Раневой процесс: нанобиотехнологии оптимизации

Наиболее разрушительное действие происходит, когда скорость снаряда превышает 600 м/с, а данный показатель у отечественного АК-74, у винтовок США, ФРГ, Бельгии и Италии превышает 1000 м/с. Переход энергии снаряда в среду, характерную для человеческого тела, представляет собой гидродинамический процесс. Встреча ранящего снаряда с тканями – это не только «удар извне», но больше «удар изнутри». Внутритканевой или внутриполостной взрыв, феномен бокового удара – важнейшая отличительная особенность огнестрельных ранений, определяющая обширность повреждения тканей не только по ходу раневого канала, но и далеко за его пределами. В связи с этим особенностью огнестрельных ран покровных тканей человека является их глубина и сложность рельефа.

В патофизиологии воспаления все повреждающие (флогогенные) факторы принято делить на внешние (экзогенные) и внутренние (эндогенные).

Экзогенные факторы:

1. Некробиотические изменения тканей и клеток под влиянием физико-химических факторов – механических и термических воздействий, лучевой энергии (рентгеновские, радиоактивные, ультрафиолетовые лучи).

2. Инвазия чужеродных микроорганизмов или антигенов, иммуногенов во внутреннюю среду. Развитие воспалительного процесса может быть следствием инфицирования организма не только патогенной микрофлорой, но и вирусами, простейшими, а также возникать на фоне активации условно патогенной микрофлоры при снижении специфических иммунологических механизмов защиты и резистентности организма. В развитии острого и хронического воспалительного процесса большую роль играет группа неклостридиальных анаэробных бактерий, которые не образуют спор и являются представителями нормальной аутофлоры человека. Частота выявления анаэробов при острых гнойных заболеваниях колеблется от 40 до 95 % в зависимости от локализации и характера патологического процесса. Существенная роль в этиологии хирургических инфекций отводится облигатным неспорообразующим анаэробным бактериям. В ряде случаев этиологическими факторами инфекционного воспалительного процесса могут быть возбудители, вызывающие развитие особых видов раневой инфекции – клостридиальной (газовая гангрена), неклостридиальной анаэробной и гнилостной инфекции, сибирской язвы, столбняка, рожистого воспаления, актиномикоза, дифтерии, туберкулеза, сифилиса. Указанные возбудители резко изменяют течение воспалительного (раневого) процесса, придают специфику местным и общим проявлениям воспаления.

Эндогенные факторы:

1. Малигнизация собственных клеток организма и реакция на опухоль.

2. Потеря иммунологической толерантности по отношению к клеткам собственного организма.

Воспаление – это системная защитная реакция, преследующая главную биологическую цель – уничтожение и элиминацию всего, что организм считает чужеродным. При достижении этой цели организм, прежде всего, решает следующие промежуточные задачи: локализировать зону воспаления – очаг инфекции, зону некробиотических изменений тканей, клон злокачественных клеток и предотвратить тем самым развитие системной аутоиммунной реакции.

Под чужеродными следует понимать не только инородные частицы или микроорганизмы, попавшие во внутреннюю среду, но и свои некробиотически измененные и переродившиеся клетки, представляющие собой «транзиторный орган внутренней секреции», функционирование которого имеет исключительно патогенное значение. Подвергшиеся цитолизу клетки приобретают свойство антигенной стимуляции системы иммунитета. Изменения наружной клеточной мембраны некробиотически измененных клеток приводят к активации на них системы комплемента по альтернативному пути. Активация системы комплемента вызывает воспаление. Совокупность клеточных, биохимических, физиологических и морфологических процессов, последовательно развивающихся в ране, называется раневым процессом (Зайчик А. Ш., 2005; Литвицкий П. Ф., 2007). С точки зрения общей патологии раневой процесс представляет собой частный вариант воспаления, которое определено как типовой патологический процесс, развивающийся в васкуляризованных органах и тканях в ответ на любое местное повреждение и проявляющийся в виде поэтапных изменений микроциркуляторного русла, крови и стромы органа или ткани, направленных на локализацию, разведение, изоляцию и устранение агента, вызвавшего повреждение, и на восстановление поврежденной ткани (Шанин В. Ю., 1998). В ходе восстановления происходит регенерация или замещение утраченных паренхиматозных элементов органа и/или фиброплазия – замещение дефекта соединительной рубцовой тканью.

