Efficacy of Immobilized Prolonged Ammonium Antiseptics in Treatment of Purulent Wounds

Abstract


Relevance. Purulent complications occur in 35-45% of patients with surgical diseases, lethality rate from these conditions achieves 25%.

The purpose of the study. To investigate the wound process while treating the purulent wounds with immobilized forms of miramistin and benzalkonium chloride in gel of sodium salt of carboxymetylcellulose.

Materials and methods. There were analysed results of experimental study of the wound process on 108 male Wistar rats. Experimental animals were divided into 3 groups, each group included 36 rats. In a comparison group ‘Levomekol’ ointment was used for treatment. In the first experimental group treatment was done by the ointment with the following composition: 0,01% solution of miramistin — 100 g, metronidazol –1,0 g, sodium salt of carboxymetylcellulose — 4,0 g, while in the second experimental group ointment composition included benzalkonium chloride 0,02 g, metronidazol — 1,0 g, sodium salt of carboxymetylcellulose — 4,0 g, purified water — up to 100,0 g. The wound process was evaluated by planimetric, microbiological and histological methods of investigation.

Results and its discussion. The reduction of wound area in the first experimental group was higher than in a comparison group on the 3rd day of the experiment by 9,7%, on the 5th day — by 7,6%, on the 10th and 15th days — by 10,5%, while in the second experimental group the change was 37,2%, 27,3%, 13,8% and 6,9% respectively. In the first experimental group microbial contamination of the wound was less than in a comparison group by 5,8х106, on the 5th day — by 3,1х105, on the 10th day — by 6,1х104, while in the second experimental group on the 3rd day there were no differences, on the 5th day — by 6,3х105, on the 10th day — 1,1х104. Histological investigations of the wound biopsies on the 10th day of experiment showed that in a comparison group the bottom of the wound was covered by granulation tissue without signs of epithelization, there was full coverage of the wound with a newly formed epithelium in experimental groups.

Conclusions. The use of prolonged quaternary ammonium antiseptics in treatment of purulent wounds is pathogenetically justified and efficient.


