/
Author: Афиногенов Г.Е. Панарин Е.Ф.
Tags: лекарственные средства в соответствии с их активным веществом промышленность высокомолекулярных веществ резиновая промышленность промышленность пластмасс фармакология фармация токсикология медицина микробиология полимеры лекарственные средства
ISBN: 5-8232-0116-8
Year: 1993
Text
Г.Е.АФИНОГЕНОВ
Е.Ф. ПАНАРИН
АНТИМИКРОБНЫЕ
ПОЛИМЕРЫ
Издательство ,ГИППОКРАТ"
Санкт-Петербург
ББК 52.81
А94
УДК 615.281:678
Рецензент: Н. П. Блинов, д-р мед. наук, проф., зав. кафедрой
микробиологии ЛХФИ.
Афиногенов Г. Е., Панарин Е. Ф.
А94 Антимикробные полимеры. — СПб: Гиппократ, 1993.—
264 с.: ил, —ISBN 5—8232—0116—8
В книге изложены вопросы создания и применения эффективных
антимикробных препаратов иа основе полимеров. Представлены данные
о полимерах с собственной антимикробной активностью, о свойствах
антибиотиков и антисептиков, модифицированных полимерами. Рас-
смотрены клинические аспекты нх применения.
Для химиков, фармакологов, хирургов, травматологов.
4107030000-009 кв ,, ,993 ББК 52.81
А 036(01)—93 КБ 7 1 I99d
ISBN 5—8232—6116—8 „ 100Ч г
’iV-C , (6) Г. Е. Афиногенов, Е. Ф. Панарии, 1993 г.
ВВЕДЕНИЕ
Полимеры природного происхождения уже давно использу-
ются в практической медицине в качестве лекарственных
средств. Препараты ферментов: трипсина, рибонуклеазы, терри-
литина, аспарагиназы, стрептокиназы, амилазы и др.— приме-
няются для лечения некоторых опухолей, атеросклероза, тромбо-
флебита, ран, ожогов и т. п.
Гормоны — инсулин, вазопрессин, окситоцин и др.— исполь-
зуются при нарушениях гормональной системы организма. Ши-
роко применяются белковые препараты крови — у-глобулин,
альбумин. Наряду с полимерами природного происхождения,
в медицинской практике используются и синтетические поли-
меры, такие как поливинилпирролидон, поливиниловый спирт,
полиэтиленоксид, биосинтетические — декстран и модифициро-
ванный крахмал, составляющие основу плазмозаменяющих и
детоксицирующих растворов и препаратов. В настоящее время
получено большое число разнообразных полимеров для реше-
ния различных задач в медицине, биологии, биохимии и фарма-
ции. Исследования по разработке новых лекарственных препа-
ратов на основе полимеров активно развиваются в СССР, США,
Японии, ФРГ и других странах. Результаты этих исследований
суммированы в ряде исчерпывающих монографий и обзоров
[Ушаков С. Н., 1962; Развадовский Е. Ф., 1976; Вирник А. Д.,
1977; Платэ Н. А., Васильев А. Е., 1980, 1982, 1986; Коресек J.,
1977; Batz H-G., 1977]. В них освещены вопросы синтеза и при-
менение физиологических активных полимеров с различными ви-
дами биологической активности. Вместе с тем в этих работах
мало внимания уделено вопросам синтеза и медицинского при-
менения полимеров с антибактериальными свойствами.
Антимикробные лекарственные средства являются наиболее
широко применяемыми в медицине, и существует острая необ-
ходимость в улучшении их свойств — это касается антибиоти-
ков, сульфаниламидов, антисептиков. При этом решаются во-
просы снижения токсичности, увеличения длительности действия
и обеспечения целевого транспорта таких веществ. Чрезвычайно
важной является проблема лекарственной устойчивости микро-
организмов к широко применяемым антибиотикам, сульфани-
ламидам и другим антибактериальным средствам. Для решения
этой проблемы разработка новых подходов путем использова-
ния специфических свойств макромолекул открывает определен-
ные интересные перспективы.
3
ГЛАВА 1
ПРИРОДНЫЕ И СИНТЕТИЧЕСКИЕ ПОЛИМЕРЫ
С АНТИМИКРОБНОМ АКТИВНОСТЬЮ
1.1. АНТИМИКРОБНЫЕ СВОЙСТВА БЕЛКОВ
И ПЕПТИДОВ
Биологические свойства поликатионов и полианионов разно-
образны. Основные пептиды ингибируют или активируют ряд
ферментных систем, вызывают агглютинацию клеток, оказы-
вают антибактериальное действие. Общим для этих веществ яв-
ляется наличие в их структуре большого числа основных кис-
лот— лизина, аргинина, орнитина и диаминомасляной кислоты.
Секретируемые бактериальными клетками бактериоцины [Го-
ряев П. П,, 1970; Yelman N., 1975], представляющие собой
белки с относительной молекулярной массой 30 000—100 000, по
своей сути являются антибиотиками для некоторых штаммов.
Как показали исследования, проведенные с меченными тритием
и 14С соединениями, бактериоцины не проникают в клетку. По-
лагают [Yilman N., 1970], что, связываясь с мембраной клетки,
они активируют литические ферменты, локализованные на внут-
ренней стороне мембраны, что приводит к гибели клетки. Силь-
ное литическое и антимикробное действия проявляют мембрано-
активные полипептиды, катионные пептиды, выделенные из яда
пчелы и кобры [Condrea Е., 1974]. Мишенью их в клетке явля-
ется цитоплазматическая мембрана. Эти пептиды имеют относи-
тельную молекулярную массу 6000—7000, обладают высокой
стабильностью при кислом pH. Они характеризуются высоким
содержанием лизиновых остатков.
Литическая активность этих пептидов связана с высокой
плотностью положительного заряда на молекуле и высоким со-
держанием неполярных аминокислот.
Подобные свойства проявляют протамин, спермин, лизоцим
и основные гистоны [Ждан-Пушкина С. М., 1975].
М. Vaara и Т. Vaara (1983) изучили воздействие различных
поликатионов на сальмонеллы. Клетки обрабатывали в течение
10 мин при 37 °C. Среди поликатионов лишь полимиксин был
бактерициден для культуры бактерий, а его производное, лишен-
ное концевой жирной кислоты — нонапептид, не обладало анти-
микробной активностью. Он повышал проницаемость наружной
мембраны клеток для гидрофобных соединений — фузидиевой
кислоты и ai/гиномицина D, сенсибилизировал бактерии к дей-
ствию комплемента сыворотки крови. Протамин подобным свой-
ством не обладал. В то же время в отличие от нонапептида
4
протамин повышал чувствительность клеток к анионному соеди-
нению— додецилсульфату (ДДС)—и вызывал высвобождение
липополисахаридов из наружной мембраны. Ни один полика-
тион, кроме полимиксина в высоких концентрациях, не вызывал
выхода 0-лактамаз из периплазматического пространства
клетки в среду. Нонапептид отличался от полимиксина отсут-
ствием сенсибилизирующего действия в отношении ДДС натрия.
С помощью электронной микроскопии авторы также выявили
различия в действии поликатионов. Нонапептид вызывал появ-
ление на поверхности клеток длинных палочковидных отрост-
ков, а поотамин — лишь шероховатость наружной мембраны.
Таким образом, механизм действия поликатионов на бактери-
альные клетки зависит от их структуры.
J. Ginsburg и соавт. (1982) исследовали способность различ-
ных полиэлектролитов тормозить связывание человеческого IgG
с Fc-рецепторами стрептококков группы А. Показано, что из
катионных полиэлектролитов заметной ингибирующей актив-
ностью обладали протамин и богатый аргинином гистон, в то
время как богатый лизином гистон, канавалин А, лизоцим, поли-
миксин В, рибонуклеаза таковой активностью не обладали, та-
ким образом, некоторые полиэлектролиты могут быть эффектив-
ными антиадгезантами.
Полипептидные антибиотики. Особый класс полимеров, об-
ладающих высокой антимикробной активностью, составляют не-
которые природные пептиды и их синтетические аналоги, имею-
щие линейную или циклическую структуру и относительно не-
большую молекулярную массу. Это прежде всего пептидные ан-
тибиотики группы грамицидина, тиропидина, аламетицина и
полимиксина. Другую группу составляют циклические депси-
пептиды — атипичные пептиды, молекулы которых построены из
остатков амино- и оксикислот, соединенных между собой слож-
ноэфирными и амидными связями.
К депсипепсидам относятся антибиотики группы валиноми-
цина, мономицина и энниатина.
Грамицидины—представляют собой группу близких по
строению линейных этанодамидов Формилпентадекапептидов,
построенных из остатков гидрофобных аминокислот и отличаю-
щихся природой одного (одиннадцатого) аминокислотного
остатка [Овчинников Ю. А., 1974]. N-Концевая аминокислота
грамицидина формилирована, а С-концева.ч аминокислота бло-
кирована моноэтаноламином. В свою очередь, каждый из гра-
мицидинов А, В и С представляет собой смесь валин-грамици-
динов (80—95 %) и изолейцин-грамипидинов (5—20%), у ко-
торых соответственно N-концевой аминокислотой является ва-
лин или изолейцин. Основным компонентом коммерческого гра-
мицидина является грамицидин А, содержание которого дости-
гает 70—85 % в препарате, а также присутствуют грамицидин В
(5—10 %) и грамицидинС (7—20%).