Так как раневой процесс является воспалением, то в своем течении он должен проходить стадии альтерации, экссудации и пролиферации. Однако клинически оказалось удобнее выделять следующие его стадии (Шанин В. Ю., 1998):

а) фаза воспаления, включающая период сосудистых изменений и очищения раны;

б) фаза регенерации, в течение которой происходит образование и созревание грануляционной ткани;

в) фаза реорганизации рубца и эпителизации.

Фаза воспаления начинается с момента ранения и длится около 3—4 суток. Совокупность изменений в месте повреждения в период данной фазы характеризуется двумя основными, тесно связанными между собой процессами – альтерацией и экссудацией.

Изменения обмена веществ, физико-химических свойств, структуры, функции клеток и тканей, возникающие в момент повреждения (ранения), называются первичной альтерацией. Повреждение тканей приводит к активации клеток и высвобождению медиаторов воспаления, взаимодействие которых между собой обуславливает развитие местной и системной острой воспалительной реакции.

Медиаторы воспаления имеют как вне-, так и внутриклеточное происхождение и характеризуются определенными функциями (табл. 1).

Помимо медиаторов воспаления существуют биологически активные вещества, предупреждающие их избыточное накопление и действие. Так, относящиеся к таким веществам ферменты – гистаминаза, карбоксипептидаза, эстераза – разрушают соответственно гистамин, кинины, фракции комплемента. Ингибиторы протеолиза ослабляют действие трипсина, глюкокортикоиды снижают выраженность сосудистых реакций и стабилизируют мембраны сосудов. Обмен веществ в очаге воспаления характеризуется преобладанием реакций катаболизма (Литвицкий П. Ф., 2007; Попов В. А., 2003). Происходит перестройка всех видов обмена веществ – углеводного, белкового, жирового и водно-солевого. Активируется гликогенолиз и гликолиз, нарушается образование АТФ, гликолиз переходит на анаэробный путь, вследствие чего происходит накопление избытка лактата и пирувата. Усиление липолиза приводит к чрезмерному образованию свободных высших жирных кислот и кетокислот. В результате указанных изменений развивается метаболический ацидоз. Нарушение баланса между вне- и внутриклеточными ионами значительно увеличивает осмотическое давление внутри клеток и их органелл, что сопровождается перерастяжением и разрывом мембран. Указанные изменения позволили определить состояние метаболизма при воспалении термином «пожар обмена».

Таблица 1

Основные медиаторы воспаления (Литвицкий П. Ф., 2007)

Аналогия заключается не только в том, что обмен веществ в очаге воспаления резко повышен, но и в том, что «горение» происходит не до конца, а с образованием недоокисленных продуктов (полипептиды, жирные кислоты, кетоновые тела), обуславливающих развитие ацидоза.

Продукты первичной альтерации и клетки – участницы воспаления могут вызвать вторичное самоповреждение тканей, получившее название вторичной альтерации. Изменения микроциркуляции в очаге воспаления и прилежащих к нему тканях обуславливают значительное падение напряжения кислорода (Попов В. А., 2003). Гипоксия и связанный с ней гипоэргоз клеточных элементов вызывают развитие гипоксического тканевого некробиоза, который под действием агентов вторичной альтерации переходит в некроз, получивший название вторичного.

Вторичные повреждения тканей могут происходить по кислородзависимому (активные формы кислорода) и кислороднезависимому (гидролитические ферменты, конечный продукт активации комплемента) механизмам.

Кислородзависимые повреждения связаны с массивным образованием лейкоцитами активных кислородных радикалов, приводящих к активации процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ) плазмы крови и клеточных мембран. Показано, что в основе формирования вторичных повреждений тканей в зоне воспаления, особенно в случае огнестрельных и гнойных ран, лежит состояние «окислительного стресса», сущностью которого является активация процессов перекисного окисления липидов на фоне нарушения функционирования системы эндогенной антиоксидантной защиты. Образующиеся при этом активные формы кислорода (АФК) и перекиси, нарастающий протеолиз и местный ацидоз усиливают деструкцию клеток, дистрофические процессы, приводя к увеличению объема повреждения, формированию вторичных некрозов, усилению микроциркуляторных расстройств. Среди АФК наиболее важное значение имеют супероксиданион-радикал (O

), гидроксилрадикал (•ОН), пергидроксильный радикал (НOO•), пероксил-радикал (RОО•) и молекулярный синглетный кислород (

О

). Повреждающие ткани АФК образуются в течение первых часов и достигают своего пика на 4—5-е сутки.

