СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ РАНОЗАЖИВЛЯЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ МЯГКИХ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ФОРМ ЧЕРЕЗ РАЗВИТИЕ МЕТОДА ПЛАНИМЕТРИИ НА СТАНДАРТНЫХ МОДЕЛЯХ ПЛОСКОСТНОЙ ПОЛНОСЛОЙНОЙ РАНЫ

COMPARATIVE ANALYSIS OF THE WOUND-HEALING EFFECT OF SOFT DOSAGE FORMS THROUGH THE DEVELOPMENT OF THE PLANIMETRY METHOD ON STANDARD MODELS OF PLANE FULL-THIKEN WOUNDS

Elena Budko

Doctor of Pharmaceutical Sciences, Professor, Head of the Department of General and Bioorganic Chemistry, Kursk State Medical University,

Russia, Kursk,

Konstantin Mikhailov

Candidate of Medical Sciences, Head of the Experimental Biological Clinic of the Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Kursk State Medical University",

Russia, Kursk,

Leonid Yampolsky

Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor of the Department of General and Bioorganic Chemistry, Kursk State Medical University,

Russia, Kursk

АННОТАЦИЯ

Разрабатываемые ранозаживляющие препараты, наряду с несомненными достоинствами, не свободны от целого ряда недостатков, и оптимизация конструирования нуждается в собственной биофизико – химической теории, методологического подхода к конструированию многокомпонентных синергично функционирующих ранозаживляющих покрытий. Представленный в данной статье подход к обработке экспериментального материала показал возможность их более глубокой оценки по результатам математической обработки графических данных и построения графиков прироста скорости заживления. Целью представленной работы является сравнительный анализ ранозаживляющего действия мягких лекарственных форм через развитие метода планиметрии на стандартных моделях плоскостной полнослойной раны на основании собственных данных и данных, полученных из литературных источников. Для ранжирования материала использована аббревиатура TIME: Ткань (T) - высвобождение и удаление девитализированного или чужеродного материала в раневом ложе, Инфекция (I) – противомикробное воздействие, Влага (M) - контроль объема и вязкости экссудата и Эпителий (E) – оптимизация состояния краев раны и окружающей кожи. Ранозаживляющая композиция должна обладать комплексным антибактериальным и стимуляторым действием, к тому же быть максимально близка эндогенным веществам и процессам.

ABSTRACT

The wound-healing preparations being developed, along with undoubted advantages, are not free from a number of disadvantages, and optimization of the design requires its own biophysical and chemical theory, a methodological approach to the design of multicomponent synergistically functioning wound-healing coatings. The approach to processing experimental material presented in this article showed the possibility of a deeper assessment of them based on the results of mathematical processing of graphic data and the construction of graphs of the increase in healing rate. The purpose of the presented work is a comparative analysis of the wound-healing effect of soft dosage forms through the development of the planimetry method on standard models of a planar full-thickness wound based on our own data and data obtained from literary sources. To rank the material, the abbreviation TIME is used: Tissue (T) - release and removal of devitalized or foreign material in the wound bed, Infection (I) - antimicrobial effect, Moisture (M) - control of exudate volume and viscosity and Epithelium (E) - optimization of edge condition wound and surrounding skin. The wound-healing composition must have a complex antibacterial and stimulant effect, and also be as close as possible to endogenous substances and processes.

Ключевые слова: раневое покрытие, умная повязка, скорость заживления, планиметрия, площадь раны, исследования на животных, аббревиатура TIME

Keywords: wound covering, smart dressing, healing rate, planimetry, wound area, animal studies, TIME abbreviation

Введение

Эксперты считают, что независимо от характера поражения и избранного метода лечения, идеальное ранозаживляющее средство должно быть биосовместимым и биоразлагаемым, а также обладать антибактериальным действием, оптимальными свойствами аб- и адсорбции [23]. Несмотря на ограничения, моделирование различных видов кожных ран с использованием лабораторных животных находит широчайшее применение [5], а планиметрия (цифровая и механическая) является быстрым и практичным методом получения численных результатов [24]. Метод позволяет получать и оценивать следующие показатели: площадь раны в заданные периоды времени, динамику изменения площади раны в определенном временном интервале, определять скорость заживления раны и посуточное уменьшение ее площади.