5
Антимикробный спектр
грамицидина
Микроорганизм МП К, мкг!мл
S. aureus 1—10
Str. pyogenes 2
Bacillus subtilis >500
Sarcina lutea 10
E. coli >500
Shigella dysenteriae >500
Грамицидины А и В — бесцветные кристаллические вещества
(Тпл соответственно 228 °C и 259 °C после перекристаллизации
из ацетона). Они растворяются в уксусной кислоте, низших
спиртах,, пиридине, очень плохо растворяются в воде. Специфи-
ческой особенностью этих линейных природных пептидов явля-
ется чередование D—L конфигураций аминокислотных остат-
ков, входящих в их состав. Благодаря такому строению моле-
кула принимает форму открытой спиральной структуры, ста-
билизированной водородными связями, направленными почти
параллельно оси цилиндра. Внутренняя поверхность спирали
выстлана полярными группами, в центре находится канал диа-
метром 0,4 нм. Алифатические боковые цепи аминокислот, фор-
мирующие липофильную оболочку грамицидина, образуют ка-
налы через цитоплазматическую мембрану для ионов Na+ и К+.
Таким образом, грамицидин А является скорее канал- или по-
рообразующим антибиотиком, чем ионоформным, подобно вали-
номицину, поскольку оба антибиотика вызывают выход ионов
К+. Однако их биологическое действие на бактериальные
клетки одинаково. Грамицидины склонны к образованию устой-
чивых димеров и тримеров с относительной молекулярной мас-
сой 2000—3000.
Грамицидин весьма токсичен — индуцирует гемолиз. В связи
с этим предпринимались попытки улучшить его фармакологи-
ческие свойства путем модификации [Шемякин М. М. и др.,
1961; Овчинников Ю. А. и др., 1974]. Однако они не дали суще-
ственных результатов, хотя в ряде случаев удалось снизить ток-
сичность антибиотика и повысить его растворимость в воде.
Так, при ацилировании дезформилграмицидина получили [Sar-
ges R., Witkop В., 1965] серию О, N-диацетилдезформилграми-
цидинов, обладающих антимикробной активностью. Из этого
следует, что присутствие формильной группы и свободной окси-
группы не является необходимым для проявления грамициди-
нами А, В и С антимикробной активности. Укорочение длины
цепи грамицидина до 13 аминокислот не дает исчезновения
антимикробной активности, но дальнейшее уменьшение длины
цепочки приводит к полной потере активности '[Овчинни-
ков Ю. А. и, др., 1974]. Осуществлен также синтез фрагментов
пептидной цепи грамицидина А — тетра-, гекса-, окта- и дека-
пептидов и их некоторых производных, включающих остатки
6
лейцина и триптофана [Rambhav S., Ramachandran L., 1976].
Эти пептиды обладали антибактериальной активностью, но не
оказывали гемолитического действия. Ацилирование их выс-
шими жирными кислотами приводило к усилению подавляю-
щего действия в отношении S. faecalis на 35—55 %.
Выраженные антимикробные свойства проявляют основные
циклические декапептиды из группы тироцидина и грамици-
дина S.
Тироцидин и грамицидин S оказывают бактерицидное
действие главным образом в отношении грамположительных
микроорганизмов. Оба препарата характеризуются достаточно
высокой токсичностью. При парентеральном введении мышам
ЛД50 составляет 50 мг/кг. Из-за гемолитического действия эти
антибиотики в медицинской практике применяют лишь для мест-
ной терапии при лечении поверхностных нагноений, инфициро-
ванных ран, язвенных поражений кожи и т. п. Тироцидины отли-
чаются друг от друга аминокислотным составом. Так, тироци-
дин В вместо L-фенилаланина имеет L-триптофан [Герольд М.,
1966].
Модификация этих полипептидов путем ацетилирования
аминогрупп орнитина приводит к потере антимикробной актив-
ности. У грамицидина антибактериальная активность во многом
определяется циклической структурой. Модификация ее путем
замены остатков орнитина на остатки аргинина и лизина обес-
печивает сохранение активности. Она исчезает при замене ос-
новных аминокислот или блокировки аминогрупп. Соединение,
в котором L-пролин полностью заменен L-глицином, сохраняет
антибактериальную активность. Более того, замена одного
остатка L-пролина на остаток 6-аминопептановой кислоты не
приводит к утрате активности. Линейные полипептиды, имею-
щие ту же аминокислотную последовательность, что и грамици-
дин S, оказывают лишь слабое антибактериальное действие.
Блокада аминогрупп в диацетильном производном приводит
к падению антимикробной активности. МПК увеличивается
в 10 раз [Капрельянц А. С. и др., 1977].
Полимиксины. Другую группу циклических полипепти-
дов, проявляющих высокие антимикробные свойства, образуют
полимиксины. К этой же группе относятся близкие по строению
циркулины, колистины. В отличие от других циклических дека-
пептидов эти антибиотики содержат в своей структуре а, у-диами-
номасляную кислоту, треонин, а также остатки высших жирных
кислот — 6-метилоктановой, 6-метилгептановой или н-октановой.
Они имеют сравнительно небольшую относительную молекуляр-
ную массу (~ 1200).
В отличие от других циклических декапептидов полимиксины
характеризуются активностью только против грамотрицатель-
ных бактерий.
Наибольший размер цикла среди циклических пептидов, об-
7
ладающих антимикробной активностью, имеет аламетицин. Он
представляет собой октадекапептид с высоким содержанием не-
обычной аминокислоты — а-аминоизомасляной кислоты [Овчин-
ников Ю. А. и др., 1971]. Относительная молекулярная масса
антибиотика 1691. Однако в водных растворах наблюдается
сильная ассоциация молекул аламетицила и относительная эф-
фективная молекулярная масса достигает 27000. Антимикроб-
ная активность аламетицина низка, он обладает активностью
в отношении грамположительных бактерий, но не действует на
грамотрицательные.
Антимикробный спектр полимиксинов
Антимикробны* спектр аламетицина
Микроорганизмы
МПК, мкг!мл
Е. coli 0,1—3
Enterobacter aerogenes 0,4—4
Ps. aeruginosa 0,1—1
Klebsiella pneumoniae 0,2—3
Salmonella typhi 0,3—2
Proteus >1000
M икроорганизмы
S. aureus
Str. faecalis
Str. viridaus
E. coli
Pr. vulgaris
Ps. aeruginosa
Salmonella typhi
МПК, мкг/мл
60-125
30
30
>1000
>1000
>1000
>1000
Валиномицин и энниатины представляют собой циклические
депсипептиды.
Валиномицин построен из трех идентичных тетрадепсипеп-
тидных фрагментов. Для него характерно чередование амино- и
оксикислотных остатков. Окончательно структура валиномицина
была доказана полным синтезом антибиотика, выполненным
Шемякиным [Шемякин М. М.. и др., 1966]. Циклические депси-
пептиды обладают широким спектром антимикробного действия
против как грамположительных, так и грамотрицательных бак-
терий. Однако их антибактериальное действие зависит от ка-
тионного состава среды (табл. 1).
Таблица 1
Антимикробные спектры валиномицина и эиниатина
Микроорганизмы МПК. мкг/мл
Валиномицин Энниатин
S. aureus 209Р >50 9
S. aureuS UV-3 0,2—0,4 1,5
Bacillus micoides >50 4,5
E. coli >50 >100
Mycobacterium phlei 0,3 1,5—2,5
Candida albicans 0,2—0,4 9,0
Эти антибиотики используются главным образом 'как инстру-
менты для изучения ионной проницаемости различных биологи-
ческих и искусственных мембран благодаря их способности об-
легчать перенос через мембраны неорганических катионов пу-
8
тем образования гидрофобных комплексов. Синтезировано
много структурных аналогов этих антибиотиков, отличающихся
аминокислотным составом и последовательностью аминокислот
[Овчинников Ю. А. и др., 19741. Однако все они не превосходят
по своей активности природные.
1.2. СИНТЕТИЧЕСКИЕ ПОЛИМЕРЫ С АНТИМИКРОБНОЙ
АКТИВНОСТЬЮ
1.2.1. ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ КАТИОННЫЕ ПОЛИПЕПТИДЫ
Синтетические полимеры, содержащие в своей структуре
основные аминокислоты, такие как лизин, орнитин и аргинин,
оказались потенциальными антимикробными агентами. Такие
полимеры и сополимеры получали полимеризацией N-карбокси-
ангидридов. Они имели случайное (статистическое) распределе-
ние аминокислот по цепи макромолекулы [Bichowsky-Slomniski,
1959].
