АКТИВНОСТЬ РАСТВОРОВ СОЛИ ЦИНКА В ЗАЖИВЛЕНИИ ПОЛНОСЛОЙНОЙ ПЛОСКОСНОЙ РАНЫ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ

THE ACTIVITY OF SOLUTIONS OF ZINC SALTS IN THE HEALING OF FULL-LAYER PLOSKONOS WOUNDS IN THE EXPERIMENT

Elena Budko

head of the Department of General and Bioorganic Chemistry, Ph.D., Doctor of Pharmaceutical Sciences, Professor Kursk State Medical University,

Russia, Kursk

Leonid Yampolsky

associate Professor, Department of General and Bioorganic chemistry, PhD Kursk State Medical University,

Russia, Kursk

Jan Timonov

4th year student of the faculty of veterinary medicine Kursk agricultural Academy.I.I. Ivanov,

Russia, Kursk

Elena Klyosova

3rd year student of the Faculty of Biotechnology Kursk State Medical University,

Russia, Kursk

Daria Kostirko

3rd year student of the Faculty of Biotechnology Kursk State Medical University,

Russia, Kursk

Nikolenko Natalia

3rd year student of the Faculty of Biotechnology Kursk State Medical University,

Russia, Kursk

АННОТАЦИЯ

Проведено исследование по выявлению и количественной характеристике степени участия одного из наиболее полифункциональных микроэлементов – цинка в активизации регенеративной функции. Оценена динамика заживления полнослойной плоскостной раны у крыс при воздействии раствора сульфата цинка на раневую поверхность. Исследование показало, что применение сульфата цинка способствует ускоренной эпителизациираны на начальном этапе, что связано с хелатообразующими, сорбирующими и антимикробными свойствами иона. Скорость заживления на конечной стадии снижается. Показано ускорение заживления плоскостных ран в среднем на трое – четверо суток.

ABSTRACT

Study on detection and quantitative characterization the degree of participation one of the most polyfunctional microelements – zinc in intensification the regenerative function. Investigated the dynamics of wound healing in rats after exposure to zinc sulphate solution to the wound surface. The study showed that the use of zinc sulfate promotes rapid epithelialization of the wound surface at the initial stage, due to chelating, sorption and antimicrobial properties of the ion.

The rate of healing decreases at the final stage. Shown accelerated healing plane wounds on average three or four days.

Ключевые слова: полнослойная плоскостная кожная рана, микроэлементы, цинка сульфат, динамика заживления ран.

Keywords: wound skin, trace elements, zinc sulfate, dynamics of wound healing.

Введение. Современные достижения раневой терапии находятся на достаточно высоком уровне, однако по-прежнему актуальным является достижение экспрессности регенерации, полноценности закрытия раневого ложа, возможности восстановления интактности кожного покрова, сокращения сроков рубцевания раны [6, с. 112; 2, с. 368]. Заживление полнослойной плоскостной кожной раны представляет собой ответную защитную реакцию организма. Регенерационные процессы завершаются рубцеванием покровных тканей, но интактная кожа при заживлении полнослойной плоскостной кожной раны чаще всего не восстанавливается. В зоне раневого дефекта возникает соединительнотканная структура [3, с. 416; 1, с. 248; 5, с. 752]. Сегодня среди клиницистов актуален поиск возможности управления сроками формирования раневого рубца, течением основных этапов ранозаживления. В этой связи необходимы инновационные способы воздействия на регенеративные функции, новый подход к выбору веществ, способных стимулировать ранозаживление.

На фоне успехов молекулярной биологии резко возросло понимание роли микроэлементов в сложнейших биофизико-химических процессах, протекающих в организме человека [8, с. 108]. Важная роль цинка в заживлении ран показана во многих современных публикациях [7, с. 100]. Баланс цинка с целым рядом сопутствующих элементов играет большую роль для дифференцировки эпидермиса [9, с. 373], тем более, что процесс абсорбции цинка при повреждении кожного покрова значительно активизируется [10]. Соединения цинка входят в состав целого ряда комплексныхдерматологических медицинских и косметических препаратов, таких, как, цинковая мазь, паста Лассара и др. Их фармакологическое действие заключается в образовании альбуминатов и денатурации белков. При нанесении соединений цинка на поражённую поверхность уменьшаются процессы экссудации, воспаления и раздражения тканей. Основным компонентом данных препаратов, как правило, является оксид цинка, который,в отличие от цинка сульфата обладает в основном адсорбирующими свойствами и оказывает относительно слабое антисептическое и вяжущее действие. Последнее обусловлено весьма низкой степенью диссоциации оксида цинка. Цинка сульфатблагодаря активной диссоциации при местном применении проявляет антисептические свойства и, в зависимости от концентрации, оказывает вяжущее (0,1–0,5 % растворы), раздражающее или прижигающее (более высокие концентрации) действие. К тому же, в последние годы расширяется применение нанодиспергированных форм цинка металлического. Достаточно известны цинксодержащие матриксные металлопротеиназы, такие как коллагеназа, эластаза, желатиназа обеспечивающие регенерацию дермы [7, с. 100].