В работе [9] на основании статистического анализа заживления нелеченых ран на спине у животных показано значительное увеличение площади раны сразу после иссечения кожного лоскута (на 15,4%.). На 7-е сутки после операции площадь раны составила 76,8% от начальной, к 14-м суткам поверхность раны была полностью эпителизирована, а ее площадь составила 17,2% от намеченной контура дефекта.

Действительно оценка результатов большинства исследований основывается на планиметрии 3, 7, 14 суток, что обусловлено минимальным статистическим разбегом. Так, на 5-10 день наблюдения разброс значений площадей ран достигает 50 % от исходной площади, а скорость заживления может различаться в 5 раз. На этот временной период обычно приходится сход первичного струпа. 90% полного заживления раны наблюдается на 14 день практически вне зависимости от способа нанесения, ведения, санации ран, а эксперимент завершается к 14-21 дню.

Подробное описание кривой заживления и, тем более, ее математическая обработка в работах хирургов встречается очень редко. Однако производные (Ds/Dt) скоростных характеристик заживления могут дать дополнительную информацию о процессе. Так, исходя из представленных в статье [9] планиметрических значений, кривая прироста площади имеет монотонный подьем за которым следует такое же плавное падение. Это, как минимум, свидетельствует о существовании компенсаторных механизмов, сводящих регенерационный процесс к неким физиологически обоснованным параметрам В данной работе исследование заживления ран проведено на животных одной линии, возраста и пола, что, с учетом репрезентативности групп, позволяет судить об подобии регенерационных и сопутствующих процессов. Доказательством служат также показатели толщины интактной кожи спины к 7 и 14-м суткам, наличие плотного струпа к 20-м суткам и хорошо заметный рубец к 30-м суткам, преобладание коллагена I типа в зоне повреждения на спине.

Целью представленной работы является сравнительный анализ ранозаживляющего действия мягких лекарственных форм через развитие метода планиметрии на стандартных моделях плоскостной полнослойной раны на основании собственных данных и данных, полученных из литературных источников. Для ранжирования излагаемого материала мы используем стандартные представления о ранозаживлении [23; 21], сгруппированые в аббревиатуру TIME (ВРЕМЯ) в англоязычной литературе: Ткань (T), Инфекция (I), Влага (M) и Эпителий (E).

Материалы и методы

Проведение исследования одобрено Региональным этическим комитетом федерального государственного бюджетного учреждения высшего образования «Курский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации (ул. Карла Маркса, д. 3, г. Курск, 305041, Россия) протокол № 2 от 05.11.2013 г. Условия содержания животных и работы с ними соответствовали принципам Хельсинской декларации о гуманном отношении к животным, директиве Европейского парламента и Совета Европейского союза 2010/63/ ЕС от 22 сентября 2010 г. о защите животных, используемых для научных целей, ГОСТ 33044- 2014 «Принципы надлежащей лабораторной практики», утвержденному Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии № 1700-ст от 20 ноября 2014 г.

1. Ткань (T)

Термин Ткань Tissue в аббревиатуре TIME предполагает очищение ткани: высвобождение и удаление девитализированного или чужеродного материала в раневом ложе, включая некротическую ткань, прилипший перевязочный материал, биопленку или мусор, попавший при ранении. Наиболее актуально для целей очистки применение абсорбирующих повязок, к которым можно отнести собственно повязки, а так же губки, пены, пленки, гидрогели, гидроколлоиды. Планиметрическое сравнение было проведено на основе представленных в источниках цифровых данных, полученных при исследовании материалов с преимущественно сорбирующими характеристиками воздействия.

Как видно из рис. 1, воздействие на рану объемных каркасов, имеющих весьма эффектные физико-химические характеристики [10], не показали значимых преимуществ. Колебания в 1-2 дня по сравнению с применением обычной марлевой повязки не позволяет говорить об эффективности использования полимерных систем в приведенных конструкционных вариантах. Вид скоростных кривых при применении сорбционных повязок (рис. 1) имеет зигзагообразную форму, что значительно отличается от описанной выше кривой для нелеченной раны. Весьма характерна однотипность кривых, что предполагает отсутствие активного воздействия описанных повязок на заживление.