Наибольшую активность при этом (табл. 2) показали сопо-
лимеры, содержащие лизин и орнитин. Они подавляли рост
Е. coli, Staphylococcus pyogenes при концентрации 2,5—
15 мкг/мл, вызывали быстрое выделение неорганического фос-
фата из микроорганизмов, имели ЛД50 при внутрибрюшинном
введении от 75 до 125 мг/кг. При этом выяснилось, что штаммы,
устойчивые к грамицидину S, показали устойчивость к лей-
цин-орнитиновому сополимеру, т. е. обнаружилась перекрестная
устойчивость. Полиаланин, не содержащий аминогруппы, про-
являет очень низкую антимикробную активность. Исходные
аминокислоты (мономеры), из которых построены полипептиды,
также не проявляют антимикробного действия. Таким образом,
активность катионных полипептидов обусловлена их макромо-
лекулярной природой. Для того, чтобы выяснить, влияет ли на
антимикробную активность последовательность аминокислотных
остатков, а также природа основной аминокислоты, были син-
тезированы высокомолекулярные сополимеры с беспорядочным
и последовательным распределением аминокислотных остатков
по цепи [Fridkin М., 1969]. Среди них поли-(Е-Ееп-Е-Огп-Е-Ееи),
аминокислотные остатки которого повторяются в указанной по-
следовательности, а также сополимер поли-(Е-Огп-Е-Ееи) со-
става 1:1 со случайным распределением аминокислотных ос-
татков по цепи. Первый был получен путем полимеризации ука-
занного трипептида. Путем гуанизации последнего был синте-
зирован полимер, содержащий вместо орнитина остатки другой
основной аминокислоты — аргинина. Сопоставление активности
этих полимеров против S. aureus не выявило какого-либо суще-
ственного влияния характера распределения аминокислотных
остатков по цепи, а также величины молекулярной массы на
активность. Орнитин- и аргининсодержащие полимеры обла-
9
Таблица 2
Влияние химического строения сополимеров аминокислот
на антимикробную активность
Строение повторяющегося фрагмента полипептида Число амино- кислот в мо- лекуле Е. мпк, coll мкг/мл Mier. pyogenes
(I.eu-L-Orn-Phe-Pro-Val)e (Leu-Orn-Phe-Sarc-Valls (Leu-Orn-Phe-Val)5 (Ala-Ala-Ala-Leu-Orn)s (Ala-Ala-Leu-Leu-Orn), (Ala-Ala-Ala-Ala-Orn) 4 (Leu-Orn)i2 Поли орнитин Поли-(О-, L-аланин) Антимикробные свойства (тест-микро 30 25 20 25 20 20 24 73 35 сополимеров б S. aureus) 2,5—5,0 5—10 2,5—5,0 2,5—50 2,5—5 20—25 0,3—0,5 1,5—2,5 150 Таблиц аминокислот 2,5—5,0 5—10 2,5—5,0 5—10 10—15 10—15 2,5—5 1,5—25 150 а 3
Строение повторяющегося фрагмента полипептида Относитель- ная молеку- лярная масса полимера МПК, мкг/мл
Leu-Orn Leu-Orn-Leu Leu-Orn-Leu Leu-Arg-Leu Leu-Orn-Leu 6CF3CO 100 000 4000 10 000 4000 2700 5—10 5—10 5—10 5—10 Неактивен
дали одинаковой активностью (табл. 3). Другие полипептиды —
полиаланин, полипролин и сополимеры лейцина с аланином—
не обладали активностью.
Полипептид с блокированной трифторуксусной кислотой
аминогруппой поли- (Ь-лейцил-5-трифторацетил-Ь-орнитил-лей-
цин) не проявлял заметной антимикробной активности. Наибо-
лее детально изучено действие основных белков и полипептидов
в отношении эритроцитов [Nevo A. et al., 1955; Katchalsky A. et
al., 1959], чтобы выяснить взаимодействие положительно заря-
женной макромолекулы с отрицательно заряженной клеточной
поверхностью. Исследования были выполнены с использованием
гидробромида поли-П-Ь-лизина.
Эксперименты показали, что низкие концентрации полили-
зина вызывают агглютинацию эритроцитов и заметно умень-
шают их электрофоретическую подвижность. Этими свойствами
не обладают нейтральные полимеры и поликислоты, а также
мономеры — будь то кислота или основание. Данные по измене-
10
Рис. 1. Влияние молекуляр-
ной массы полилизииа на
критический потенциал эри-
троцитов (1) и на количе-
ство полилизииа, связанного
одним эритроцитом при кри-
тической точке агглютина-
ции (2) [Katchalsky А„
1959].
Степень полимеризации
нию электрофоретической подвижности эритроцитов при взаи-
модействии с полилизином были подтверждены более поздними
исследованиями, выполненными на модельных системах — леци-
тиновых липосомах [Ikeda Т. et al., 1985]. При изучении их
взаимодействия с поли(гексаметиленбигуанидил) гидрохлоридом
установлено, что добавление катионного полимера к липосомам
приводит к изменению отрицательного значения подвижности
на положительное значение вследствие изменения заряда по-
верхности липосом.
Известно, что дисперсная система становится нестабильной
и агглютинирует, когда абсолютное значение электростатиче-
ского потенциала становится меньше, чем некоторый критиче-
ский потенциал. Подобным образом для эритроцитов в присут-
ствии (основных полиэлектролитов) полилизина найдено, что
имеется определенный критический потенциал, при котором
происходит их агглютинация. Этот потенциал не зависит от
числа клеток в 1 мл. Критический потенциал и критическая
концентрация полимера, вызывающая агглютинацию клеток, за-
висят от природы полимера и его молекулярной массы. Влия-
ние молекулярной массы полилизина на критический потен-
циал и количество адсорбированного полимера в критической
точке агглютинации оказывается определяющим. Оба эффекта
возрастают с ростом молекулярной массы полимеров, достигая
максимального значения при относительной молекулярной
массе 4600. Можно полагать, что только при достижении ли-
нейными полимерами относительной молекулярной массы 4000—
5000 начинает проявляться полимерный эффект, обусловленный
макромолекулярной природой и обеспечивающий кооператив-
ное (многоточечное) взаимодействие с клеткой. С увеличением
относительной молекулярной массы полилизина с 2000 до 25 600
(рис. 1) количество связанного с клеткой полимера в точке
агглютинации уменьшается в 5 раз (с 0,65Х 10~7 мгк/кл до
0,13ХЮ~7 мгк/кл). Таким образом, для катионных полипепти-
11
дов существует определенное пороговое значение длины макро-
молекулы, за пределами которой дальнейшее увеличение раз-
меров макромолекулы не приводит к усилению агглютинирую-
щего, литического и антимикробного действия.
1.2.2. КАТИОННЫЕ ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТЫ
Помимо катионных полипептидов, антимикробные свойства
обнаружены также у синтетических макромолекул, несущих на
себе положительный заряд,— так называемых катионных поли-
электролитов, или катионных полимеров [Панарин Е. Ф., 1971].
Это главным образом азотсодержащие полимеры, которые по
своему химическому строению могут быть разделены на 2 типа
в зависимости от положения атома азота в полимерной цепи:
катионные полимеры с атомом азота в основной цепи и катион-
ные полимеры с атомом азота в боковой цепи. К полимерам
первого типа относятся нонены, полиэтиленимин и его аналоги,
полиамидоамины. Кр второму типу относятся поливиниламин,
поливинилпиридин и их производные, полиаминоакрилаты, по-
лимеры аллиламина и диаллилдиалкиламмониевых солей, по-
ливинилбензиламин и- др.
Наличие в основной или боковой цепи этих полимеров пер-
вичных, вторичных или третичных аминогрупп открывает боль-
шие возможности широкой модификации и получения на их
основе новых катионных полимеров с широкой вариацией строе-
ния заместителей у атома азота, распределения групп по цепи
макромюлекулы и т. п.
Строение наиболее широко распространенных и изученных
катионных полимеров представлено ниже.
Основные типы катионных полиэлектролито»
Структура основного
повторяющегося звена
полимера
R R
\г~-J
-СН2-СН2-Н ы+
X
R R
/+• h
-N-(СН_) ,,-N-
I 3 г I
, R X R X
J n
(-CH2-CH2-NH-]
-CHO-CH_-N-
1 CH2-WI2
Название
Ионена
Полиэтилен^!-,
линейный
Полиэтиленимин
РПЗВ'.'ТГЛ' 'ПШЙ
12
Полиаи/.диомины
C-N N -C-CHO-CH,5 -N-
|| v-z )| 2 2 ,
0 0 '33
’-СН2-С(СН3)-
I0' +/. .
0СН2СИ2-N^R2 X
«3
—(СНО)NH-C-NH-C-NH-
26 В II
NH NH .
Поливинидамив
По ли ди я/и ги. I ци а лкил-
аммониевыс
соли
Четвертичные
аммониевые соли
полиаминиакрилатоь
(метакрилатоь)
Соли поливинил-
алкилпиридиния
Четвертичные
аммониевые соли
поли-4-винил-
Оензилдиалкил-
аламина
Поливиниловые
производны?
4-пиперидола
Полигеиса-
.метилен-
бигуанидин
Эти полимеры хорошо растворяются в воде в любых соот-
ношениях. В водных растворах они подавляют рост многих бак-
терий и грибов при концентрации 0,1 — 1 %. Их антимикробная
активность определяется прежде всего наличием на макромоле-
куле значительного положительного заряда, обеспечивающего
взаимодействие с клеткой. Вместе с тем уровень активности
этих полимеров существенно зависит от ряда структурных фак-
торов— природы основной цепи и строения алкильных замести-
телей у атома азота, а также величины заряда цепи, числа ионо-
генных групп в макромолекуле.