Таким образом, необходимо предпринять систематическое исследование по выявлению и количественной характеристике степени участия одного из наиболее полифункциональных элементов, цинка, в активизации регенеративной функции.

В связи с этим, целью данной работы являетсяисследование динамики заживления полнослойной плоскостной раны у крыс при воздействии раствора сульфата цинка на раневую поверхность.

Для достижения поставленной цели необходимо провести экспериментальное исследование динамики ранозаживления в зависимости от времени при введении на раневую поверхность раствора сульфата цинка заданной концентрации; построить и теоретически интерпретировать графическую зависимость площади поверхности раны (S) от времени (t) для выявления различий в процессах заживления при участии раствора сульфата цинка и без него.

Материалы и методы.

Эксперимент проведен на 20 белых крысах – самках породы Вистар, в возрасте 6 мес., массой тела 150–200 гр. Крыс содержали в стандартных условиях вивария со свободным доступом к воде и пище. Для создания травматической модели на коже спины в межлопаточной области после депиляции под ингаляционным наркозом удалялся полнослойный кожный лоскут размером 2,0x2,0 см.

Для защиты раны от внешних воздействий нашивался лючок с подвижной крышкой из нержавеющей стали (рис. 1).

Рисунок 1. Полнослойная кожная рана размером 2,0x2,0 см

Все манипуляции с животными проводились с использованием общего обезболивания с учетом положений, регламентируемых приложением № 8 («Правила гуманного обращения с лабораторными животными»), «Санитарных правил по устройству, оборудованию и содержанию экспериментально-биологических клиник (вивариев)», Конвенции по защите позвоночных животных, используемых для экспериментальных целей (Страсбург, Франция, 1986 г.) и согласно правилам лабораторной практики Российской Федерации (приказ МЗ РФ № 267 от 19.06.2003 г.).

В связи с поставленной целью животные были разделены на группы по 10 крыс в каждой: контрольная группа – заживление проходило естественным путем без дополнительных манипуляций; экспериментальная группа – для стимуляции заживления ран использовали систематическую обработку раны раствором сульфата цинка с концентрацией катиона на физиологическом уровне. Препарат вносился на поверхность раны в объеме 0,4–0,5 мл. Анализ стояния раны осуществляли на 0, 3, 6, 9, 12 и 15 сутки. Во время осмотра раневой поверхности перед внесением препарата производили зачистку раны от струпа. На протяжении эксперимента, в течение первых 6 дней рана была защищена лючком, после чего оставалась открытой.

Морфометрию осуществляли с помощью программного обеспечения “4 lp square50”. Статистическая обработка полученных результатов проводилась табличным процессором “OfficeExcel 2010”.

Результаты и обсуждение.

На протяжении всего срока наблюдения у контрольной группы крыс с условно инфицированными ранами не проводилось никакой хирургической обработки за исключением удаления гнойно-некротических масс. При этом течение раневого процесса проходило в рамках физиологической нормы, в частности, имела место фаза гидратации, протекавшая вплоть до 7–9 суток, наблюдалась сильная эксудация, образование гнойно-некротических масс, что привело к ухудшению состояния раны и более длительному течению фаз раневого процесса.

О начале фазы дегидратации у контрольной группы достоверно можно говорить на 9 сутки: на ранах начал формироваться струп, так же наблюдалось значительное снижение воспаления и экссудации.

В группе экспериментальных животных на 3 сутки после начала эксперимента под защитой струпа возникла новообразованная гранулоцитарная ткань, наблюдается ускорение начала эпителизации раны. Следует отметить, что раны имели условно инфицированный характер и не подвергались никакой обработке, кроме нанесения препарата и предварительного удаления струпа с раневой поверхности.

В процессе всего периода наблюдения в экспериментальной группе не отмечалось ухудшения состояния раны, не фиксировалось образование гнойно-некротических масс. При осмотре животных через несколько недель после окончания эксперимента на месте раны наблюдался тонкий рубец, и полное восстановление шерстяного покрова, что говорит о нормальной функциональности новообразовавшихся тканей. В общем, эпителизация раны в экспериментальной группе животных протекала быстрее, чем у контрольной группы.