Лечение гнойных ран было, есть и будет актуальной проблемой хирургии, что обусловлено огромной распространенностью высоковирулентных, резистентных к антибиотикам и антисептикам микроорганизмов – возбудителей раневой инфекции [2, 14]. При этом отмечается возрастание доли внутригоспитальной инфекции, которая регистрируется у 12-22% больных [3]. Гнойные осложнения составляют 35-45% в структуре хирургических заболеваний, а летальность от них достигает 25% [7]. Чаще в раневом отделяемом обнаруживается не один, а множество возбудителей (микст-инфекция), что обусловливает тяжелое течение раневого процесса, вследствие изменения биологических свойств микроорганизмов с их быстрым развитием устойчивости к антибактериальным препаратам [1, 13]. Несомненно, у современного врача в арсенале имеются различные методы лечения гнойно-воспалительного процесса мягких тканей, однако некоторые из них применимы лишь в условиях стационара, другие слишком дорогостоящие.
Для амбулаторного же применения не теряет (и никогда не утратит) актуальности способ лечения ран под повязкой [4]. Применение водных растворов антисептиков хоть и эффективно, но кратковременно вследствие их высыхания и инактивации воспалительным экссудатом, что требует большого расхода и/или частой смены повязки, которая в свою очередь травмирует раневую поверхность [6]. Все вышеизложенное диктует необходимость постоянной разработки и внедрения в клиническую практику новых комбинаций антисептиков, противомикробных препаратов на основах, способных пролонгировано выделять в рану активное вещество, что в свою очередь сократит частоту перевязоки травматизацию раневой поверхности в процессе ее заживления.
Одним из перспективных направлений лечения гнойного процесса на наш взгляд принадлежит применению четвертичных аммониевых соединений. Они обладают широким спектром антимикробного действия, включая госпитальные штаммы, резистентные к антибиотикам, их растворы легко взаимодействуют с карбоксиметилцеллюлозой (основа для иммобилизации активного вещества препарата), усиливают действие антибактериальных препаратов. В настоящее время в виде водных растворов для лечения гнойных ран широко применяются их представители: мирамистини бензалкония хлорид [9, 11]. Изучение эффективности пролонгированных иммобилизированных форм аммониевых антисептиков в лечении гнойных ран до настоящего времени не произведено.
Цель исследования: изучение течения раневого процесса при лечении гнойных ран иммобилизированными формам мирамистина и бензалкония хлорида в геле натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы.
Материалы и методы исследования
Материалом для исследования послужили комбинации, состав которых разработан коллективом Курского государственного медицинского университета.
Комбинация 1 (патент РФ № 2542376): раствор мирамистина 0,01% - 100,0 г, метронидазол – 1,0 г, натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы – 4,0 г.
Комбинация 2: бензалкония хлорид- 0,02 г, метронидазол – 1,0 г, натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы– 4,0 г, вода очищенная – до 100,0 г. Для усиления формулы разработанных нами комбинаций и профилактики развития анаэробной инфекции мы так же ввели в состав противомикробный препарат метронидазол, чья эффективность в отношении анаэробных возбудителей не вызывает сомнений [8].
В качестве контроля использовали широко распространенный препарат «Левомеколь», основным антисептиком которого является хлорамфеникол.
В экспериментах in vitro изучали антимикробную активность мази «Левомеколь» и изучаемыекомбинациииммобилизированных пролонгированных форм мирамистина и бензалкония хлорида. Было выполнено по 6 одномоментных исследований методом стандартных дисков на плотных питательных средах с использованием тест-штаммов Staphylococcus aureus ATCC 6538-P, Bacillus cereus ATCC 10702, Escherichia coli ATCC 25922, Proteus vulgaris и Pseudomonas aeruginosa ATCC 9027, Candida albicans ATCC 885-653.
Эксперименты invivo производились на 108 белых крысах-самцах породы «Вистар», разделенных на 3 группы по 36 животных. Эксперимент выполнен в соответствии с Европейской конвенцией о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях (European Conventionfor the Protectionof Vertebrate Animalsused for Experimental and Other Scientific Purposes, 18.03.1986).
Животным под наркозом в стерильных условиях моделировалась гнойная рана по методике П.И. Толстых (на выбритом от шерсти участке спины обработанном антисептиком иссекали кожу с подкожной клетчаткой размером 16×16 мм, в полученную рану вводили марлевый шарик, содержащий 1 млрд. микробных тел суточной культуры Staphylococcusaureus ATCC 6538-P и рану ушивали. Через 48 ч после моделирования у всех животных формировался абсцесс со всеми характерными признаками воспаления.После снятия швов края раны разводили, марлевый тампон удаляли, эвакуировали гной).
В группе сравнения ежедневно производилась обработка раны 3% раствором перекиси водорода и наложение марлевой салфетки с официнальной мазью «Левомеколь».
В первой опытной группе ежедневно производилась обработка раны 3% раствором перекиси водорода и наложение марлевой салфетки с иммобилизированной формой мирамистина.
Во-второй опытной группе ежедневно производилась обработка раны 3% раствором перекиси водорода и наложение марлевой салфетки с иммобилизированной формой бензалкония хлорида.
Перевязки экспериментальным животным во всех группах производили один раз в день, ежедневно в течение 14 суток.
При планиметрии раневого дефекта оценивались динамика уменьшения площади и скорости заживления.
Процент уменьшения площади ран (ПУП) от исходного размера вычисляли по формуле:

(1)

где S0 – исходный средний уровень площади на начало лечения, мм2
S – средняя площадь ран на момент измерения, мм2.
Скорость заживления ран (СЗ), т.е. % уменьшения площади раны за сутки вычисляли по формуле:
(2)