Рисунок 1. Планиметрические показатели и скоростные характеристики ранозаживления плоскостных полнослойных ран у животных при применении марлевых повязок, нетканых материалов с обработкой наноразмерными частицами и хитозан–коллагеновой губки по данным [3; 10]

2. Инфекция (I).

Термин Infection предполагает оценку этиологии и методов для лечения инфекции с использованием системных или местных противомикробных средств. Достаточно часто в России применяются мази с антибиотиком левомицетином, например Левомиколь [11; 12]. Однако в современных методических руководствах авторы сходятся в рекомендации не применять антибиотики, и в состав полимерных матриц входят спирты, хлоргексидин, мед, перекись водорода, хлорная кислота, перманганат калия, полигексаметилбигуанид, продукты содержащие йод (йод кадексомер и йод повидон) при условии соблюдения оптимальных концентраций. Весьма эффективны продукты, содержащие различные формы серебра (сульфадиазин серебра и пропитанные повязки) [19; 22], меди [16; 17], цинка и других металлов [18; 20].

Нами проведен анализ эффективности порошков с наночастицами меди и серебра [1], а также геля бензалкония хлорида с метронидазолом [3]. Так как Левомеколь является общепринятым препаратом сравнения при оценке эффективности раневых покрытий, результаты планиметрии взяты из источника [3] и собственных исследований. Исходные кривые изменения площади раны в эксперименте мало различаются: значительное снижение площади ран происходит на первой неделе, 80 -90% заживления наблюдается на 10-й день, а затем резкое замедление формирования эпителия выравнивает скорость заживления леченой и нелеченой раны. Однако построение графиков прироста скорости (рис. 2) позволило выявить различия в динамике заживления. Так для левомиколя и геля на полиэтиленоксиде (ПЭО) с бензалкония хлоридом и метронидазолом (БХ-М) кривые плавно достигают максимум на 5-й день и в дальнейшем скорость заживления падает. Для порошка с наночастицами и геля БХ-М на карбоксиметилцеллюлозе (КМЦ) максимальная скорость заживления наблюдается в самом начале лечения, и кривая выродилась в логарифмическое или степенное снижение: 90% заживления достигнуто на 7 день, на 10 день рана полностью эпителизирована. К сожалению, в публикациях дается большой шаг по дням наблюдения, но снижение скорости заживления на этих кривых просматривается достаточно четко.

Рисунок 2. Скоростные показатели ранозаживления плоскостных полнослойных ран у животных при применении левомиколя, порошка с наночастицами меди и серебра, геля бензалкония хлорида с метронидазолом (БХ-М) на разных основах по собственным и литературным [1, 3]

3. Баланс влаги (М)

Термин Влага Moisture предполагает контроль объема и вязкости экссудата. Для достижения поставленной цели могут быть использованы гелевые и мазевые формы благодаря реализации механизма «промывание-абсорбция». Действительно, заживление ран весьма эффективно протекает с использованием покрытий в виде гидрогелей [7], например, на основе альгината, [26], поливинилового спирта, хитозана, пектина [13]. При необходимости усиления адсорбционной активности для достижения эффекта подсушивания раны обычно выбирают покрытия, включающие в свой состав ПЭ, что позволяет достичь «стягивания» раны уже на первых днях лечения. В качестве примера, приведем широко известную мазь Вишневского [15], до сих пор достаточно успешно применяемую в ранозаживлении.

Для графического анализа были выбраны результаты исследования гелеобразных форм:  на основе коллагена, циклодекстрина, полиэтиленоксида (ПЭО). Графики скоростей также были разделены нами на две группы (рис. 3): коллаген и винилин в базе геля способствуют приросту скорости заживления с максимумом на 6-7 день, а введение ПЭО и циклодекстрина изменяют форму кривых и на первом этапе происходит замедление процесса.

