Застосування нанокристалічного гідроксиапатиту при лікуванні гнійно-запальних захворювань нижніх кінцівок на тлі хронічної венозної недостатності

Abstract

Кількість хворих з гнійними патологічними процесами за даними різних авторів у хірургічних стаціонарах складають 15 – 40%. У структурі смертності після хірургічних втручань гнійні ускладнення досягають 30 %. Значні матеріальні витрати на лікування та терміни непрацездатності хворих трансформують цю проблему у соціально-економічну. В Україні варикозне розширення вен нижніх кінцівок розвивається у 15– 17 % дорослого населення: поміж яких у 25 % жінок та 10 % чоловіків. У 1–2 % хворих на варикозну хворобу процес ускладняється утворенням трофічних виразок. Поміж гнійно-запальних захворювань нижніх кінцівок трофічні виразки на тлі хронічної венозної недостатності найбільш поширені – понад 70 %. Трофічні виразки порушують функцію нижніх кінцівок, погіршують якість соціального та індивідуального життя хворих. Як наслідок, спостерігається значна втрата працездатності та рівень інвалідизації.

Хронічна венозна недостатність супроводжується розладами лімфо- венозного кровообігу, що за наявності прогресивного зростання

резистентності мікрофлори ран, робить перспективу загоєння трофічних виразок нижніх кінцівок проблематичною та тривалою, а лікування високовартісним. Сучасні методики мають на меті покращити умови для швидкого загоєння ранового дефекту зменшуючи ексудацію чи створюючи умови для видалення некротизованих тканин, деякі з них зменшують бактеріальну контамінацію. Але жоден з наведених методів не має комбінації сорбційних, бактерицидних властивостей з впливом на регенеративні процеси. Дисертаційна робота присвячена розв’язанню одного із актуальних питань хірургії, а саме підвищення ефективності лікування хворих з трофічними виразками нижніх кінцівок на тлі хронічної венозної недостатності, за рахунок розробки нової методики місцевої санації, дезінтоксикації та прискорення процесів ранового загоєння, шляхом дослідження властивостей нанокристалічного гідроксиапатиту в умовах експерименту на білих щурах та клінічної апробації апатит полімерної дренуючої пов’язки до складу якої входять гідроксиапатит, альгінат, хітозан з додаванням оксиду цинку. За результатами експериментального дослідження проведеного на 55

білих щурах підтверджені антибактеріальні, протизапальні та сорбційно- дезінтоксикаційні властивості гідроксиапатиту. Що дало можливість

розробити та створити апатит полімерну дренуючу пов’язку, яка представляє собою альгінат – хітозановий пористий каркас на основі наноструктурованого гідроксиапатиту та запропонувати методику її використання. У якості біоактивного лікувального агента до гідроксиапатиту додано оксид цинку, який виявляє протимікробні властивості та надає матеріалу додаткової механічної міцності. Композитні матеріали на основі нанокристалічного гідроксиапатиту з додаванням цинку мають виражені сорбційні властивості, притаманні гідрофільним та гідрофобним сорбентам, що дає можливість ефективно використовувати їх в обох фазах ранового загоєння, проявляють антибактеріальну дію, прискорюють проліферацію фібробластів та позитивно впливають на фактор росту судинного ендотелію. Наведене створює умови для видалення нежиттєздатних тканин, пригнічення інфекції, стимуляції репаративних процесів та епітелізації, як наслідок зменшення термінів лікування. В основу дисертації покладено аналіз результатів лікування 110 хворих з трофічними виразками венозного ґенезу у відділенні судинної хірургії Сумської обласної клінічної лікарні в період 2019 – 2021 років. З метою оцінки ефективності проведеного лікування хворі були розподілені на дві групи. В основну групу входило 57 хворих, яким проводили лікування за запропонованою нами методикою без використання антибіотиків. В основі лікування було місцеве застосування апатит полімерної дренуючої пов’язки. Групу порівняння склали 53 хворих, які лікувалися згідно рекомендаціям затвердженим Асоціацією судинних хірургів України та клінічними протоколами затвердженими Наказом МОЗ України No1422 від 29.12.2016 року, які включали: флебопротекторні препарати, розчини антисептиків які застосовувалися місцево, антибіотики враховуючи інтенсивність гнійно – запальних процесів у ділянці виразки. Хворі обох груп отримували компресійну терапію. Проведено характеристику клінічного матеріалу та дизайну наукового дослідження. Детально проаналізований розподіл хворих за віком, статтю, мешканням, тривалістю захворювання з трофічними виразками, етіологічними факторами, локалізацією виразок, за суб’єктивними та об’єктивними клінічними показниками. Вивчено біоценоз трофічних виразок у хворих обох груп та антибактеріальні властивості нанокристалічного гідроксиапатиту з оксидом цинку, наведені результати морфологічних та імуногістохімічних досліджень у хворих з трофічними виразками нижніх кінцівок на тлі хронічної венозної недостатності у процесі лікування, наведені близькі та віддалені результати лікування з застосуванням апатит полімерної дренуючої пов’язки. У процесі виконання роботи використовувалися бактеріологічні, експериментальні, гістологічні, імуногістохімічні та статистичні методи дослідження. Оцінка ефективності лікування, епітелізації, ангіогенезу та запальної інфільтрації виразкового дефекту проводилася шляхом гістологічного дослідження біопсійного матеріалу до та після лікування з апатит полімерною дренуючою пов’язкою. У процесі клініко-експериментальної роботи виявили зменшення бактеріальної контамінації поверхні трофічних виразок при застосуванні гідроксиапатиту та композитних матеріалів, як складових апатит полімерної дренуючої пов’язки. Динаміка загоєння ранового дефекту у групі порівняння була повільнішою. Швидкість ранового загоєння у хворих групи порівняння становила 0,2 см2