где ПУП1 – процент уменьшения площади ран от исходной на момент измерения;
ПУП0 – процент уменьшения площади ран при предыдущем измерении;
Т – число дней между измерениями.
Во время проведения стандартного бактериологического анализа определялась обсемененность раны микроорганизмами (КОЕ/1г ткани) путем посева фрагмента раны (с перерасчетом на один грамм веса) в чашки Петри с плотной питательной средой (агар).
Течение раневого процесса у подопытных животных анализировали с помощью гистологического метода (окраска гематоксилином и эозином).
Протоколирование показателей и выведение из эксперимента животных осуществляли на 3-и, 5-е, 8-е,10-е и 15-е сутки от начала лечения.
Статистическую обработку проводили с использованием пакета Microsoft Excel 2010. Вычисляли средние величины количественных показателей (М) и среднюю ошибку средней (m).
Распределение признаков определяли по критерию Шапиро-Уилка. Достоверность различий оценивали по критерию Манна-Уитни, Ньюмена-Кейлса. Различия считались достоверными при р<0,05.
Результаты и их обсуждение
Результаты исследования спектра антимикробного действия сравниваемых препаратов представлены в таблице 1.
При анализе результатов спектра антимикробного действиябыло выявлено, что иммобилизированная форма мирамистина достоверно превосходила левомеколь по зонам задержки роста в отношении тест-штаммов St. aureus ATCC 6538-P, Вас. cereus ATCC 10702, E. coli ATCC 25922, Candida albicans ATCC 885-653, а иммобилизированная форма бензалкония хлорида – лишь в отношении Candida albicans ATCC 885-653 и напротив, уступала в отношении Proteus vulgaris и Pseudomonas aeruginosa ATCC 9027.
Между иммобилизированными формами изучаемых антисептиков статистически значимые различия были выявлены в отношении Вас. cereus ATCC 10702, E. coli ATCC 25922, Proteus vulgaris и Pseudomonas aeruginosa ATCC 9027 в пользу мирамистина.
Таким образом, иммобилизированные формы мирамистина и бензалкония хлорида показали достаточно высокий противомикробной результат, что позволило продолжить их исследование в эксперименте на животных.
Результаты динамики планиметрического исследования гнойных ран представлены в таблице 2.
С течением времени во всех группах происходило уменьшение площади ран (увеличение ПУП). Так, процент уменьшения площади раны в первой опытной группе был больше, чем в группе сравнения на 3-е сутки эксперимента на 9,7%, на 5-е сутки – на 7,6%, на 10-е и 15-е сутки – на 10,5%, а во-второй опытной соответственно на 37,2%, 27,3%, 13,8% и 6,9%.
Следует отметить, что статистически более высокие значения ПУП отмечались во второй опытной группе на сроке 3 и 5 суток, однако к 15 суткам наблюдения максимальные значения были отмечены в первой опытной группе.
Скорость заживления в группе сравнения была максимальной на 5 сутки наблюдения, в первой опытной группе – на 10 сутки наблюдения, а во второй опытной группе –на 3 сутки. Данные обстоятельства могут указывать в какой период данные комбинации оказывали максимальный лечебный эффект.
Динамика микробного обсеменения ран в процессе лечения представлена в таблице 3.
При анализе результатов микробиологического исследования по определению микробной обсемененности ран было обнаружено, что на 1 сутки обсемененность микроорганизмами составила 14,5±1,07x107 КОЕ/г. С течением времени происходило снижение показателя обсемененности.
Так, в первой опытной группе микробная обсемененность раны была меньше чем в группе сравнения на 3-е сутки на 5,8х106, на 5-е сутки – на 3,1х105, на 10-е сутки – на 6,1х104, а во-второй опытной группе соответственно на 3-е сутки различий нет, на 5-е сутки - 6,3х105, на 10-е сутки – 1,1х104. Достоверные отличия между первой опытной группой и контролем были отмечены на 8 и 10 сутки, а между второй опытной группой и контролем – 5 и 8 сутки.
Статистически значимые различия между опытными группами были отмечены лишь на 10 сутки наблюдения в пользу первой опытной группы. Таким образом, обсемененность ран в первой опытной группе сокращалась в среднем в 2,6±1,16 раза быстрее, а во второй опытной группе – в 1,4±0,2 раза быстрее, чем в группе сравнения.