Е. Ф. Панариным и соавт. исследовано влияние основных
структурных факторов катионных полиэлектролитов на уровень
их антимикробной активности [Панарин Е. Ф., 1971, 1977; Со-
13
мпк
Рис. 2. Влияние содержания ионоген-
ных групп в катионных полиэлектро-
литах на антимикробную активность
в отношении S. aureus 209Р для со-
полимера винилпирролидона с Вг-,
С1-, I-этилатами диэтиламиноэтил-
метакрилата (1) и для сополимеров
винилпирролидона с виниламином (2).
ловский М.. В., 1974; Заикина Н. А., 1977; Panarin Е., 1985].
Для этого были специально синтезированы водорастворимые со-
полимеры винилпирролидона с виниламином и хлор-, бром- и
йодэтилатом диэтиламиноэтилметакрилата с различным содер-
жанием ионогенных групп в цепи макромолекулы (от одной
группы на 20 звеньев полимерной цепи до одной группы в каж-
дом звене). Все исследованные полимеры оказались активными
в отношении стафилококка.
Было показано, что антимикробная активность катионных
полиэлектролитов определяется величиной заряда макромоле-
кулы и растет с увеличением числа положительно заряженных
групп на полимерной цепи (рис. 2).
При этом была установлена линейная зависимость лога-
рифма М.ПК от числа ионогенных групп в макромолекулах. На
уровень антимикробной активности этих полиэлектролитов не
Таблица 4
Влияние молекулярной массы на антимикробную активность катионных
полиэле к тролит ов
Строение Содержание ионогенных групп, %, н Молеку- лярная масса £ф ДЛ/Г МПК, МКГ/МЛ, S.aureus 209Р
Г-о^-ог- - -сн9-сн- ' 23,5 0,96 300
1 КН2 24,7 0,89 300
п 24,4 0,78 300
т 25,2 0,50 300
— ... -
- '-оц-с'сн. 18,8 1,1Е 300
Л 1 COOCt „сн„ы(с„нк)„ 1“ 18,0 0,97 300
\ /с=0 18,8 0,84 300
\ f я л 18,4 0,73 300
Примечание, tip - характеристическая вязкость - определена s 0,5 М
растворе калия хлорида.
14
влияла природа противоиона. Хлориды, йодиды и бромиды
имели одинаковый уровень активности. Зависимость антимик-
робных свойств исследованных полиэлектролитов от содержа-
ния ионогенных групп в макромолекуле свидетельствует об оп-
ределяющем вкладе электростатического взаимодействия при
связывании гибкоцепной макромолекулы с клеткой.
При исследовании антимикробных свойств полиэлектролитов
в зависимости от молекулярной массы были определены зна-
чение МПК отдельных фракций специально расфракциониро-
ванных сополимеров винилпирролидона с виниламином и винил-
пирролидона с йодидом метакрилоилоксиэтилтриэтил аммония
(относительная молекулярная масса варьировала от 80 000 до
300 000). Было показано (табл. 4), что молекулярная масса не
влияет на уровень антимикробной активности.
На уровень активности этих полимеров не влиял также
характер распределения ионогенных групп вдоль основной цепи
макромолекулы, что было продемонстрировано при сопоставле-
нии активности двух специально синтезированных полимеров.
Тем самым оказалось, как и в случае катионных полипептидов-
сополимеров L-орнитина и L-лейцина [Bichowsky-Slomnisli L.,
1956], что распределение зарядов по цепи карбо- и гетероцеп-
ного полиэлектролита не играет существенной роли при взаи-
модействии с клеткой.
Гораздо большие различия в активности катионных поли-
электролитов были выявлены при варьировании структуры
основного звена полимера.
Антимикробное свойство карбоценных катионных полиэлектролнтов
различного строения (тест-микроб S. aureus 209Р)
Строение основного звена МПК.
мкг/мл
—сн2—сн—
I
NH2-HC1
250
1000
—СН2—СН—
N—СНз
/
СНз CHaSOT
Г—СН2—С(СНз) —
I
с=о +
I . CH2N (СНз) 2С6Н5СН2С1-
о—сн z +
\CH2N(CH3)2C6H5CH2C1- In
15
Продолжение
“—СН2—C(CHS)—
I
c=o
O—CH2CH2N (СНз) 3CH3SO7_n
CH2—C(CHS) —
I
c=o
I ' +
O-CH2CH2N(C2li5)3I-
--CH2-C(CH3)-
I +
O—CH2CH2N (CH3) 2C6H6CH2C1-
500
125
500
Увеличение плотности заряда макромолекулы путем введе-
ния в одно звено двух аммониевых групп, а также введение гид-
рофобного бензильного радикала приводит к получению актив-
ных полимеров.
Японскими исследователями была синтезирована и изучена
серия поликатионов — политриалкилвинилбензиламмонийхлори-
дов и поли-М-бензил-4-винилпиридиний бромидов, представ-
ляющих собой полимерные аналоги широко известных антисеп-
тиков цетилпиридиний хлорида, катамина—АБ или бензалко-
нийхлорида [Ikeda Т., 1983; Kawabata N., 1988]. Эти полимеры
показали высокую активность против грамположительных бак-
терий и грибов (табл. 5). В ряду этих катионных полиэлектро-
литов также наблюдалась большая активность полимеров по
сравнению с исходными мономерами, что, безусловно, связано
с высокой локальной плотностью заряда, характеризующей по-
лиэлектролит, и гидрофобной природой основной цепи.
Бактерицидные свойства проявляют водорастворимые гомо-
и сополимеры, полученные из различных четвертичных диал-
лиламмониевых солей, в частности их сополимеры с акрилами-
дом [Hoover М.., 1970], а также кватернизованные соли акрило-
нитрила и винилхлорацетата [Кушков Б. П., 1968]. Активными
против стафилококков и Е. coli оказались ионены [Rem-
baum А., 1970]. Они подавляли рост этих культур в концентра-
ции 5 мг/мл. При этом уровень активности зависел от струк-
туры ионена. Так, наибольшую активность показали бромид 3,3,
ионена (х = у = 3) и 6,10 ионена (х = 3, у=10), тогда как
6,6 ионен (х = у = 6) был вдвое менее активен.
СН., Вг С1Ц Вг
|.Л >
-N -(СН„)----N - >СИ2)
I 2 х I У
сн3 сн3
16
Таблица 5
Антимикробная активность хлоридов
(поли-[алкнлднметил(вннил-бензил)аммоння]
Строение основного звена полимера
Тест-культуры МПК,
мкг/мл
- —СИ—сн2—
66 66 1000 1000
300
661992
Мономер
" —сн—сн2—
/•\
Мономер
(СНз)2...С1-
СН(СНз)2
(СНз) 2... С1
СН2СН2СНз
1000
66
1000
1000
100
1000
1000 1000
660 1000
1000 1000
1000
300
1000
Установлена [Hall et al., 1983] антимикробная активность
полимера на основе n-метоксифенэтилметиламина в отношении
бактерий, грибов и простейших. Авторы показали, что в кон-
центрации 50—100 мкг/мл он не вызывал гибели всех клеток.
Так, при экспозиции бактерий с ним в течение 30 мин наблю-
дали снижение количества клеток в 3—20 раз. Предполагают,
что первичное действие этого полимера направлено на мем-
браны бактериальных клеток.
Широким спектром антимикробного действия обладают
также полимерные производные бигуанидинов, например, поли-
(гексаметиленбигуанидинхлорид) [Ikeda Т., Tasuke S., 1982] и
его отечественный аналог — метацид. Этот препарат обладает
высокой бактерицидной активностью. Его 0,05 °/о растворы вы-
зывают гибель грамположительных и грамотрицательных микро-
организмов в течение 5—25 мин. Для метацида отмечена также
слабая фунгицидная активность. Препарат испоТГьзуется в виде
14-0,5 % растворов как дезинфектант в очагах '-Инфекционных
2—17 1 17
заболеваний бактериальной этиологии, для обеззараживания
белья, помещений и т. п.
Значительного повышения антимикробной активности кати-
онных полиэлектролитов удается добиться путем введения
в макромолекулу полиэлектрелитов звеньев, несущих кова-
лентно связанные антисептики. Таким путем были получены вы-
сокоактивные бактерицидные и фунгицидные препараты, в ча-
стности водорастворимый сополимер стирола с метилсульфа-
том— 1,2-диметил-5-винилпиридина, содержащий звено 2,3-ди-
хлор-5-метакрилоил амино- 1,4-нафтохинона [Киселева А. П.,
Пальнюк О. И., 1986].
Наибольшей активностью обладают мономеры, винильные
аналоги катионных ПАВ, содержащие лаурильный, тетеради-
цильный и цетильный радикалы у четвертичного атома азота.
Их уровень антимикробной активности был таким же, как у це-
тилпиридинийхлорида и алкилдиметилбензиламмонийхлорида,
которые используются в качестве антисептиков. Эти мономеры
в концентрации 0,001—0,0001 % подавляли рост стафилококков.
Водорастворимые катионные полиэлектролиты, содержащие
в своей структуре звенья этих мономеров, были получены как
путем их сополимеризации с винилпирролидоном, так и путем
алкилирования галоидалкилами гомо- и сополимеров (диэтил-
аминоэтил (диметиэтиламиноэтил) метакрилатов.