/добу, що у 2,1 разу менше, ніж у хворих основної

групи – 0,42 см2

/добу. Залежно від особливостей перебігу ранового процесу та площі ран середні терміни лікування у основній групі склали 19,6 дні, а у групі порівняння – 28,2 дні. Отже, при використанні АПДП середній термін лікування менший на 8,6 днів. Це безумовно має велике значення у моральному, соціально – психологічному і матеріальному аспектах. У процесі морфологічних досліджень, в основній групі на тлі використання нанокристалічного гідроксиапатиту як основи апатит полімерної дренуючої пов’язки виявлено суттєву різницю в регенерації виразкового дефекту. Встановлено інтенсивне очищення ранової поверхні від некротичних тканин та фібринових нашарувань, активна стимуляція проліферації фібробластів, збільшення кількості колагенових волокон, більш швидше розростання грануляційної тканини та епітелізація виразкового дефекту порівняно із хворими групи порівняння. Проводилися імуногістохімічні дослідження рецепторів до VEGF, який є фактором росту ендотелію судин, Podoplanine, який є маркером росту лімфатичних судин та CD – 31, який є маркером існуючих та новоутворених судин. При імуногістохімічному дослідженні у основній групі встановлено більшу кількість нових та функціонуючих артеріальних і венозних капілярів відмічених маркерами CD – 31 та VEGF. Кількість візуалізованих лімфатичних судин у грануляційній тканині за допомогою маркеру Роdoplanin значно переважала у зразках отриманих у хворих основної групи. На відміну від осіб групи порівняння, у яких кількість рецепторів до CD – 31, VEGF та Роdoplanin було значно меншою. Основними клінічними та лабораторними показниками, на яких акцентували увагу при вивченні загоєння трофічної виразки були: інтенсивність запального процесу (виразність больових відчуттів, набряк, гіперемія), зміна контамінації виразкового дефекту, поява грануляційної тканини, початок епітелізації. У перші 6 – 7 діб лікування, залежно від інтенсивності контамінації виразкової поверхні та площі ранового дефекту відмічалося зменшення інтенсивності запального процесу, очищення ранової поверхні від гнійно – фібринних нашарувань та активація росту грануляційної тканини, що сприяло загоєнню трофічної виразки. Враховуючи отримані результати досліджень вважаємо, що використання нанокристалічного гідроксиапатиту як базової складової апатит полімерної дренуючої пов’язки при лікуванні трофічних виразок нижніх кінцівок на тлі хронічної венозної недостатності це ефективний, простий у використанні та безпечний метод лікування. Відсутність необхідності у застосуванні антибіотиків підкреслюють економічну доцільність запропонованої нами методики.

According to various authors, the number of patients with purulent pathological processes in surgical units is 15-40%. Purulent complications cause 30% of deaths after surgical interventions. Expensive treatment and long-lasting disability of patients transform this problem into a socio-economic one. In Ukraine, varicose veins of the lower extremities develop in 15-17% of the adult population, including 25% of women and 10% of men. In 1-2% of patients with varicose veins, the process is complicated by the formation of trophic ulcers. Among purulent-inflammatory diseases of lower extremities, trophic ulcers associated with chronic venous insufficiency constitute more than 70% of cases. Trophic ulcers disrupt the function of the lower extremities and worsen the quality of patients’ social and individual life. As a result, there is significant incapacitation and disability. Chronic venous insufficiency is accompanied by venous and lymphatic disorders, which, in case of a progressive increase in the resistance of the wound microflora, makes the prospect of healing trophic ulcers of the lower extremities complicated and lengthy, and results in expensive treatment. Modern techniques aim to improve conditions for rapid wound healing by reducing exudation or creating conditions for removing necrotic tissue, some of which reduce bacterial contamination. However, none of these methods has a combination of sorption and bactericidal properties that influence the regenerative processes. The dissertation aims to solve one of the topical issues of surgery – improving the effectiveness of treatment of patients with trophic ulcers of the lower extremities associated with chronic venous insufficiency by developing a new method of local rehabilitation, detoxification, and acceleration of wound healing processes through studying the properties of nanocrystalline hydroxyapatite in an experiment on white rats and clinical testing of apatite polymer drainage dressing, which includes hydroxyapatite, alginate, chitosan, and zinc oxide.

An experimental study on 55 white rats has confirmed the antibacterial, anti- inflammatory, and sorption-detoxification properties of hydroxyapatite. This made

it possible to develop and create an apatite polymer drainage dressing, which is an alginate–chitosan porous scaffold based on nanostructured hydroxyapatite, and propose a method for its use. As a bioactive therapeutic agent, zinc oxide is added to hydroxyapatite, which exhibits antimicrobial properties and gives the material additional mechanical strength. Composite materials based on nanocrystalline hydroxyapatite with the addition of zinc have pronounced sorption properties inherent in hydrophilic and hydrophobic sorbents. Therefore, they can be effectively used in both phases of wound healing, have an antibacterial effect, accelerate fibroblast proliferation, and positively impact a vascular endothelial growth factor. The above creates conditions for removing nonviable tissues, suppressing infection, and stimulating reparative processes and epithelialization, thus reducing the duration of treatment. The dissertation is based on the analysis of the results of the treatment of 110 patients with trophic ulcers of venous origin in the Department of Vascular Surgery of the Sumy Regional Clinical Hospital in 2019-2021. Patients were divided into two groups to assess the effectiveness of the treatment. The treatment group included 57 patients treated according to our proposed method without using antibiotics. The treatment was based on the topical application of apatite polymer drainage dressing. The comparison group consisted of 53 patients who were treated according to the recommendations approved by the Association of Vascular Surgeons of Ukraine and clinical protocols approved by the Order of the Ministry of Health of Ukraine No. 1422 as of December 29, 2016, which included: phleboprotective drugs, antiseptic solutions that were applied topically, antibiotics taking into account the intensity of purulent-inflammatory processes in the ulcer area. Patients in both groups received compression therapy. The clinical material and design of the study were characterized. The distribution of patients by age, gender, residence, duration of the disease with trophic ulcers, etiological factors, localization of ulcers, and subjective and objective clinical indicators was analyzed in detail. The biocenosis of trophic ulcers in patients of both groups and the antibacterial properties of nanocrystalline hydroxyapatite with zinc oxide were studied. The results of morphological and immunohistochemical studies in patients with trophic ulcers of the lower extremities associated with chronic venous insufficiency during treatment were presented. Early and long-term results of treatment using apatite polymer drainage dressing were presented. Bacteriological, experimental, histological, immunohistochemical, and statistical research methods were used during this study. The effectiveness of treatment, epithelialization, angiogenesis, and inflammatory infiltration of the ulcer defect was evaluated by histological examination of biopsy material before and after treatment with apatite polymer drainage dressing. During clinical and experimental work, a decrease in bacterial contamination of the surface of trophic ulcers was revealed when using hydroxyapatite and composite materials as components of apatite polymer drainage dressing. The wound healing in the comparison group was slower. The rate of wound healing in patients of the comparison group was 0.2 cm2

/day, which is 2.1 times less

than in patients of the treatment group – 0.42 cm2

/day. Depending on the characteristics of the course of the wound process and the area of wounds, the average treatment time in the treatment group was 19.6 days, and in the comparison group – 28.2 days. Thus, when using apatite polymer drainage dressing, the average

treatment time is less by 8.6 days. This is undoubtedly important in moral, socio- psychological, and material aspects.

During morphological studies, a significant difference in the regeneration of the ulcer defect was revealed in the treatment group against the background of using nanocrystalline hydroxyapatite as the basis of an apatite polymer drainage dressing. Intensive cleaning of the wound surface from necrotic tissues and fibrin layers, active stimulation of fibroblast proliferation, increased collagen fibers, the faster proliferation of granulation tissue, and epithelialization of the ulcer defect were observed in comparison with patients of the comparison group. The authors conducted immunohistochemical studies of receptors for VEGF, a vascular endothelial growth factor, Podoplanine, a marker of lymphatic vessel growth, and CD-31, a marker of existing and newly formed vessels. An immunohistochemical study revealed a larger number of new and functioning arterial and venous capillaries marked with CD-31 and VEGF markers in the treatment group. The number of visualized lymphatic vessels in granulation tissue using the Podoplanine marker significantly prevailed in samples obtained from patients in the treatment group. In contrast to individuals in the comparison group, whose CD-31, VEGF, and Podoplanine receptor counts were significantly lower. The main clinical and laboratory indicators when studying the healing of trophic ulcers were the intensity of the inflammatory process (severity of pain, edema, hyperemia), changes in the contamination of the ulcer defect, the appearance of granulation tissue, and the beginning of epithelialization. In the first 6-7 days of treatment, depending on the intensity of contamination of the ulcerative surface and the area of the wound defect, there was a decrease in the intensity of the inflammatory process, cleaning the wound surface from purulent-fibrin layers and activation of granulation tissue growth, which contributed to the healing of trophic ulcers. Taking into account the research results, we believe that the use of nanocrystalline hydroxyapatite as the basic component of apatite polymer drainage dressing in the treatment of trophic ulcers of the lower extremities associated with chronic venous insufficiency is an effective, easy-to-use and safe treatment method. The absence of the need for the use of antibiotics emphasizes the economic feasibility of our proposed method.