При гистологических исследованиях раневых биоптатов во всех группах животных к первым суткам после моделирования раневого дефекта кровеносные и лимфатические сосуды рядом с раневым дефектом расширены, вся поверхность раны была покрыта массивными фибринозно-гнойными массами, в которых обнаруживалось большое количество погибших лейкоцитов. Отек тканей и инфильтрат в сочетании с пропитыванием эритроцитами распространялся за пределы раневого дефекта по всей толщине дермы и переходил на гиподерму. Подлежащие ткани резко отечны и инфильтрированы полиморфно-ядерными лейкоцитами и макрофагами на разных стадиях дифференцировки, пучки коллагеновых волокон разрыхлены и разделены друг от друга очагами инфильтрата. Каких-либо характерных изменений в течение раневого процесса между группами экспериментальных животных нет.
К 3 суткаму животных в группе сравнения поверхность раны покрыта струпом. Под ним начинается процесс формирования грануляционной ткани, инфильтрированной гранулоцитами, определяется отек дермы (Рис. 1А.)
В первой опытной группе рана была покрыта фибрином, с нечетким грануляционным валом, инфильтрированного полиморфноядерными нейтрофилами. Присутствуют участки грануляционной ткани. В дерме и гиподерме инфильтрация и явления отека слабо выражены (Рис. 1Б).Во второй опытной группе рана покрыта лейкоцитарно-некротическим струпом, под струпом грануляционная ткань, инфильтрированная нейтрофилами (Рис. 1В).
На 5 сутки в группе сравнения гнойно-воспалительный дефект был покрыт лейкоцитарно-некротическим струпом, под которым располагалась грануляционная ткань, признаки эпителизации не были обнаружены. Глубокие слои дермы пастозны (Рис. 2А). В первой опытной группе грануляционная ткань выстлана фибрином и достаточно четко отделена грануляционным валом. В юной грануляционной ткани отмечались хорошо выраженные процессы неоангиогенеза. Грануляционная ткань пропитана нейтрофилами, лимфоцитами и макрофагами (Рис. 2Б). Во второй опытной группе так же активно протекали процессы грануляции с некоторым пропитыванием их гранулоцитами (Рис. 2В).
На 10 сутки в группе сравнения происходила организация эпителиального вала на границе дефекта. Грануляционная ткань резко отделена от интактной дермы и пропитана лейкоцитами (Рис. 3А). В первой опытной группе достаточно хорошо заметны признаки эпителизации дефекта. Пропитывание поверхностных слоев дермы лейкоцитами сохранено. Вновь образовавшаяся соединительная ткань достаточно васкуляризована, признаков пастозности нет. Реактивные изменения выражены слабее, чем в группе сравнения. Участки регенерировавшего эпителия без выраженных морфологических изменений (Рис. 3Б). Во второй опытной группе наблюдалось полное покрытие раны новообразованным эпидермисом, (Рис. 3В).
Современное понимание течения раневого процесса заключается в том, что патогенные микроорганизмы образуют на поверхности раны биопленку, которая стимулирует воспаление, увеличивает проницаемость сосудов, образование раневого экссудата и формирование фибринового струпа [5]. Эффективность современных антисептических средств зависит от их способности разрушать биопленку, образованную микроорганизмами [10].
Проведенные исследования показали, что пролонгированные четвертичные аммониевые соединения обладают более выраженной эффективностью при лечении гнойных ран, чем хлорсодержащие антисептики, содержащиеся в мази «Левомеколь». Четвертичные аммониевые соединения эффективно разрушают биопленку, высокоактивны в отношении большинства микроорганизмов-возбудителей раневой инфекции, что нашло подтверждение в данном исследовании. Данные планиметрического исследования указали на то, что во второй опытной группе максимальная скорость заживления была отмечена в первые 5 суток, а в первой опытной группе с 5 по 15 сутки.
Таким образом, можно заключить, что комбинация с бензалкония хлоридом наиболее эффективна в первую фазу раневого процесса, а комбинация с мирамистином - во вторую фазу, что так же соотносится с литературными данными о том, что мирамистин обладает местным иммуноадьювантным действием [12].
Эффективность разработанных нами комбинаций так же подтверждается микробиологическим и гистологическим исследованиями.
Учитывая наличие метронидазола в обеих комбинациях, можно заключить, что он вносит свою лепту в ранозаживляющий процесс, однако отличия в первой и второй опытной группе обусловлены, содержащимися в комбинациях антисептиками.
Заключение
Результаты проведённого исследования позволяют рекомендовать разработанные нами комбинации пролонгированных четвертичных аммониевых соединений для дальнейших клинических испытаний.