Был синтезирован и другой ряд катионных полиэлектроли-
тов— сополимеров N-винилалкиламинов с винилпирролидоном.
Сопоставление антимикробной активности полимеров между со-
бой и с активностью исходных мономеров выявило их сущест-
венное различие [Panarin Е., 1985]. Если в мономерном ряду
активность растет с увеличением длины алкильного радикала
у атома азота, то в полимерах зависимость имеет другой ха-
рактер.
Исследовалось влияние числа ионогенных групп в мономер-
ном звене, а также длина одного из алкильных заместителей
1 у четвертичного атома азота (табл. 6). Е. Ф. Панариным и
соавт. была синтезирована серия катионных полиэлектролитов
; на основе аминоалкиновых эфиров метакриловой кислоты, ви-
i ниламина и их сополимеров с винилпирролидоном [Солов-
; ский М. В. и др., 1974; Панарин Е. Ф., Гаврилова И. И.,.1977].
Использование в качестве мономера диметиламиноизопро-
18
Таблица 6
Влияние длины алкильного заместителя у азота на антимикробную
активность катионных полиэлектролитов и полимеров
(тест-микроб S.aureus 209Р)
— — [гудл/г МИК, мпг/мл
Структура R КС1 — --
0,5 М Полимер
Н 0,30 1000 -
'-сно-сн~ — ~СНО-СН- ‘ 2 1 СЛ 0,30 900 -
90 NHR 1 л сан17 С12Н25 0,29 0,14 750 400 500 5
LU С16Н33 - 1600 I
СНд 1,05 50 1000
С2Н5 1,05 50 1000
И12-СН ‘ GIL, С 1 <П1 !./:я nz 1 2 \к С4Н9 0,90 50 1000
д ('(.•о:. С6Н13 0,80 50 ICJO')
i \„' ° 75 СНН17 С12Н2Ь г; 72 С, 54 50 I О1 г
пил метакрилата позволило получить мономеры, их гомо- и со-
полимеры с винилпирролидоном, содержащие в одном звене две
четвертичные аммониевые группы.
тп — О — 100
п - О - 100
X - Cl . Hr, I
Такие полимеры имели очень высокую плотность заряда на
макромолекуле, и их антимикробная активность была выше, чем
у макромолекул, несущих один заряд в полимерном звене. По-
скольку при взаимодействии катионного полиэлектролита с клет-
кой имеет место не только электростатическое взаимодействие,
но определенный вклад вносит и гидрофобное связывание, то
можно ожидать, что, меняя природу и гидрофобность алкильных
заместителей у атома азота полиэлектролитов, можно изменять
и их активность. Ярко выраженная зависимость активности от
степени гидрофобности алкильных радикалов и азота наблю-
дается для катионных ПАВ, которые широко используются как
дезинфектанты и антисептики. Синтез мономеров на основе
аминоакрилатов с варьируемой длиной алкильного заместителя
у четвертичного атома азота [Соловский М. В. и др., 1974] и
2* 19
исследование их антимикробных свойств показали, что мономе-
ры, содержащие низшие алкильные заместители, малоактивны и
активность мономера возрастает с увеличением длины алкиль-
ного радикала до С1бНзз.
Сравнительный анализ активности мономеров и полимеров,
имеющих различную длину алкильных заместителей у четвер-
тичного атома азота, выявил существенные различия [Пана-
рин Е. Ф., Гаврилова И. И., 1977].
Все синтезированные полиэлектролиты имели одинаковые
или близкие по значению МПК (см. табл. б). Для полимеров,
полученных из мономеров, содержащих низшие алкильные за-
местители у азота, активность была существенно выше активно-
сти мономера. В случае мономеров с лаурильным, тетрадециль-
ным и цетильным заместителями у азота наблюдалось снижение
активности. Тем самым обнаружен эффект выравнивания ак-
тивности при переходе от мономеров к полимерам. Этот факт
свидетельствует об особенности проявления антимикробных
свойств, обусловленных макромолекулярной природой, и указы-
вает на несколько иную роль высших алкильных радикалов
у четвертичного атома азота в проявлении антимикробных
свойств у полимеров по сравнению с низкомолекулярными ка-
тионными ПАВ, каковыми являются мономеры.
Величина эффекта воздействия полимера на клетку опреде-
ляется общим зарядом макромолекулы (количество положи-
тельно заряженных функциональных групп) и не зависит от
длины алкильного радикала у атома азота в отличие от низко-
молекулярных катионных ПАВ, где эффект определяется дли-
ной алкильного радикала, т. е. степенью его гидрофобности. Это
свидетельствует о различии механизмов взаимодействия с мем-
браной низкомолекулярных ПАВ и макромолекул, имеющих
в своей структуре длинные боковые алкильные радикалы.
Основываясь на некоторых представлениях о механизме не-
епецифического нековалентного взаимодействия малых дифиль-
ных молекул с мембранами эритроцитов, можно понять при-
чину наблюдающегося различия в поведении катионных поли-
электролитов и их мономеров. Исследованием взаимодействия
гомологов диметилбензиламмоний хлорида с модельными фос-
фолипидпротеиновыми мембранами [Шипунов Ю. А., Богуслав-
ский Л. И., 1973; Blois W., 1972] показано, что сначала имеет
место электростатическое взаимодействие отрицательно заря-
женных групп на мембране с молекулой ПАВ, а затем проис-
ходит переориентация молекулы низкомолекулярного ПАВ,
в результате которой гидрофобный углеводородный и бензиль-
ный радикалы входят в липидный монослой. При этом они
взаимодействуют не только с фосфолипидами, но и с гидрофоб-
ными участками белков. Проникновение гидрофобного фраг-
мента молекулы дифильного соединения в неполярную часть
клеточной мембраны приводит к ее расширению и нарушению
20
вандерваальсовского взаимодействия между липидными моле-
кулами [Sheetz М., 1974]. В результате меняется сначала про-
ницаемость, а затем целостность мембраны, в итоге она фраг-
ментируется и фосфолипиды солюбилизируются молекулами
ПАВ. Низшие гомологи не способны в такой степени влиять на
структуру фосфолипидного бислоя вследствие слабого гидро-
фобного взаимодействия с ним, поэтому они обладают незначи-
тельной антимикробной активностью. Этим и объясняется низ-
кая активность мономерных четвертичных аммониевых солей
как в ряду аминоакрилатов [Панарин Е. Ф., 1971], так и в ряду
винилбензилдиметилалкиламмония [IkedaT., Tasuke S., 1983] и
М-бензил-4-винилпиридиния [Kawabata N„ 1988].
При переходе к полимерам, когда аммониевые группы кова-
лентно связаны с полимерной цепочкой, резко возрастает ло-
кальная концентрация положительно заряженных групп. Макро-
молекула кооперативно связывается с большим числом моле-
кул фосфолипидов мембраны, вызывая нейтрализацию отрица-
тельного заряда их полярной головы. Образующийся комплекс
стабилизируется сильным гидрофобным взаимодействием ал-
кильных цепей жирных кислот фосфолипида. Это приводит
к изменению электростатического и гидрофобного взаимодей-
ствий, стабилизирующих мембрану, ослаблению липид-липид-
ного взаимодействия, дезорганизации структуры мембраны и ее
разрушению. Степень повреждения мембраны определяется чис-
лом взаимодействующих групп, т. е. числом положительных
зарядов на макромолекуле. Введение в катионные полиэлектро-
литы длинных алифатических радикалов С12Н25; С1бН33 не при-
вело к повышению активности полимера, напротив, соединения
с С1бН3.з радикалом у атома азота обладали наименьшей актив-
ностью. Такое поведение катионных полиэлектролитов обуслов-
лено, во-первых, ограничением подвижности ковалентно связан-
ных с макромолекулой алкильных радикалов, что затрудняет
их вхождение в фосфолипидный слой, во-вторых, специфической
конформацией этих макромолекул. Вследствие сильного гидро-
фобного взаимодействия алкильных радикалов между собой,
приводящего к компактизации полимерного клубка, макромоле-
кула принимает конформацию полимыла, для которой харак-
терно расположение гидрофобных алкильных боковых цепей во
внутренней части клубка, а гидрофильных — в наружной. При
взаимодействии такой макромолекулы с мембраной осложня-
ется ее электростатическое взаимодействие и исключается пере-
ориентация гидрофобных алкильных радикалов внутрь бислоя,
поскольку внутрицепные контакты преобладают над внешними.
Происходит «выключение» боковых алкильных радикалов из
взаимодействия с мембраной, следствием чего является сниже-
ние активности при переходе от мономеров к полимерам.
21
1.3. МЕХАНИЗМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КАТИОННЫХ
ПОЛ ИЭЛ ЕКТРО Л ИТОВ
С КЛЕТКОЙ И КЛЕТОЧНЫМИ МЕМБРАНАМИ
1.3.1. СТРУКТУРА И ОРГАНИЗАЦИЯ
КЛЕТОЧНОЙ ОБОЛОЧКИ БАКТЕРИИ
Клеточная оболочка функционально отделяет внутреннюю
среду клетки от окружающей среды. Она обеспечивает клетке
механическую стабильность и позволяет организму расти и де-
литься, определяет форму и размеры бактерии.
