого процесса.
Такое раневое покрытие обеспечивает пластифицирующее воздействие на ткани раны, размягчает некротические образования, диффундирует под них, облегчая механическое удаление нежизнеспособных тканей и предотвращая развитие инфекции на поверхности раны под струпом. Оно создает на ране влажную среду, оптимальную для нормального течения процессов регенерации. За счет охлаждающего действия гелевой повязки и, соответственно, понижения местной температуры подлежащих тканей создаются условия, препятствующие развитию гнойной инфекции в ране. Гидрогель способствует элиминации экссудата, подавлению микрофлоры.
Эффективность работы состава для биологически активной гелевой повязки проверялась в лабораторных условиях на крысах линии Вистар с ожогами IIIa степени. Для проведения экспериментальных воздействий все животные были разделены на 4 группы по 7 штук, в зависимости от состава аппликаций, наносимых на раневую ожоговую поверхность.
"Л" - использована мазь «Левомеколь» (контрольная группа);
"В" - использованы измельченные цеолиты Вангинского месторождения (Амурская область);
"В+А" - использованы измельченные цеолиты Вангинского месторождения (Амурская область), заключенные в альгинатный гель;
"А" - использован альгинатный гель.
Для решения поставленной задачи цеолит подвергался дроблению (дробилка ВКМД6) и последующему ультразвуковому измельчению (гомогенизатор Bandelin Sonopulse 3400) в течение 5 мин.
В итоге размер частиц цеолита достигал размеров около 50-100 мкм. Концентрация цеолита в туфах всех трех месторождений составляла около 60-70%. В работе использовался альгината натрия Пика (Pluka, Германия). Концентрация растворов альгинатов составляла 3 мас. %. Для нейтрализации эффекта следов солей кальция добавлялся этилендиамин-тетрауксусный натрий в концентрации 1 мас. %
Аппликации из цеолитов (массой до 1 г) раневой поверхности проводились на протяжении одной недели один раз в день. После опытных мероприятий у животных бралась биопсия кожи. Блоки фиксировали в 10% растворе забуференного нейтрального формалина "Histoline" (производитель Элемент, Россия), дегидратировали в этиловом спирте возрастающей концентрации и заключали в парафин "Histomix Extra" (производитель БиоВитрум, Россия). Из полученных блоков готовили полутонкие срезы, окрашивали гематоксилин-эозином, изучали под световым микроскопом "Zeiss Axio Observer A1" (производитель Zeiss, Германия), для фотосъемки использовали "Axio Cam 3" (Zeiss, Германия) и программу компьютерной морфометрии «Axio Vision 4.2».
В контрольной группе (Левомеколь) в биопсийном материале наблюдали гиперемию сосудов, усиление экссудации, и в результате этого, отек дермы, что является проявлением первой фазы заживления. В грануляционной ткани выявлялось большое число нейтрофилов по сравнению с нормой.
В группах "В" и "В+А" отмечено эффективное развитие грануляционной ткани. Фибробласты образовывали пласты больших размеров. Морфометрические показатели тканевых базофилов в группе «В» достоверно выше по сравнению с контрольной группой: периметр клеток повышается на 18,2%, площадь на 44% и длина на 25% (табл. 1).
Также в группе В по сравнению с контрольной достоверно повышались морфометрические показатели ядра и клетки кератиноцитов (площадь на 15%, длина на 16%), клеток Меркеля (площадь на 14%, площадь ядра на 13%) и Лангерганса (площадь на 21%, длина на 19%).
Причем в материале группы «В», по сравнению с контрольной группой, уменьшились высота сосочков кожи, разрыхленность базальной мембраны, процент вакуолизации клеток и очаговых скоплений утолщенных коллагеновых и эластических волокон.
В группах «В+А» и «А» в коже наблюдались повышение большинства показателей по сравнению с результатами контрольной группы (Л), получавших «Левомоколь». Процент вакуолизации в коже достоверно уменьшался по сравнению с контролем (на 10% и 22% в базальном, на 16% и 26% в шиповатом и в 1,6 и 3 раза в зернистом слое для группы «В» и «Л» соответственно). Морфометрические показатели клеток Лангерганса, Меркеля, кератиноцитов и тканевых базофилов в группе «Л» достоверно соответствовали показателям в группе «В» (табл. 3, фиг. 6), а в группе «В» отмечено лишь статистически незначимое повышение (до 10%) этих показателей по сравнению с материалом контрольной группы.
Количество эластических и коллагеновых волокон в группах «В», «В+А» и «А» по сравнению с группой «Контроль» заметно уменьшалось, они становились тонкими и более упорядоченными.
Таким образом, можно сделать вывод, о том, что частицы цеолитов в сочетании с альгинатом уменьшают последствия ожоговой травмы в коже.
Наименьшим положительным действием, по нашим результатам, обладает отдельно применяемый цеолит, а затем - отдельно альгинат.
В целом, состояние ожоговой раны после аппликации цеолитов вместе с альгинатом свидетельствовало о большей зрелости грануляционной ткани и большей функциональной состоятельности фибробластов, чем у крыс, получавших аппликации их отдельно и мазь «Левомеколь». Механизм действия цеолитов заключается в адсорбции раневых токсинов, выделении в рану микроэлементов и в нормализации гомеостаза в очаге поражения за счет каталитических свойств кристаллической решетки.