B S Sukovatykh

Kursk state medical University

Author for correspondence.
Email: SukovatykhBS@kursksmu.net
ORCID iD: 0000-0003-2197-8756

Russian Federation, 3 Karl Marx str., Kursk, 305041

Ph.D., Professor, head of chair of General surgery Kursk state medical University

A Y Grigoryan

Kursk State Medical University

Email: GrigorjanAu@kursksmu.net

Russian Federation, 3 Karl Marx str., Kursk, 305041

PhD, Ass. Professor of department of operative surgery and topographic anatomy

A I Bezhin

Kursk state medical university

Email: BezhinAI@kursksmu.net

Russian Federation, 3 Karl Marx str., Kursk, 305041

MD, Professor, Head of department of operative surgery and topographic anatomy

T A Pankrusheva

Kursk state medical university

Email: PankrushevaTA@kursksmu.net

Russian Federation, 3 Karl Marx str., Kursk, 305041

Dr.Sci. (Pharmacy), Professor, Head of the pharmaceutical technology department

Yu Yu Blinkov

Kursk state medical university

Email: BlinkovUU@kursksmu.net

Russian Federation, 3 Karl Marx str., Kursk, 305041

Ass.Professor of department of General Surgery, Kursk State Medical University

A S Gorohova

Municipal clinical hospital of emergent medical service 

Email: GrigorjanAu@kursksmu.net

Russian Federation, 14 Pirogov str., Kursk, 305035

Head of the surgical unit of RBME «Tim Central Regional Hospital»

S I Tiganov

Municipal clinical hospital of emergent medical service 

Email: SukovatykhBS@kursksmu.net

Russian Federation, 14 Pirogov str., Kursk, 305035

intern in the surgical department of "City Clinical Emergency Hospital of Kursk"