Следует отметить, что уже с момента образования раневого дефекта происходит существенное уменьшение активности сбалансированной эндогенной антиоксидантной системы (АОС). Активность ферментативных и неферментативных компонентов АОС (супероксиддисмутазы, каталазы, глутатионпероксидазы, глутатион-S-трансферазы, аскорбиновой кислоты, витамина А и глутатиона) в условиях неинфицированных ран снижается на 60—70 % в течение первых 7 дней с восстановлением показателей лишь к 14-м суткам. В то же время количество продуктов ПОЛ (малоновый диальдегид) находится на высоком уровне в первые дни и снижается лишь через 14 суток.

Основным кислороднезависимым агентом вторичной альтерации являются гидролитические ферменты, высвобождаемые при некробиотической гибели клеток и при экзоцитозе. Они способны разрушать компоненты межклеточного вещества и клеточные элементы соединительной ткани. Нейтральные протеазы (коллагеназа, эластаза, катепсины, желатиназы) разрушают коллаген, эластин, базальные мембраны. Кислые протеазы вызывают деструкцию гликопротеидов и протеогликанов основного вещества соединительной ткани. Однако известно, что лизосомальные ферменты не способны сами разрушать интактную клеточную стенку и являются потенцирующими веществами более мощных агентов альтерации, а именно активных форм кислорода. Данный факт был подтвержден A. U. Grune (1997), который в своей работе показал, что в присутствии АФК более чем в 50 раз увеличивается активность протеаз.

Помимо гидролитических ферментов к кислороднезависимым факторам относят фактор некроза опухолей, катионные антибиотические белки, лактоферрин, систему комплемента.

Таким образом, среди агентов вторичной альтерации наиболее значимыми в формировании вторичных повреждений являются АФК и гидролитические ферменты. Причем цитотоксическое действие, главным образом, обусловлено АФК, которые за счет индукции ПОЛ приводят к образованию высокомолекулярных хемотаксических факторов, стимулирующих активную миграцию микро- и макрофагов. В результате этого в очаге воспаления накапливаются возбужденные лейкоциты, продуцирующие кислородные радикалы. Одновременно включаются кислороднезависимые механизмы, среди которых наиболее важную роль играют гидролитические ферменты лизосом (нейтральные и кислые протеазы, липазы, гликозидазы). В условиях грубого нарушения гомеостаза, микро- и макроциркуляции, истощения антиоксидантной защиты активация кислородзависимых и кислороднезависимых механизмов вторичной альтерации ведет сначала к расширению территории очага воспаления за счет окружающих тканей, а затем к их повреждению и гибели. Поэтому объем зоны вторичного повреждения всегда больше, чем первичного (Попов В. А., 2003). Так, исследование объема некротических тканей, удаляемых при первичной и вторичной хирургической обработке, показало, что масса погибших тканей за счет вторичного некроза превышает или равна массе некротических тканей, удаляемых при первичной хирургической обработке.

Другим процессом, характеризующим первую фазу раневого процесса, является экссудация, которая представляет собой процесс выхода жидкой части плазмы крови в интерстиций и эмиграцию из сосудов в межклеточные пространства лейкоцитов. Данное явление, главным образом, обусловлено вазодилатацией, замедлением кровотока, резким повышением проницаемости локальной капиллярной сети окружающих рану тканей со сладжированием форменных элементов. В результате этого происходит стаз крови и выход вначале жидкой ее части (транссудата), а затем и крупных белков сыворотки вместе с лейкоцитами (экссудата) за пределы сосудистого русла. В раннем периоде воспаления в экссудате преобладают лейкоциты, позже (на 2—3-и сутки) к ним присоединяются лимфоциты и макрофаги.

Аккумуляция жидкости вокруг раны вызывает быстро нарастающий отек, который получил название травматического. Отек может быть столь значительным, что просвет раневого канала суживается или даже исчезает, а часть его содержимого выдавливается наружу. Данное явление определяется как первичное очищение раны. В результате отека поступление кислорода в рану и прилегающие к ней ткани прекращается. Набухание элементов соединительной ткани и повышение осмотического давления способствуют усилению отека и появлению боли.