Результаты наших исследований по влиянию сульфата цинка на площадь ран представлены на рис. 2. Для количественной оценки динамики заживления площадь поверхности ран рассчитывалась с помощью программного обеспечения “4 lpsquare 50” Площадь поверхности раны выражена в относительных единицах, как отношение площади раны в заданный день к ее первоначальной площади.

Исходя из суточного прироста площади заживления в соответствии с экспериментальными данными, приведенными в таблице 1, построены кинетические кривые, отражающие динамику изменения площади ран в процессе лечения (рис. 2).

Согласно кривой 1 (рис. 2) в контрольной группе на третий день состояние раны ухудшается, начинается фаза воспаления, активной экссудации и гидратации, что соответствует росту площади раневой поверхности на 0,03 единицы. Лишь в начале пятых суток состояние раны в целом начинает соответствовать исходному. На восьмые-девятые сутки скорость заживления раны максимальна, после чего на одиннадцатые – тринадцатые сутки начинается стабилизация раневого процесса. Полностью ранозаживление у контрольной группы животных наступает на пятнадцатые сутки. В экспериментальной группе животных, при регулярном (раз в три дня, начиная с нулевого) однократном нанесении на поверхность раны раствора сульфата цинка, площадь поверхности раны не увеличилась (рис. 2, кривая 2).

В первые два дня, по сравнению с группой контроля, наблюдалось отсутствие гнойного экссудата, отека близлежащих тканей, существенно снижен уровень воспалительного процесса. На третьи сутки видно резкое укоренение процесса заживления, а максимальная скорость достигается на седьмые сутки, т.е. на двое суток раньше контрольной группы.

На десятый день при равномерном добавлении раствора сульфата цинка в экспериментальной группе процесс заживления замедляется (рис. 2, кривая 2). Полная стабилизация состояния ран у экспериментальной группы животных возникает на двенадцатые сутки и характеризуется образованием развитого струпа, эпителизацией всей поверхности раны, что у контроля соответствует состоянию раневой поверхности только на пятнадцатые сутки от начала эксперимента.

Рисунок 2. Кинетика изменения площади ран контрольной (1) и экспериментальной (2) групп и скорости заживления (3 – контрольной, 4 – экспериментальной) в относительных единицах

На кривых 3 и 4 (рис. 2) показана динамика скорости процесса заживления для контрольной и экспериментальной группы. Отметим более резкие скоростные изменения в экспериментальной группе по сравнению с контролем. На десятый день при равномерном добавлении раствора сульфата цинка в экспериментальной группе процесс заживления замедляется. Учитывая методические особенности построения эксперимента, это говорит о завершении выполнения сульфатом цинка некой частной задачи в процессе репарации ткани и необходимости дополнительного воздействия за счет введения новых компонентов.

В самом деле, накопление в зоне раны недоокисленных продуктов расщепления ведет к снижению рН в зоне раневого поражения до 5,3–6,3 единиц, т. е. развитию местного ацидоза. С одной стороны, это повышает фагоцитарную активность, однако избыточный ацидоз вызывает усиление воспалительной реакции, провоцирует рост процессов некротизации, ферментативного разрушения тканей, накоплению гистамина, ацетилхолина, серотонина и, как следствие, тормозит процесс заживления. К тому же, увеличение на раневой поверхности числа ионов калия, полиэлектролитов различного происхождения ведет к росту осмотического и онкотического давления и, как следствие, увеличению общей гидратации поверхности раны, при чем, чем больше площадь (объем) поражения, тем больше масштабы гидратации, что ухудшает крово- и лимфоотток, активно провоцирует некротические процессы. Одновременно происходит неограниченное набухание структурных элементов мертвых тканей, с образованием коллоидов требующих удаления с поверхности раны.

Присутствие сульфата цинка снижает объем и интенсивность развивающегося на поверхности раны гидратационного процесса, в том числе и тем, что как антиоксидант ZnSO₄ предотвращает переокисление (накопление активно гидратирующихся продуктов распада мертвых тканей) в области раны, защищая здоровые участки ткани. Сравнительно не высокие защелачивающие свойства катиона цинка поддерживают стабильность величины рН, обеспечивая достаточно высокую фагоцитарную активность в зоне раны. Не менее важна для ранозаживления способность сульфата цинка сворачивать белковые структуры, оказывая противомикробное и антитоксическое действие, что способствует образованию струпа с асептической раневой поверхностью под ним, т. е. более быстрому протеканию первой фазы раневого процесса. Его способность коагулировать белки приводит к сворачиванию крови в повреждённых капиллярах, снижая интенсивность кровотечения.

В настоящее время нами проводится исследование динамики антимикробного действия растворов сульфата цинка на ряде условно патогенных микроорганизмов.