Размеры клетки могут меняться в зависимости от степени
изменения физических и химических условий окружения клетки,
особенно состава питательной среды.
Клеточная оболочка включает 2 основных компонента: кле-
точную стенку и цитоплазматическую мембрану.
Клеточная стенка. Клеточная стенка имеет на своей поверх-
ности специфические антигенные компоненты, рецепторы и дру-
гие дополнительные элементы. Несмотря на свою механическую
стабильность и относительно компактную структуру, клеточная
стенка обеспечивает вход и выход из клетки малых молекул,
а также обеспечивает пути прохода макромолекул. Клетка
также имеет места вывода макромолекулярного материала, че-
рез которые выделяются внеклеточные ферменты и экзотоксины.
Структура бактериальных клеточных стенок широко варьирует
в зависимости от вида. Она изучена и детально описана
[Glauert A., Torneey М., 1969; Rogers Н., 1970; Bayer М., 1974;
Nikaido Н., Nakae Т., 1979; Blumberg Р., Strominger J., 1974;
Godfrey A., Bryan L., 1984; Франклин Т., Сноу Дж., 1984]. Наи-
большие различия выявлены между структурой стенок грампо-
ложительных и грамотрицательных бактерий. Стенка грампо-
ложительных бактерий представляет собой толстую жесткую
структуру, толщина которой составляет от 30 до 100 нм. Основ-
ным компонентом до 50 % по массе клеточной стенки является
пептидогликан, называемый иногда мукопептидом или муреи-
ном. Состав пептидогликана варьирует в зависимости от вида
бактерий.
Основные цепи пептидогликана построены из чередующихся
остатков N-ацетилглюкозамина и N-ацетилмурамовой кислоты.
Эти цепи сшиты между собой пептидными мостиками. Пептидо-
гликан образует многослойную структуру с поперечными сшив-
ками как внутри слоя, так и между слоями. Его функцией яв-
ляется сохранение формы бактериальных клеток. Он гидроли-
зуется некоторыми ферментами, например лизоцимом, при этом
образуются линейные водорастворимые короткие полимерные
цепочки.
Наряду с пептидогликаном в клеточной стенке грамположи-
тельных бактерий имеются и гидрофильные кислые полисаха-
22
риды — тейхоевая кислота — поли (П-риботол-5-фосфат) — или
тейхуроновая кислота [Ward J., 1981].
Клеточные стенки грамотрицательных бактерий устроены
сложнее — они, наряду с пептидогликановым слоем, имеют еще
так называемую внешнюю мембрану, которая содержит фосфо-
липиды, липополисахариды, липопротеины и протеины, и пред-
ставляет собой двойной липидный слой. В нем фосфолипиды
распределены несимметрично. Внешняя часть бислоя содержит
липополисахариды и некоторые протеины, тогда как внутрен-
ний содержит главным образом только фосфолипиды и неболь-
шое количество протеинов. Липополисахариды содержат гид-
рофильную полисахаридную часть, которая простирается во
внешнее пространство и гидрофобный сегмент, названный ли-
пидом А, который погружен в гидрофобную область. Липополи-
сахариды обеспечивают поверхности клеток грамотрицательных
бактерий отрицательный заряд.
Другая важная особенность липополисахаридов состоит
в том, что они обеспечивают связывание с внешней мембраной
мембранных протеинов, а также дивалентных катионов Са2+,
Mg2+ и др., которые обеспечивают дополнительную сшивку по-
средством нековалентных ионных мостиков. Обработка клеток
грамотрицательных бактерий этилендиаминтетрауксусной кис-
лотой, которая хелатирует дивалентные катионы, приводит
к нарушению внешней мембраны.
Внешняя мембрана грамотрицательных бактерий выполняет
определенные барьерные функции и придает этим организмам
высокий уровень устойчивости ко многим антибиотикам, детер-
гентам и другим веществам. Значительное различие в ультра-
тонкой структуре клеточной стенки у грамположительных и
грамотрицательных микроорганизмов объясняет в ряде случаев
их различную чувствительность к р-лактамным и другим анти-
биотикам, действующим на синтез клеточной стенки.
Цитоплазматическая мембрана. Цитоплазматическая мем-
брана является основным барьером, отделяющим клетку от ок-
ружающей среды, и ее сохранность является необходимым усло-
вием существования клетки как единого целого. Она обеспечи-
вает постоянство внутриклеточного состава вне зависимости от
изменений в окружающей среде. Цитоплазматическая мембрана
состоит в основном из фосфолипидов и белков и имеет слож-
ную структурную организацию, основой которой является би-
слойная организация фосфолипидов. В бислое гидрофильные
части молекул полярных липидов обращены в водную фазу,
а гидрофобные (остатки жирных кислот)—образуют ряды па-
раллельных друг другу углеводородных цепей, которые удержи-
ваются гидрофобными взаимодействиями. При этом цепи жир-
ных кислот фосфолипидных молекул вытянуты внутрь бислоя и
полярные концы ориентированы наружу.
Толщина липидного бислоя колеблется в пределах от 6 до
23
10 нм. С липидным бислоем, имеющим вязкость масла, ассо-
циировано большое число белковых молекул. Одни белки на-
зываются внешними, они непрочно связаны с поверхностью мем-
браны; другие — внутренними — они погружены в мембрану.
Такая жидкостно-мозаичная модель биологической мембраны,
предложенная в 1972 г. С. Зингером и Г. Никольсоном [Sin-
ger S., Nicolson Y., 1972], считается наиболее полно отражаю-
щей ее строение. Существование такой системы возможно лишь
благодаря образованию белок-липидных и липид-липидных
комплексов в мембране за счет гидрофобного взаимодействия
белков и липидов, а также вследствие электростатического взаи-
модействия полярных групп.
Молекулы белков и фосфолипидов, входящие в структуру
бислоя, за счет теплового движения при физиологических тем-
пературах свободно перемещаются как вдоль слоев, так и
между слоями. При снижении' температуры, когда диффузия за
счет теплового движения замедлена, образуются внутри бислоя
различные структуры. Это могут быть:
1) липид-липидные кластеры, в результате появления кото-
рых в мембране наблюдается разделение фаз;
2) белок-липидные кластеры;
3) домены из внутримембранных компонентов, образовав-
шихся в результате связывания их с высокомолекулярными со-
единениями, расположенными на поверхности мембран;
4) белок-липидные домены, отличающиеся от других обла-
стей мембраны по своему составу, и т. п. [Кагава Я., 1985].
За счет образования этих структур в мембране возникает
микрогетерогенность, играющая важную роль в функциониро-
вании мембран, в изменении их проницаемости в отношении раз-
личных низкомолекулярных веществ, включая активный транс-
порт, электронный транспорт, окислительное фосфорилирование,
ферментативный синтез клеточной стенки и т. п.
Большое влияние на стабильность и проницаемость модель-
ных и биологических мембран оказывают ионы металлов Mg2+,
Са2+, неполярные липиды, в частности стерины. В присутствии
Mg2+ и Са2+ образуются мостики между соседними фосфолипи-
дами, в результате упаковка становится более плотной и про-
ницаемость мембраны уменьшается. Подобный эффект наблю-
дается при увеличении содержания остатков насыщенных жир-
ных кислот и холестерина [Котык В., Яначек К-, 1980].
Огромную роль в структуре и функционировании мембран
играет вода, составляющая 20—35 % мембранных фракций.
Структурная стабилизация мембран определяется двумя ти-
пами нековалентных взаимодействий — гидрофобным и гидро-
фильным. Имеются также и другие взаимодействия — электро-
статические и диполь-дипольные между ионными парами,
водородные связи, которые вносят определенный вклад в ста-
билизацию структуры. Дополнительная стабилизация мембраны
24
осуществляется за счет ассоциации гликолипидных комплексов
с полярными и неполярными участками липидных молекул.
Белковые субчастицы ассоциируются электростатически или
гидрофобно с фосфолипидами, при этом гидрофобные аминокис-
лоты белков связаны с жирно-кислотными остатками фосфоли-
пидов. Поскольку гидрофобные взаимодействия являются опре-
деляющими при самосборке мембранных структур, становится
понятным действие некоторых детергентов на мембраны. Детер-
генты нарушают связи в интерфазных и гидрофобных областях
мембраны. Обладая дифильной природой, молекулы детергента
внедряются гидрофобными фрагментами в области жирных кис-
лот бислоя и нарушают взаимодействие липидов и белков. Ион-
ные детергенты вызывают структурную диссоциацию липопро-
теиновых комплексов и разрушение фосфолипидного бислоя [Не-
lenius A., Simons К., 1975].
1.3.2. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
ДЕЙСТВИЯ ПОЛИКАТИОНОВ НА МЕМБРАНЫ
Последовательность элементарных актов летального дей-
ствия поликатионов на бактериальные клетки может быть пред-
ставлена следующим образом:
1) адсорбция поликатиона на поверхности бактериальной
клетки;
2) диффузия через клеточную стенку;
3) связывание с цитоплазматической мембраной;
4) разрушение или дестабилизация цитоплазматической
мембраны;
5) выделение из клетки компонентов цитоплазмы;
6) гибель клетки.
Взаимодействие катионных полиэлектролитов с клетками.