  1. Babushkina I.V. Nanochastitsy metallov v lechenii eksperimental'nykh gnoinykh ran [metal Nanoparticles in treatment of experimental purulent wounds] Saratov scientific medical journal. 2011; 2: 530-533. (in Russ.)
  2. Blatun L.A. Mestnoe medikamentoznoe lechenie ran [Local medical treatment of wounds] Surgery. 2011; 4: 51-59. (in Russ.)
  3. Vinnik Iu.S., Markelova N.M., Tiuriumin V.S. Sovremennye metody lecheniia gnoinykh ran [Modern methods of treatment of purulent wounds] Siberian medical review. 2013; 1: 18-24. (in Russ.)
  4. Kuznetsov N.A., Nikitin V.G. Shchadiashchie khirurgicheskie vmeshatel'stva i interaktivnye poviazki v lechenii infitsirovannykh ran [surgical intervention and interactive dressings in treating infected wounds] CONSILIUM medicum: Surgery (see app.). 2006; 2: 39-46. (in Russ.)
  5. Plotnikov F.V. Kompleksnoe lechenie patsientov s gnoinymi ranami v zavisimosti ot sposobnosti mikroorganizmov-vozbuditelei formirovat' bioplenku [Complex treatment of patients with purulent wounds depending on the ability of microbial pathogens to form biofilm] News surgery. 2014; 5: 575-582. DOI: http://dx.doi.org/10.18484/2305-0047.2014.5.575 (in Russ.)
  6. Khalilov M.A. Voprosy optimizatsii mestnogo lecheniia gnoinykh ran [optimization of the local treatment of purulent wounds] Kurskiy scientifically-practical Herald "Persons and his health". 2009; 3: 31-37. (in Russ.)
  7. Chekmareva I.A., Blatun L.A., Terekhova R.P., Zakharova O.A., Kochergina E.V., Agafonov V.A. Morfofunktsional'nye aspekty regeneratsii ran pri lechenii iodsoderzhashchimi maziami [morpho-functional aspects of regeneration of wounds in the treatment of iodine-containing ointments] Surgery. 2014; 1: 54-58. (in Russ.)
  8. Iushkov A.G., Shul'gina N.A., Gushchina A.A., Iushkov G.G., Rasulov M.M., Benemanskii V.V., Bun M.M. K vozmozhnosti vyiavleniia pobochnykh iavlenii preparata «Metronidazol» (rastvor dlia infuzii 0,5% 100 ml) v usloviiakh eksperimenta [To identify side effects of the drug "Metronidazole" (solution for infusion 0,5% 100 ml) under experimental conditions] Bulletin of Eastern-Siberian scientific centre of Siberian branch of the Russian Academy of medical Sciences. 2012; 4-2: 216-219. (in Russ.)
  9. Iaremchuk A.A., Khishova O.M., Polovko N.P. Mikrobiologicheskoe obosnovanie ispol'zovaniia benzalkoniia khlorida v miagkoi lekarstvennoi forme dlia naruzhnogo primeneniia [Microbiological rationale for the use of benzalkonium chloride in soft dosage form for external use] Bulletin of pharmacy. 2012; 2: 39-45. (in Russ.)
  10. Carlos J.S. D-Amino Acids Enhance the Activity of Antimicrobials against Biofilms of Clinical Wound Isolates of Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa. Antimicrob. Agents Chemother. 2014; 58: 4353–4361
  11. De Saint Jean M., Brignole F., Bringuier A.F., Bauchet A., Feldmann G., Baudouin C. Effects of benzalkonium chloride on growth and survival of Chang conjunctival cells Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 1999; 3: 619-630.
  12. Epstein S., Ahdoot M., Marcus E., Asbell P. Evaluation of biomarkers of inflammation in response to benzalkonium chloride on corneal and conjunctival epithelial cells. J. Ocul. Pharmacol.Ther.2009; 5: 415-424. doi: 10.1089/jop.2008.0140
  13. George K. Are Quantitative Bacterial Wound Cultures Useful? J. Clin. Microbiol. 2014; 52: 2753-2756.
  14. Tanaka K. Lipid-Colloid Dressing Shows Improved Reepithelialization, Pain Relief, and Corneal Barrier Function in Split-Thickness Skin-Graft Donor Wound Healing. International Journal of Lower Extremity Wounds. 2014; 13: 220–225. doi: 10.1177/1534734614541544

Supplementary files

There are no supplementary files to display.

Views

Abstract - 208

PDF (Russian) - 111

PlumX

Dimensions


Copyright (c) Sukovatykh B.S., Grigoryan A.Y., Bezhin A.I., Pankrusheva T.A., Blinkov Y.Y., Gorohova A.S., Tiganov S.I.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies