Аппарат "Плазон"

Разработка и внедрение в медицинскую
практику новых лечебных технологий и
технических средств на основе
использования воздушной плазмы
и экзогенного оксида азота
Грачёв С.В., Кротовский Г.С., Руденко Т.Г., Шулутко А.М.
– ММА им.И.М.Сеченова
Вагапов А.Б., Козлов Н.П., Маликов В.Н.,
Пекшев А.В.,Шарапов Н.А. – МГТУ им.Н.Э.Баумана
Ванин А.Ф. – ИХФ им.Н.Н.Семенова РАН
Кабисов Р.К., Маторин О.В. – МНИОИ им.П.А.Герцена
Ефименко Н.А., Хрупкин В.И., Марахонич Л.А.
– ГВМУ МО РФ
Работа выдвинута на соискание
премии Правительства Российской
Федерации
в области науки и техники 2003 года
2
Цель исследования
Разработка и внедрение в клиническую
практику новой медицинской технологии
и соответствующей аппаратуры,
которые совмещают возможности
плазменной хирургии
и лечебного воздействия
экзогенного оксида азота (NO)
на раневой, воспалительный
и другие патологические процессы
3
Аппарат «Гемоплаз ВП»
Поток воздушной плазмы
Рассечение
Деструкция
Коагуляция
Гемостаз
Стерилизация
4
Универсальный медицинский
воздушно-плазменный аппарат
«ПЛАЗОН®»
Хирургический режим
( деструкция, коагуляция,
стерилизация)
Генерация
высокоэнергетических
воздушно-плазменных потоков
Режим NO-терапии
Плазмохимическая генерация
NO-содержащих газовых
потоков (NO-СГП)
N2 + O2 = 2NO – 180,9 кДж
5
Основные функции NO
как универсального биологического регулятора
в норме и патологии
Аргинин
eNOS
(эндотелий)
nNOS
(нервные клетки)
iNOS
(макрофаги и др. клетки)
NO
Физиологическая
регуляция
Роль в пато- и
саногенезе
патологических
процессов 6
Роль эндогенного NO при воспалении
• антимикробное действие;
• стимуляция макрофагов;
• индукция цитокинов, Т-лимфоцитов, иммуноглобулинов;
• регуляция микроциркуляции;
• взаимодействие с кислородными радикалами;
• цитотоксическое или цитопротективное действие.
7
Роль эндогенного NO при раневом
заживлении
1. Увеличение содержания NO в раневой ткани
2. Активация индуцибельной NOS в воспалительной и
пролиферативной фазах процесса;
3. Активация эндотелиальной NOS при неоангиогенезе в
грануляционной ткани;
4. Ингибиторы NOS угнетают пролиферацию
фибробластов и синтез коллагена;
5. Индукторы NOS усиливают эти процессы;
6. Дефицит NO в осложненных и длительно не
заживающих ранах;
7. Доноры NO ускоряют заживление;
8. У мышей с генным дефектом iNOS – замедленное
заживление ран; трансфекция гена ускоряет
8
заживление.
Преимущества использования плазмохимической
генерации NO в аппарате «Плазон»
• локальная NO-терапия, возможность избежать
нежелательных общих эффектов;
• дозирование содержания молекул NO в воздействующем
газовом потоке от 0 до 2500 ppm;
• возможность манипуляции в раневых и висцеральных
полостях, в просвете полых органов путем присоединения
к эндоскопическим приборам, дренажным трубкам и
пункционным иглам;
• лечение ран, раневой патологии, воспалительных и
фиброзных процессов;
• диффузия NO через неповрежденную кожу, слизистые и
серозные оболочки, ткани глаза и т.д.;
• возможность сочетания коагуляционно-стерилизующего
9
воздействия на ткани с NO-терапией.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ:
1. Динамики уровней эндогенного и экзогенного NO в
тканях раны и органах животных (ЭПР-спектроскопия).
2. Воздействия экзогенного NO на:

раневой процесс;

клеточные культуры фибробластов;

микроциркуляцию (биомикроскопия, ЛДФ);
фагоцитарную активность раневых макрофагов и
секрецию цитокинов (in vitro и in vivo);


рост микроорганизмов (in vitro и in vivo).
10
Экспериментальное изучение воздействия
экзогенного NO на заживление ран
Экспериментальные модели:
• I группа – Ушитая линейная рана длиной 3 см (80 крыс).
• II группа – Условно-асептическая полнослойная плоскостная
рана площадью 300 мм2 (40 крыс).
• III группа – Инфицированная (золотистый стафилококк)
рана (50 крыс).
Методы исследования:
Тензиометрия
Сроки наблюдений:
4, 7, 10, 14, 21, 24, 28, 30 сутки
Планиметрия
Микробиологические
Биохимические
Гистологические, гистохимические, электронная микроскопия
ЭПР-спектроскопия
11
ЛИНЕЙНАЯ КОЖНАЯ РАНА
Прочность рубцовой ткани (сопротивление на разрыв)
Н/мм2
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
15 сек
30 сек
контрольная группа
химически синтезированый NO
45 сек
экспозиция
воздушно-плазменный NO
12
Динамика изменения площади условноасептической раны
Площадь раны, мм2
250
200
150
100
50
0
7
10
14
Контрольная группа (обдув
теплым воздухом)
18
21
24
t, сутки
Опытная группа
(обдув NO-СГП)
Индекс ускорения заживления – 24,6%
13
Динамика изменения площади
инфицированной раны.
площадь раны,
300
мм2
250
200
150
100
50
0
7
10
14
21
24
28 t, cутки
Контрольная группа (обдув теплым воздухом)
Опытная группа (обдув NO-СГП)
Индекс ускорения заживления – 31,6%
14
Воздействие NO на разные звенья
раневого процесса
Повреждение
Микроциркуляторные реакции, экссудация,
нейтрофильная реакция
Макрофагальная реакция
NO
в
о
с
п
а
л
е
н
и
е
р
е
г
е
н
е
р
а
ц
и
я
Пролиферация фибробластов, неоангиогенез,
грануляционная ткань
Биосинтез и фибриллогенез коллагена
Фиброзно-рубцовая трансформация
грануляционной ткани
Регенерация эпителия
15
Содержание комплексов NO в тканях раны
в разные сроки после воздействия NO-СГП
μМоль (10-6)
μМоль (10-6)
15
60
10
40
5
20
0
0
Контроль
0,5 мин
20 мин
DETC-FeNO
40 мин
Контроль
0,5 мин
20 мин
40 мин
Гемопротеин-FeNO
16
Опыт использования NO-терапии
в клинической практике
(более 10 000 больных)
 Послеоперационные раны (стимуляция заживления).
 Гнойные, огнестрельные и ожоговые раны.
 Хронические раны: трофические язвы, пролежни,
«диабетическая стопа», длительно незаживающие раны в
онкологии.
 Профилактика отторжения кожных лоскутов после АДП.
 Гнойная травматология и ортопедия:
остеомиелитические свищи, раны после секвестрэктомии,
открытые переломы и др.
 Гинекология: эрозии шейки матки, гнойный аднексит и др.
Пульмонология: эмпиема плевры, туберкулез.
17
Стоматология: пародонтит, гингивит, язвенный
стоматит и др.


Офтальмология: травмы и ожоги роговицы.
Дерматология: дерматиты, экзема, псориаз,
сосудистые язвы.

Оториноларингология: стенозы гортани и трахеи,
хронический тонзиллит, отит, гайморит, этмоидит и др.

Гастроэнтерология: язва желудка, свищи тонкого
кишечника и др.

18
Динамика заживления нагноившейся
ожоговой раны
До начала лечения
Через 7 суток от начала
NO-терапии (5 сеансов)
19
ДИНАМИКА ЗАЖИВЛЕНИЯ
ТРОФИЧЕСКОЙ ЯЗВЫ ГОЛЕНИ ПОД
ВЛИЯНИЕМ NO-ТЕРАПИИ
До лечения
21-е сутки
(10 сеансов
NO-терапии)
Через 2 месяца после
начала лечения
20
Обширная гнойно-некротическая язва
тыла стопы (нейро-ишемическая форма
СДС)
До начала лечения
Через 4,5 месяца консервативного лечения
(3 курса NO-терапии по 12 сеансов)
21
Динамика среднего показателя
микроциркуляции (ПМ) ЛДФ-грамм в
процессе лечения
ПМ
22
Динамика уровня pO2 в процессе
NO-терапии трофических язв
мм рт. ст.
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
3 сутки
7 сутки
контрольная группа
14 сутки
NO 300ppm
21 сутки
NO 500 ppm
23
Динамика уровня бактериальной
контаминации трофических язв
в процессе NO-терапии
lg КОЕ/см2
6
5
*
4
*
3
*
2
1
0
Исходн.
3 сут.
группа сравнения
7 сут.
14 сут.
NO 300 ppm
* - достоверность различий,
р < 0,01
21 сут.
NO 500 ppm
24
Цитограмма раневого экссудата
трофической язвы
(до начала NO-терапии)
Обильная микрофлора, деструкция лейкоцитов, отсутствие
25
макрофагов и фибробластов
Биоптат трофической язвы голени
до начала лечения
Выраженная воспалительная инфильтрация,
васкулит, признаки нарушения микроциркуляции
26
Цитограмма раневого экссудата трофической
язвы через 5 сеансов NO-терапии
Очищение ран от микрофлоры и некротического
детрита, активация фагоцитоза;
27
Биоптат трофической язвы голени через
5 сеансов NO-терапии
Активная пролиферация фибробластов и новообразование
вертикальных капилляров
28
Электроннограмма на 5-сутки от начала
NO-терапии
Активный зрелый фибробласт,
гиперплазия эндоплазматического ретикулума (GER)
и аппарата Гольджи (GA)
29
Биоптат трофической язвы на 21 сутки
от начала NO-терапии
Рубцевание и эпителизация язвенного
дефекта
30
Применение воздушно-плазменных
и NO-содержащих газовых потоков
в военно-полевой хирургии
I.
Аппарат «Гемоплаз ВП» – 1994-1997 гг. – 207 раненых.
Применяли воздушно-плазменные потоки в коагуляционностерилизующих режимах.
II. Аппарат «ПЛАЗОН®» – 1999-2003 гг. – более 3500
раненых.
Аппарат использован в режимах коагуляции,
стерилизации и NO-терапии.
31
Плазменная хирургическая обработка
ампутационной культи бедра
Сформированная культя бедра
Подведение оксида азота через
дренажные трубки
32
Эффективность новой технологии
в военно-полевой хирургии
Уменьшение сроков лечения в 1,6 раза.
Сокращение материальных затрат на
30%.
Резкое снижение числа гнойных
осложнений, а при их развитии – быстрая
ликвидация гнойного процесса.
Предотвращение инвалидизации.
33
Механизмы воздействия экзогенного NO
на раневой и воспалительный процессы:
 бактерицидное воздействие;
 индукция фагоцитоза;
 взаимодействие со свободными кислородными
радикалами, активация антиоксидантной защиты;
 нормализация микроциркуляции за счет
вазодилатации, антиагрегантных и
антикоагулянтных свойств NO;
 регуляция иммунных нарушений;
 секреция цитокинов;
 индукция пролиферации фибробластов и синтеза
коллагена;
34
 регуляция апоптоза;
°
CHUCKCHI
SEA
OSTROV
VRANGELYA
0
ZEMLYA FRANTSA
IOSSIFA
°
Y
Pevek
Anadyr'
B A R E N T S
Ukhta
Ta
Salekhard
O b'
Novosibirsk
Tomsk
Novokuznetsk
Astana
Zhezqazghan
Qaraghandy
An
a
Chita
Ulan-Ude
Irkutsk
S E A
Son
Kyzyl
OF
Semey
Vladivostok
Ulaanbaatar rlen
e
O
N
G
O
L
I
A
P'ongyang
Soul
I li
Beijing
9
REP. OF
KOREA
Huang
Nar yn
C
H
I
N
A
Y ELL OW
SEA
0
0
80
°
Tokyo
D.P.R.
OF KOREA
Almaty
Jammu
and
Kashmir
40
JAPAN
H
M
Bishkek
°
n
Al
Khabarovsk
Blagoveshchensk
Abakan
Barnaul
K A Z A K H S T A N
16
0
O le
n ek
Bratsk
Krasnoyarsk
Kemerovo
A
l
bo
a
a
)
(Ural
Zha
yy
q
Aqtau
Omsk
YuzhnoSakhalinsk
Vanino
A N
6
Aqtöbe
Aturau
im
Ish
Komsomol'skna-Amure
Skovorodino
P
Yerevan
h
ac
Tbilisi Makh
Qostanay
is
Er t
T URKE Y
Orsk
A ng ar a
A
5
Chelyabinsk
Vit im
ka
J
°
Oral
Magnitogorsk
Orenburg
a y a Tungus
i
Uss ur
40
Ankara
ka
la
SEA
Rostovna-Donu Volgograd
Krasnodar Elista
Stavropol'
Astrakhan'
Nal'chik
nn
K et '
ey
nis
Ye
Sevastopol'
BLACK
Mirnyy
Podka
Vakh
sh
n
SEA OF
AZOV
K
a
Nizhnevartovsk
usk
ny ay a Tung a
kma
sa
Nizh
k
OF
OKHOTSK
Ole
Donets'k
Vilyuy
me
Dni pro
e
Od
Yakutsk
Turukhansk
Tura
Kirov
Surgut
Kazan'
Serov
Izhevsk Perm'
Saransk
Voronezh
Ka m
o
Penza
T
Nab. Chelny
Yekaterinburg
Saratov
Tyumen'
Tobol'sk
Ufa
D
Samara
Ir t
V
o
g
l
o
y
Lipetsk O
Kursk
S E A
Igarka
da
Nizhniy
Novgorod
PetropavlovskKamchatskiy
mur
Syktyvkar
Magadan
Noril'sk
Dudinka
Pu r
Dn
y
a
ro
MA
N IA
UKRAINE
Kotlas
Vorkuta
na
Ryazan'
Orel
Chisinau
P e c hora
Khatanga
ta
he
Le
Bryansk
Kyiv
Nar'yan Mar
z
V o lg Yaroslavl'
Moscow(Moskva)
ap
a
T E SEA
Arkhangel'sk
Vologda
BELARUS Smolensk Tver'
Kol y m a
Tiksi
Dickson
Yenis ey
°
Cherepovets
A
tuy
Ko
20
Pskov
Novgorod
R
Pyasi
na
St. Petersburg
Petrozavodsk
Minsk
L'viv
RO
K
HI
ina
Sev. D v
3 Riga
Vilnius
A
atka
m ch
Ka
2
R.F.
Warsaw
4
NO
V
W
A
Y
Ind
SEA
Am
ur
D
N
Helsinki
Tallinn
1
A
Omol
on
POLAND
LTIC S
EA
Murmansk
A
A
S E
Ya n
BA
rad
ng
Ka
lin
i
L
N
F I
ML YA
ZE
rka
igi
Stockholm
Copenhagen
LAPTEV
SEA
ua
E N
E D
W
S
Ob
DENMARK
r'
dy
Cherskiy
gh
Oslo
NOVOSIBIRSKIYE
OSTROVA
SEVERNAYA
ZEMLYA
Le
na
A
W
R
O
°
E A S T
SIBERIAN
SEA
N
(U.S.A.)
A
E
O C
I C
St. Lawrence I.
60
T
°
S E
A
R
°
C
N O R W E G I A NS E A
0
14
°
100
°
°
180
60
D
B E R I N G
B AR
A
60
S
AL
N
°
V
80
20
80
RUSSIAN FEDERATION
°
География применения аппарата «ПЛАЗОН®»
°
100
400
200
PACIFIC
800
400

1200
600
CHINA
SEA
35
800
1600
OCEAN
km
1000 mi
°
Аппарат «ПЛАЗОН®»
NO-содержащие газовые потоки
36