Учитывая свойства ионов цинка как хелатообразующих агентов, возможно связывание ими таких биологически активных веществ, как гистамин, серотонин, гепарин и т. д., блокирование выделения в рану этих факторов воспаления за счет укрепления в зоне повреждения мембран тучных клеток.

Таким образом, можно утверждать, что процесс заживления раны в контрольной группе животных отстает на три дня от аналогичного в экспериментальной группе с применением в качестве стимулятора репарационного процесса, раствора сульфата цинка. Наше исследование показывает, что применение сульфата цинка способствует ускоренной эпителизации раневой поверхности, что определяется хелатообразующими, сорбирующими и антимикробными свойствами ионов цинка. Основную активность растворы сульфата цинка приобретают в течение первых двух третей срока заживления.

Выводы. Раствор сульфата цинка на уровне концентраций физиологической нормы обладает повышенной ранозаживляющей активностью, позволяющей сократить сроки регенерации тканей в зоне раневого поражения. Его поверхностное применение для лечения плоскостной кожной раны способствует сокращению объема гнойно-некротических масс, уменьшает площадь воспаления, снижает объем образующегося в ране эксудата, степень ее гиперемии за счет антимикробной и детоксикационной активности раствора сульфата цинка.

Снижение масштаба воспалительного процесса под действием раствора сульфата цинка свидетельствует о хелатирующем воздействии ионов цинка на факторы воспаления, например, гистамин, ацетилхолин сопровождающимся их взаимнойинактивацией и, как следствие, предохранением тучных клеток от дегрануляции. Совместное антиоксидантное и хелатирующее воздействие ионов цинка на раневую поверхность вызывает гибель патогенной и условно патогенной микрофлоры, сопровождается отсутствием нагноения, высокой антимикробной активностью.

Получены корреляционные зависимости между площадью поверхности раны и временем ее заживления S_пов(t), на которых четко различимы первая и вторая фазы ранозаживления, что позволяет использовать их для моделирования раневого процесса. Сопоставление зависимостей S_пов(t) для экспериментальной и контрольной группы показало ускорение заживления плоскостных ран в среднем на трое суток при их обработке раствором сульфата цинка в течение двух первых третей срока ранозаживления.

Сопоставление зависимостей ΔS_пов/Δt (t), для контрольной и экспериментальной группы показывает, что на конечной стадии заживления его скорость у экспериментальной группы падает значительно быстрее, чем у контроля, что подтверждает активное участие ионов цинка в процессе и необходимость введения третьего дополнительного ускоряющего фактора для обеспечения стабильности процесса.

Список литературы:

1. Булынин В.И., Глухов А.А., Мошуров И.П. Лечение ран. Воронеж. – 1998. – С. 248.
2. Глухов А.А., Семенов С.Н., Алексеева Н.Т., Остроушко А.П. Гистохимический анализ репаративных процессов в асептических экспериментальных ранах при использовании гидроимпульсной санации и тромбоцитарного концентрата // Вестник экспериментальной и клинической хирургии. – 2010. – Т. 3. № 4. – С. 368–372.
3. Гостищев В.К. Оперативная гнойная хирургия. – М.: Медицина, 1996. – С. 416.
4. Ларичев А.Б., Шишло В.К., Лисовский А.В., Чистяков А.Л. и др. Профилактика раневой инфекции и морфологические аспекты заживления асептической раны Отдаленные результаты регенераторного процесса в коже при заживлении асептических ран // Вестник эксперимен. и клин.хирургии. – 2011. – Т. 4. № 4. – С. 728–734.
5. Мяделец О.Д., Адаскевич В.П. Морфофункциональная дерматология. Минск: БелМедКнига. – 2006. – С. 752.
6. Перевозчиков С.А., Панфилов А.Б., Созинов В.А. Морфологическая оценка заживления операционных ран при различных способах подготовки шовного материла // Морфология. – 2009. – Т. 136. № 4. – С. 112.
7. Хлебникова А.Н., Петрунин Д.Д. Цинк, его биологическая роль и применение в дерматологии // Вестник дерматологии и венерологии. – 2013. – № 6. – С. 100–116.
8. Berg J.M., Shi Y. Thegalvanizationofbiology: agrowingappreciationfortherolesofzinc. Science. – 1996. – Р. 108.
9. Forslind B.; Lindberg M., Roomans G.M., Pallon J.,Werner-Linde Y. Aspects on the physiology of human skin: studies using particle probe analysis. Microsc // Res Tech – 1997. Р. 373–86.
10. Hallmans G. Absorption of topically applied zinc and changes in zinc metabolism during wound healing. An experimental and clinical investigation // ActaDermVenereolSuppl (Stockh) – 1978; Р. 3.