Клеточный компонент воспаления в первые часы составляют, главным образом, нейтрофилы, которые являются клетками первой линии защиты. Они осуществляют поиск, распознание, уничтожение и удаление путем фагоцитоза микробов и некротизированных тканей. В цитоплазме нейтрофилов имеется большое количество мелких округлых гранул, которые содержат протеолитические ферменты. Кроме того, нейтрофилы вырабатывают АФК. Эндогенные хемоаттрактанты (циклические нуклеотиды, система комплемента) обеспечивают хемотаксис нейтрофилов и мононуклеаров, индуцируют адгезию нейтрофилов к эндотелию, аккумуляцию их в очаге воспаления. Адгезия зависит от появления на поверхности нейтрофилов и эндотелиальных клеток рецепторов, получивших название эндотелиально-лейкоцитарных адгезивных молекул, к которым относят селектины и интегрины. После проникновения нейтрофилов в интерстиций в результате диапедеза происходит их миграция к очагу воспаления в соответствии с градиентом концентрации хемоаттрактантов. В результате этого в течение первых суток формируется так называемый лейкоцитарный вал, который развивается на границе с зоной расположения инфекционного очага. По мере выполнения своих основных функций (фагоцитоз микробов, некротизированных тканей, протеолиз) нейтрофильные лейкоциты распадаются или фагоцитируются макрофагами, которые являются одним из важных факторов сложной цепи иммунобиологических реакций организма, обусловливающих течение раневого процесса. Основная функция макрофагов выражается в фагоцитозе частично разрушенных лейкоцитами некротических тканей, распадающихся нейтрофильных лейкоцитов (нейтрофильного детрита), продуктов бактериального распада.

На 3—4-е сутки при неосложненном течении начинается вторая фаза раневого процесса, характеризующаяся развитием грануляционной ткани, постепенно восполняющей раневой дефект. При этом резко уменьшается количество лейкоцитов. Основное значение в этот период приобретают макрофаги, эндотелий капилляров и фибробласты.

Грануляционная ткань начинает формироваться в виде отдельных очагов в дне раны. Эти очаги характеризуются интенсивным новообразованием капилляров. Вокруг новообразованных капилляров концентрируются тучные клетки, которые, секретируя биологически активные вещества, способствуют пролиферации капилляров. Важнейшим клеточным компонентом грануляционной ткани является фибробласт. В фазе пролиферации количество фибробластов значительно увеличивается, и они становятся преобладающими клетками грануляционной ткани. Большинство исследователей отмечают незначительное или умеренное количество митозов в фибробластах грануляционной ткани, причем более часты митозы в фибробластах, располагающихся не в самой дерме, а в подлежащих ее слоях. Клетками – предшественницами фибробластов являются перициты. Клетки, возникшие после деления перицитов, выходят за пределы сосудистой стенки и, постепенно дифференцируясь, превращаются в фибробласты грануляционной ткани. Функция фибробластов в раневом процессе заключается в продукции коллагена и синтезе мукополисахаридов (гликозаминогликанов) – важного компонента межуточного вещества соединительной ткани. В настоящее время установлено, что основное вещество грануляционной ткани содержит следующие гликозаминогликаны: гиалуроновую кислоту, хондроитинсерные кислоты, глюкозамин, галактозамин, гепарин.

Важную роль в развитии и созревании грануляционной ткани играют тучные клетки, в их цитоплазме синтезируется ряд биологически активных веществ – гепарин, серотонин, гистамин. Они накапливаются в метахроматических гранулах тучных клеток и выделяются в окружающую среду при их дегрануляции. В процессе заживления содержание тучных клеток в раневой области изменяется: в первые 24 ч после ранения число их снижается, к 3—5-м суткам увеличивается и достигает максимума к 8-м суткам, т. е. к моменту развития грануляционной ткани.

В период наиболее полного развития грануляционной ткани в ней в большом количестве появляются плазматические клетки. Они концентрируются, как правило, около сосудов. Плазматические клетки возникают из лимфоцитов. В их цитоплазме присутствуют игольчатые белковые кристаллы, которые являются матрицей для образования антител.

По мере нарастания количества коллагеновых волокон грануляционная ткань становится все более плотной: наступает последний период раневого процесса – фаза рубцевания (12—30-е сутки). Она характеризуется прогрессирующим уменьшением числа сосудов и клеточных элементов – макрофагов, тучных клеток, фибробластов. Согласно современным представлениям, параллельно с формированием коллагеновых волокон происходит частичное их разрушение, в результате чего обеспечивается более тонкая регуляция процесса новообразования фиброзной ткани. Рассасывание коллагеновых волокон препятствует накоплению и уплотнению волокнистой основы раны и тем самым поддерживает крово- и лимфообращение в грануляциях на постоянно высоком уровне.

Параллельно с созреванием грануляционной ткани происходит эпителизация раны. Она начинается уже в первые часы после повреждения. В течение первых суток образуется 2—4 слоя клеток базального эпителия. Высокая скорость эпителизации ран обеспечивается тремя процессами: миграцией, делением и дифференцировкой клеток. Эпителизация небольших по величине ран осуществляется, в основном, за счет миграции клеток, которая начинается из базального слоя.

Степень эпителизации тесно связана с гранулированием и обусловлена состоянием тканей раны, обменом веществ, трофикой, степенью и характером бактериального загрязнения. Эпителизация заканчивается на 7—10-е сутки, а спустя 10—15 суток после ранения уменьшается толщина образованного эпителия. Однако может происходить и задержка эпителизации, что всегда связано с осложнениями течения раневого процесса. Важнейшим условием нормального хода заживления раны является строгая синхронизация процесса эпителизации, с одной стороны, и созревания грануляционной ткани – с другой (Шанин В. Ю., 1998). Равновесие между созреванием и рассасыванием грануляций и рубцовой ткани лежит и в основе феномена раневой контракции – равномерного концентрического сокращения краев и стенок раны. Во второй и третьей фазах заживления раневая контракция, как правило, сочетается с интенсивной эпителизацией, что свидетельствует о нормальном течении раневого процесса.

Таковы основные закономерности течения раневого процесса. В каждом конкретном случае могут наблюдаться некоторые особенности, обусловленные характером ранения, состоянием иммунной защиты организма, методами лечения и т. д. Несмотря на разнообразие, эти особенности могут быть сведены к двум основным вариантам. Первый состоит в следующем: при небольшом объеме поражения, в частности при линейном разрезе ткани, края раны как бы слипаются, тонкая фибринная пленка, образующаяся между ними, быстро прорастает фибробластами и подвергается организации с образованием узкого, часто едва заметного рубца. В таких случаях говорят, что рана зажила первичным натяжением. Ко второму варианту относят те случаи, когда объем поражения велик, и края раны оказываются на более или менее значительном расстоянии друг от друга. Заживление раны осуществляется через ее воспаление (нагноение), формирование хорошо выраженной грануляционной ткани и последующее ее фиброзирование с образованием глубокого рубца. В этих случаях заживление раны происходит вторичным натяжением.

Выделяют еще так называемое заживление под струпом, когда дефект ткани покрыт корочкой из свернувшегося и подсохшего секрета, крови и некротических масс. Регенерирующий эпидермис постепенно продвигается под струпом с краев раны, ложась на молодую соединительную ткань, восполняющую образовавшийся дефект. После того как последний покроется тонким слоем молодого эпителия, струп отпадает.

Особенности описанных вариантов заживления относятся к количественным, а не качественным различиям: во всех случаях в процессе участвуют одни и те же клеточные элементы, обеспечивающие принципиально сходную общую динамику раневого процесса (воспаление, пролиферация соединительной ткани, рубцевание и эпителизация).

Глава 2

ОГНЕСТРЕЛЬНЫЕ РАНЕНИЯ МЯГКИХ ТКАНЕЙ

В этом разделе представлены результаты собственных экспериментов и клинических исследований особенностей раневого процесса при огнестрельных пулевых ранениях мягких тканей конечностей. Огнестрельную рану в эксперименте на животных наносили стандартным патроном из пистолета Макарова с расстояния 2,5 м. Клинические наблюдения выполнены при лечении ран у 108 человек.

2.1. Микроциркуляторные нарушения в окружности огнестрельной раны

Исследование тканевого кровотока проведено с использованием трех методов:

1) радионуклидный (тканевая радиометрия с йодом-131) – определение в динамике раневого процесса скорости убыли изотопа из мягких тканей;