Рисунок 3 Кинетические показатели ранозаживления плоскостных полнослойных ран у животных при применении покрытия на основах коллагена, винилина, ПЭО и циклодекстрина по собственным [8] и литературным [6; 3], [10; 15] данным

4. Активация регенерации тканей. Эпителизация (Е)

Термин «Эпителизация» предполагает формирование нормальных эпителиальных тканей, оценку состояния краев раны и окружающей кожи. Применяемые на данном этапе медицинские средства призваны сформировать окончательные многослойные структуры с верификацией всех слоев эпителия с одновременным отторжением струпа. Достаточно часто в качестве эпителизирующих применяются композиции  растительного происхождения, обладающие антиоксидантными свойствами. Примеры таких препаратов: раневые повязки с наночастицами серебра и масляным настоем для заживления ран [25], гель с селенопираном [6]. Препарат куриозин (цинка гиалуронат) изначально создавался как эпителизирующее средство [14]. Существенную роль в процессе заживления играют наночастицы металлов. При надлежащем подборе наноструктур и их количеств скорость процесса заживления существенно увеличивается [4].

Для визуализации эффектов ускорения эпителизации из всей группы рассмотренных нами планиметрических данных были выбраны те, которые показали порядка 90% заживления на 10-й день эксперимента. Кривые прироста площадей в представленной выборке значительно различаются между собой, что позволило разделить их на две группы (рис 4). Так порошок с наночастицами и гель бензалкония хлорида с метронидазолом исходно дают снижение площади уже к 5-6 суткам, а гель циклодекстина с селенопираном, как и левомиколь, показали выравненность скоростей, но завершение процесса со сходом струпа к 10-14 дню.

Рисунок 9. Планиметрические показатели ранозаживления плоскостных полнослойных ран у животных при применении геля циклодекстрина с селенопираном, гелей с цинком и медью и порошка с медью и серебром, мази с левомицетином и геля бензалкония хлорида с метронидазолом (БХ-М) по собственным и литературным [6], [1] данным.

Исходя из составов, для каждого из приведённых в этой группе препаратов характерны  противомикробные свойства. В первую очередь это – левомицетин и бензалкония хлорид с метронидазолом (БХ-М), ионы серебра и меди также гарантирует высокую степень бактерицидности. Противомикробный эффект следует признать и за циклодекстрином: специфика химического строения этого эмульгатора позволяет ему встраиваться в мембранные структуры, что определяет его применение в качестве консерванта. Таким образом, применение в составе всех рассмотренных выше композиций полимерных структур оправдано необходимостью создания мощных абсорбционных систем, способных связывать на поверхности раны внесистемные бактериально – вирусные структурные элементы. Набор функциональных группировок позволяет полимерам осуществлять регуляцию увлажнения тканей раны, величину рН на их поверхности, управлять активностью регенерационных процессов в той или иной среде, что способствует эффективному ранозаживлению.

Заключение

Представленный в данной статье подход к обработке экспериментального материала показал возможность более глубокой его оценки. В результате математической обработки планиметрических данных и построения графиков прироста скорости заживления для содержащихся в тех же работах данных по заживлению нелеченных ран были получены два выраженных профиля кривых. Первый начинается с прироста и завешается падением скорости заживления, и второй, на котором  стагнация процесса после 5 суток переходит в активацию на 8–9 сутки и снова затухание до полного заживления. При этом профили заживления нелеченных и леченных ран у одного и того же автора часто не совпадают (рис.5, незакрашенные треугольники по собственным данным). Результаты собственных планиметрических исследований, полученные в параллельных опытах, подтвердили наличие двух профилей кинетических графиков [2]. При этом статистический анализ показал, что профиль с плавным приростом и падением (незакрашенные квадраты, рис. 5), представленный в работе [9], стоит считать наиболее физиологически обусловленным.

Рисунок 5. Скоростные характеристики процесса ранозаживления плоскостных полнослойных ран у интактных (слева) и леченных (справа) животных по литературным [6; 16] данным.

В свете последних тенденций развития медицинского средства под общим названием «раневое покрытие» четко наметилась линия объединения в одном продукте свойств сорбентов, увлажнителей, противомикробных средств, носителей активных компонентов. В перспективе должен получиться «умный» продукт, способный, в зависимости от состояния раневой среды и окружающих тканей корректировать свои свойства. Разрабатываемые ранозаживляющие препараты, наряду с несомненными достоинствами, не свободны от целого ряда недостатков, и оптимизация конструирования нуждается в собственной биофизико – химической теории, методологического подхода к конструированию многокомпонентных синергично функционирующих ранозаживляющих покрытий. Одним из этапов этого движения и является подробный анализ результатов ранозаживлющего действия имеющихся и инновационных средств.

Список литературы:

1. Бабушкина И.В. Гладкова Е.В., Пучиньян Д.М. Регенеративная активность комплексного порошкообразного препарата // Современные Проблемы Науки и Образования. – № 5. – 2016. – С. 33 ID: 27181656.
2. Будко Е.В., Барчуков А.В., Кан И.Ч. [и др.] Развитие планиметрического анализа результатов ранозаживления // International Journal of Medicine and Psychology. – 2023. – Т. 6. – № 5. – С. 88-95. – EDN BIOBQI
3. Григорьян А.Ю., Бежин А.И., Панкрушева Т.А., Жиляева Л.В. Новые способы местного медикаментозного лечения гнойных ран. Исследования и практика в медицине. – 2020. – Т. 7. –  №2. –  С. 56-63.
4. Джанпаизова В.М., Ташменов Р.С., Токсанбаева Ж.С., Аширбекова Г.Ш., Торебаев Б.П. Влияние на регенерацию экспериментальных ран перевязочных материалов, пропитанных наночастицами металлов // Наука и Мир. –  № 6-1 (70). –  2019. –  С. 26-28 ID: 43867293
5. Довнар Р.И. Моделирование кожных ран в эксперименте // Новости хирургии. – Т. 29. – № 4. – 2021. doi: 10.18484/2305-0047.2021.4.480.
6. Заяц Д.В., Буюклинская О.В. Федотова Ю.Р. Феленко Н.С. Влияние клатратного комплекса селенопирана и β-циклодекстрина на скорость заживления условно асептической полнослойной плоскостной раны у крыс // Разработка и Регистрация Лекарственных Средств – Т.10. – № 4. – 2021. – С. 166-170 DOI: 10.33380/2305-2066-2021-10-4(1)-166-170 ID: 47416864
7. Калмыкова Н.В., Андреев-Андриевский А.А. Демьяненко И.А.,Манских В.Н. Лагерева Е.А., Попова А.С.,Хац Ю.С., Суслов А.П. The stimulating effect of various forms of collagenic wound coverings on the epithelization process of skin wounds // Journal Biomed. – № 4. – 2017. – С. 85-96 ID: 30727722
8. Кан И.Ч., Будко Е.В., Ямпольский Л.М., Барчуков А.В., Ступицкая А.В. Ранозаживляющая мазь и способ ее получения. Патент на изобретение RU 2791374 C1, 07.03.2023. Заявка № 2021130209 от 15.10.2021.
9. Кананыхина Е.Ю., Большакова Г.Б. Количественная характеристика полноты регенерации кожи при заживлении раны на спине и животе крыс // Клиническая и экспериментальная морфология. – 2016. – № 1 (17). – С. 27–36 ID: 29935491.
10. Ложкомоев А.С., Кирилова Н.В., Бакина О.В. Новый перевязочный материал на основе полимерных микроволокон с оксигидроксидом алюминия: свойства и механизм ранозаживляющего действия // Раны и Раневые Инфекции. Журнал Имени Проф. Б.М. Костючёнка. – Т. 7. –  № 1. –  2020. – С. 46-57 DOI: 10.25199/2408-9613-2020-7-1-46-57 ID: 44319184
11. Мидленко В.И., Мензул В.А., Кобелев К.С. Опыт лечения пострадавших с поверхностными и пограничными ожогами пленочными повязками Mensul dressing в сочетании с мазью левомеколь // Ульяновский медико-биологический журнал. – 2016. – № 2. 
12. Прилепина Е.В. Эффективность местного лечения гнойных ран с применением мази офломелид // Вестник Совета Молодых Учёных и Специалистов Челябинской Области. – Т. 2. – № 3 (18). –  2017. –  С. 139-142.
13. Сильвистрович В.И., Лызиков А.А. Применение композитных гидрогелевых покрытий на основе поливинилового спирта в эксперименте // Раны и Раневые Инфекции Журнал Имени Проф. Б.М. Костючёнка. – Т.8. – № 3. – 2021. – С. 22-25 DOI: 10.25199/2408-9613-2021-8-3-20-23 ID: 47231268
14. Хлебникова А.Н., Петрунин Д.Д. Цинк, его биологическая роль и применение в дерматологии // Вестник дерматологии и венерологии. – 2013. – Т. 6. – С. 100-116.
15. Черненок В.В., Черненок Ю.Н. Лечение гнойных ран у кроликов мазью на коллагеновой основе // Вестник Брянской Государственной Сельскохозяйственной Академии. – № 4 (86). – 2021. – С. 64-68 DOI: 10.52691/2500-2651-2021-86-4-64-68 ID: 46448200
16. Agnihotri S., Mukherji S., Mukherji S. Size-controlled silver nanoparticles synthesized over the range 5–100 nm using the same protocol and their antibacterial efficacy // RSC Adv.- 2014. – Vol. 4. – № 8. – P. 3974–3983.
17. Ahmed S., Ahmad M., Swami B. L., Ikram S. A review on plants extract mediated synthesis of silver nanoparticles for antimicrobial applications : a green expertise // Journal of Advanced Research. – 2016. – Vol. 7. – № 1. – P. 17–28,
18. Bondarenko O., Juganson K., Ivask A. Toxicity of Ag, CuO and ZnO nanoparticles to selected environmentally relevant test organisms and mammalian cells in vitro : a Critical Review // Archives of Toxicology. – 2013. – Vol. 87. – P. 1181-1200.
19. Edwards-Jones V., Buck R., Shawcross S. G., Dawson M. M., Dan K. The effect of essential oils on methicillin-resistant Staphylococcus aureus using a dressing model // Burns. – 2004. – Vol. 30. – Pp. 772-777. doi: 10.1016/j.бернс.2004.06.006.
20. Kirsner R. S. The Wound Healing Society's guidelines for the treatment of Chronic Ulcerative wounds were updated in the 2006 guidelines-Mixing the old with the new. Wound Repair. – 2016 – Vol. 24. – Pp. 110-111.10.1111/wrr.12393
21. Leaper D.J., Schultz G., Carville K., Fletcher J., Swanson T., Drake R. Extending the TIME concept: What have we learned in the last 10 years? // International Range. 2012. – Vol. 9. – Pp. 1-19. doi: 10.1111/j.1742-481X.2012.01097.x.
22. Leaper D.J., Schultz G., Carville K., Fletcher J., Swanson T., Drake R. Extending the TIME concept: What have we learned in the past 10 years?(*) // International Wound Journal. – 2012. Vol. 9 (Suppl. 2). Pp. 1–19. doi: 10.1111/j.1742-481X.2012.01097.x.
23. Morton L. M., Phillips T. J. Wound healing and treating wounds. Differential diagnosis and evaluation of chronic wounds // Journal of the American Academy of Dermatology. – 2016. – Р. 589–605.
24. Oien R.F., Håkansson A., Hansen B.U., Bjellerup M. Measuring the size of ulcers by planimetry: a useful method in the clinical setting // Journal of Wound Care. – 2002. – May. – Vol. 11(5). – Pp. 165–168. doi: 10.12968/jowc.2002.11.5.26399. PMID: 12055939.
25. Shi G., Wang Y.Y., Derakhshanfar S., Xu K., Zhong W., Luo G., Liu T., Wang Y.Y., Wu J., Xing M. Biomimicry of oil infused layer on 3D printed poly(dimethylsiloxane): Non-fouling, antibacterial and promoting infected wound healing // Mater. Sci. Eng. C. – 2019. – Vol. 100. Pp. 915–927. doi: 10.1016/j.msec.2019.03.058
26. Zhongguo Xiu Fu Chong Jian Wai Ke For Zhe The status of application and the course of research of alginate dressings. – 2014. – № 28. – С. 255-258.