Наличие на поверхности клетки отрицательного заряда, обус-
ловленного присутствием на поверхности фосфатных групп ли-
пидов, а также сиаловых и тейхоевых кислот, является причи-
ной интенсивного взаимодействия с поликатионами. Первая
фаза взаимодействия заключается в адсорбции положительно
заряженной макромолекулы на поверхности клетки. При этом
макромолекула сорбируется на поверхности рядом ее сегментов,
т. е. имеет место кооперативное связывание. Детальное иссле-
дование взаимодействия полилизина с эритроцитами, проведен-
ное A. Katchalsky (1955, 1964), показало, что процесс адсорб-
ции хорошо описывается изотермой Ленгмюра. Адсорбирован-
ный поликатион сильно влияет на электрофоретический
потенциал клеток. По мере сорбции полилизина из раствора
отрицательная подвижность клеток снижается до 0, затем ста-
новится положительной, асимптотически достигая при высоких
концентрациях максимального значения (рис. 3).
Сорбция носит обратимый характер и быстро достигает
25
мкм ССК
Рис. 3. Подвижность эритроцитов в
зависимости от концентрации поли-D-
L-лизина гидробромида (относитель-
ная молекулярная масса 4500) в рас-
творе NaCl при pH 7,2 и ионной
силе 0,15; концентрация клеток 8 X
X Ю7 кл/мл.
Таблица 7
Агглютинирующее действие катионных полиэлектролитов
Полимеры Относитель- ная молеку- лярная масса Минимальная концентрация полимера, мкг/1 мл, вызы- вающая агглюти- нацию суспензии эритроцитов
Гидробромид полилизина 4500 Г го
Гидрохлорид полиорнитина 2000 1—2
Сульфат полиаргинина 3500 1—2
Гидробромид поливинил- амина 4300 1
Сульфат протамина 60
Гидрохлорид поливинилпи- перидина 10 000 100
своего равновесия. Количество адсорбированного клеткой поли-
мера зависит от его концентрации в растворе и достигает мак-
симального значения, равного 1Х10-6 мкг. Поскольку адсорб-
ция поликатионов приводит к изменению электростатического
потенциала клеток, то при достижении некоторого критического
его значения дисперсная система становится нестабильной и на-
чинается агглютинация клеток. Существует также критическая
концентрация полиэлектролита, при которой начинается агглю-
тинация кл „ток. Она сильно зависит от природы полимера
(табл. 7).
Агглютинация эритроцитов, вызванная поликатионами, яв-
ляется обратимой. Основная масса сорбированного полимера
может быть удалена промывкой изотоническим раствором нат-
рия хлорида, при этом полностью восстанавливается потенциал
до своего исходного значения. Однако стабильную дисперсию
26
клеток удается получить при использовании в качестве диспер-
гирующих агентов полиглутаминовой, полиаспарагиновой и по-
лифосфорной кислот. После обработки агглютинированных кле-
ток указанными поликислотами они электрохимически и морфо-
логически не отличаются от нативных. При концентрациях
более высоких (до 300 мкг/мл), чем те, которые вызывают
агглютинацию клеток, наблюдается лизис клеток вследствие по-
вреждения мембран. Сравнительное исследование по влиянию
строения катионных полиэлектролитов на лизис эритроцитов и
опухолевых клеток выявило заметное различие в чувствитель-
ности клеток к действию поликатионов [Moroson Н., 1971]. При
этом опухолевые клетки показали большую чувствительность
к поликатионам, чем эритроциты. Сополимеры лейцина и L-op-
нитина действовали бактерицидно в отношении стафилококков
[Shenfeld A. et al., 1974] при низких концентрациях. Но у устой-
чивых клеток возникла способность расти в присутствии поли-
мера, при этом они связывали полимер меньше, чем чувстви-
тельные.
Действие поликатионов на бактериальные клетки. Высоко-
молекулярные поликатионы, не относящиеся к поличептидным
антибиотикам, также проявляют выраженные антимикробные
свойства (табл. 8), и главной их мишенью в клетке является
цитоплазматическая мембрана. Об эффективности действия по-
ликатионов судили по выходу из клеток S. aureus компонентов
цитоплазмы. Исследования были проведены с поликатионами
различного химического строения [Заикина Н.А., Панарин Е. Ф.,
1977]. Для оценки интенсивности связывания полимеров клет-
ками стафилококка использовали гидрохлорид поливиниламина,
в который была введена флюоресцеиновая метка. Это позво-
лило проследить за связыванием полимера клетками при кон-
центрациях более низких, чем бактерицидные, и определить
полимер при длине волны 490 нм в области спектра, где ком-
поненты, выходящие из клетки (аминокислоты, нуклеозиды
и др.) не поглощают (Panarin Е., Solovskii М., 1985]. Связыва-
ние полимера с клетками происходит сразу же пос по смеши-
вания клеточной взвеси с полимером. Следует отметить быстрое
(за 10—15 мин) насыщение поверхности клетки полимером,
после чего поглощение прекращается. Расчеты показали, что
каждая микробная клетка связывает около 0,6Х10-7 мкг поли-
мера. Эта величина лишь на порядок отличается от той, которая
была найдена при связывании поликатиона другого строения —
полилизина — эритроцитами 1X 10_6 мкг/кл [Nevo A., De Vries А.,
1955]. Подобная картина наблюдалась при поглощении клет-
ками нейтральных полимеров полпвинилурацила и поливинил-
аденина. Поглощение полимеров клетками в этом случае также
заканчивалось за 15—20 мин, и каждая клетка связывала
10-6—10-7 мкг полимера [Norohna-Blob L., 1977].
Вероятно, строение полимера не оказывает определяющего
27
Таблиц?:
Влияние лоликатион -г. 3->. мка/ти; на лизис и окраску эозином
эритроцит.* > клеток к-арциномк Эрлиха и ь S178Y (Т 25°,
суспензия в среде Игла с добавкой 10% телячьей снворотки
Поликатион
.‘тноеитель-
ная молеку-
лярк1У масс о
Полиэтал ним/л
Г ГЦ„-СН., и сн., с:н,, ыи
/. Z. , я
сч , сн,,
I 2
Пс.'!И1’Э' .'УСН .В1М1Ш
Исчтлышил.'гл!:-!
сн„- сн- ‘
2 I
Ы(<2
• и
Полили з;ш
’-HN-(CHO ' > CI’ СО
2 4 (
ын2
20000-50000
20000
’Высоком--.' окулярный разветвленный полиэтиленимин.
Нрим-.'-.зн/.е. I - отсутствие, (+) - наличие эффекта.
влияния на максимальную поглотительную способность клетки
(рис. 4). Выход из клеток компонентов цитоплазмы начинается
сразу же в ходе сорбции полимера клетками. Оба процесса со-
впадают по времени. Это свидетельствует о значительных изме-
нениях в структуре цитоплазматической мембраны, следствием
чего является изменение ее барьерных функций. Наблюдаемые
изменения г мембранном аппарате клетки обусловлены силь-
ным кооперативным взаимодействием между катионным поли-
мером и фосфолипидами мембраны. Иммобилизация фосфоли-
пидов на полиэлектролите ведет к серьезным нарушениям липид-
липидного и липид-протеинового взаимодействия в мембране,
следствием чего являются ее дестабилизация и изменение
проницаемости. Прямое визуальное наблюдение в электронном
микроскопе тонких срезов клеток показало, что обработанные
28
Рис. 4. Взаимодействие
между катионными поли-
электролитами и клетками
стафилококка.
1 — поглощение гидрохлорида
поливиниламина, содержащего
флюоресцеиновую метку, кон-
центрация полимера 10 мкг/мл;
2 — выделение компонентов ци-
топлазмы, поглощающих при
260 нм под действием поли-
ДЭАЭМ-С2Н5 (0,1 фосфатный бу-
фер pH 6,8, концентрация кле-
ток 2 X 109 кл/мл).
мин
катионным полимером клетки имеют несколько разрыхленные
клеточные стенки, при этом отчетливо виден слой сорбиро-
ванного полимера на поверхности клетки, клетки частично
склеены друг с другом [Заикина Н. А. и др., 1977]. Цитоплазма-
тическая мембрана у обработанных клеток выявляется хуже,
чем у интактных клеток, при этом появляются мембраны, рас-
положенные по периферии цитоплазмы, представляющие собой
инвагинаты цитоплазматической мембраны, обусловленные ее
растяжением. Выявленная картина в изменении мембранного
аппарата клеток аналогична картине, наблюдаемой при обра-
ботке клеток грамицидином.
’ 1.3.3. ВЛИЯНИЕ КАТИОННЫХ полиэлектролитов
НА ПРОНИЦАЕМОСТЬ КЛЕТОЧНЫХ МЕМБРАН
Накопленный к настоящему времени большой эксперимен-
тальный материал свидетельствует о том, что основные собы-
тия при взаимодействии катионных полиэлектролитов различ-
ного химического строения осуществляются на уровне клеточ-
ной мембраны. Следствием этого является нарушение ее
барьерных и транспортных функций. Так, еще в ранних исследо-
ваниях В. Newton (1953) было показано, что добавление поли-
миксина к культурам чувствительных бактерий приводит к бы-
строму освобождению в среду компонентов цитоплазмы. При
этом наблюдалась линейная зависимость между числом погиб-
ших клеток и количеством материала, выделившегося в окру-
жающую среду; в случае низких концентраций антибиотика из
клеток выходили главным образом низкомолекулярные веще-
ства. Одновременно с выходом из клеток компонентов цито-
плазмы наблюдалось и увеличение поглощения клетками ве-
ществ, находящихся в окружающей среде. Это было наглядно
продемонстрировано при использовании флюоресцирующего
агента, N-толил, а-нафтиламин-8-сульфоновой кислоты. Ис-
пользование полимиксина, меченного флюоресцирующим аген-
том дансилхлоридом, позволило показать связывание поли-
29
миксина мембранами интактных клеток или протопластов и
доказать, что связывание антибиотика с мембранами клеток
осуществляется за счет взаимодействия с фосфатными группами
фосфолипидов [Newton В., 1956].
Исследование взаимодействия полимиксина с модельными
бислойными фосфолипидными системами привело к заключе-
нию [Pache W., 1972], что остаток концевой высшей жирной
кислоты антибиотика проникает в неполярные области фосфо-
липидного бислоя, тогда как пептидное кольцо, имеющее по-
ложительный заряд, электростатически взаимодействует с фос-
фатными группами фосфолипидов. В результате этого нару-
шается нормальная организация мембраны и изменяются
параметры ее проницаемости.
У грамотрицательных бактерий полимиксин связывается
также и с внешней мембраной, влияя на функцию липополиса-
харидов. На электронных микрофотографиях общий эффект
действия полимиксина на внешнюю мембрану проявляется
в образовании «пузырей» [Франклин Т., Сноу Дж., 1984], по-
добных тем, которые образуются при действии на клетки ка-
тионных поверхностно-активных веществ, например хлоргекси-
дина. Образование таких инвагинатов мембраны может быть
связано с ее растяжением, т. е. увеличением площади мем-
браны. При воздействии на бактериальные клетки тироциди-
нов также наблюдается интенсивный выход из клеток компо-
нентов цитоплазмы.
Близкий по строению антибиотик грамицидин С обладает
аналогичным свойством. Грамицидин С увеличивает скорость
обмена (калия и протонов) в опытах с модельными липосом-
ными мембранами, мембранами эритроцитов и митохондрий,
индуцирует проницаемость для протонов и ионов, щелочных ме-
таллов [Henderson Р., 1969; Pache W., 1970].
Исследования по изучению зависимости между структурой
и биологическим действием в ряду производных грамицидина С
позволили выяснить, что антибиотик связывается на мембране
благодаря ионным взаимодействиям с фосфолипидами, распо-
ложенными на расстоянии 0,8—0,9 нм друг от друга [Ива-
нов В. Т„ 1974].
С помощью парамагнитных зондов было показано, что гра-
мицидин вызывает «замораживание» больших участков мем-
бран и одновременно нарушает расположение и изменяет ак-
тивность мембранных ферментов [Островский Д. Н., 1976].
Для уточнения локализации молекул грамицидина на мем-
бранах и механизма его действия использовали дансильное
производное грамицидина. Было установлено [Капрельянц А. С.,
1977; Susi Н., 1979], что ключевым моментом в механизме дей-
ствия грамицидина С на бактериальную мембрану является
электростатическое взаимодействие NH2-rpynn антибиотика
с фосфатными группами фосфолипидов, что приводит к иммо-
30
билизацни соседних молекул Липидов и образованию липид-
грамицидиновых комплексов. Эти комплексы внедряются
в мембрану и за счет гидрофобных взаимодействий вступают
в контакт между собой и белками мембраны, что приводит
к фазовому обособлению фосфолипидов и образованию «жид-
кой» зоны нейтральных липидов, не представляющих барьера
для ионов и крупных молекул, а также к нарушению активно-
сти ферментов, оказавшихся в окружении заторможенных ал-
кильных цепей липидов. Таким образом, грамицидин С изме-
няет структуру мембран так, что она становится проницаемой
для низкомолекулярных соединений и больших молекул.
Анализ спектральных х1арактеристик дансильных производ-
ных грамицидина свидетельствует о том, что молекула грами-
цидина может быть погружена в мембрану либо находится на
ее поверхности, оставаясь связанной электростатически с фос-
фолипидами.
Связывание с мембраной. Для понимания молекулярных
механизмов взаимодействия фосфолипидов и белков (в том чи-
сле и катионных), которое играет определяющую роль в регу-
ляции как структурных, так и динамических свойств мембран и
биологической активности белков, большое значение имеют ис-
следования, проведенные на модельных бислойных мембранах.
Эти исследования проводятся с широким привлечением спек-
тральных и калориметрических методов [Максименко О. О.,
1988; Chapman D., 1974; Susi Н., 1979; Bertolussa А., 1985].
Электростатическое связывание протеинов и основных поли-
пептидов с полярными группами фосфолипидов, как показали
калориметрические исследования [Chapman D., 1974], сдвигает
температуру перехода гель — жидкий кристалл для липидов,
а также влияет на энергетический барьер переориентации спи-
новой метки в углеводородной фазе. Взаимодействие с основ-
ными белками снижает температуру перехода на 3..-7 °C. Так,
низкомолекулярный полилизин с относительной молекулярной
массой 8х 103 снижает температуру перехода на 3 °C, а высо-
комолекулярный с относительной молекулярной массой 105 —
на 5 °C. Сильный сдвиг термического перехода в сторону бо-
лее низких температур является главной причиной реорганиза-
ции полярных групп фосфолипидов при взаимодействии с по-
лярными группами, зафиксированными в глобулах белков. Та-
кая реорганизация ведет к снижению упаковки липидных
цепей и снижению температуры перехода.
Связывание полилизина и некоторых обогащенных лизином
гистонов (гистоны тина III—S и VI—S) с димиристоилфосфа-
тидилхолиновыми липосомами приводит, как показано мето-
дом рамановской спектроскопии [Bertolussa А., 1985], к умень-
шению латеральной упаковки гелевой фазы. Наиболее сильное
влияние при этом оказывал не полилизин, а гистоны. На этом
основании авторы заключили, что выявленные структурные мо-
31
Таблица 9
влияние полилизина и гистонов на термические характеристики
димиристоилфосфатидилхолиновых липосом (ДМФХ)
Дисперсия
АН,
ккал/моль
ДМФХ 22,5 5,4
ДМФХ-}-10 % полилизина 22,3 4,9
ДМФХ4-25 % полилизина 22,1 4,7
ДМФХ4-10 % гистона VI-S 22,8 5,6
ДМФХ-j-25 % гистона VI-S 22,5 6,3
ДМФХ-j-10 % гистона III-S 21,8 5,6
ДМФХ4-25 % гистона III-S 21,3 5,9
ДМФХ4-50 % гистона II1-S 19,3 6,1
дификации, вызванные гистонами на липидных бислоях, обус-
ловлены не лизиновой фракцией, а скорее доменами, содержа-
щими гидрофобные остатки. Это заключение подтверждают
также данные, полученные методом дифференциальной скани-
рующей калориметрии при плавлении липидных бислоев в при-
сутствии различного количества полилизина и гистонов
(табл. 9). Присутствие полилизина не вызывает изменения Тпл,
однако наблюдается снижение АН связывания, обусловленное
латеральным разделением фаз. В случае гистонов наблюдается
повышение энтальпии (АН) главного перехода. Заметное сни-
жение Тпл выявлено для гистона III—S, содержащего наиболь-
шее количество (25,6 масс.%) лизина. Отсюда следует, что по-
лилизин проявляет в основном поверхностные взаимодействия
с фосфолипидными бислоями, на что указывают постоянство
Тпл и неизменность кооперативности процесса плавления. Мо-
лекулярные взаимодействия полилизина обусловлены главным
образом электростатическим взаимодействием молекул полили-
зина с полярными группами фосфолипида. Следствием этих по-
верхностных взаимодействий являются снижение межцепного
взаимодействия углеводородных цепей липидов, увеличение
вращательной свободы этих цепей в гелевой фазе и повышение
полярности окружения углеводородных цепей. Возможно также
проникновение молекул воды в бислои. Напротив, взаимодей-
ствие обогащенного лизином гистона S—III снижает как Тпл,
так и кооперативность процессов плавления — температурный
переход расширяется. Это позволяет предположить проникно-
вение молекулы гистона в бислой после ее адсорбции на по-
верхности, т. е. гидрофобные взаимодействия между липидами
и молекулой протеина оказываются не менее важными, чем
электростатическое.
Эти предположения подтвердились при исследовании методом
дифференциальной сканирующей калориметрии взаимодействия
между димиристоилфосфатидилхолиновыми бислоями и сополи-
32
мерами L-лизина и L-лейцина различного состава и различным
гидрофобно-гидрофильным балансом [Nakagaki М., Okamura Е„
1985]. Оказалось, что состав сополимера существенным обра-
зом влияет на характер взаимодействия с модельной мембра-
ной. Сополимер, содержащий в своей структуре меньше 30 %
гидрофобных лейциновых остатков, взаимодействует почти только
с полярной областью липидной мембраны вследствие большого
электростатического заряда, обусловленного лизиновыми
звеньями сополимера. При увеличении доли лейциновых остат-
ков более чем на 30 % наблюдается проникновение в углеводо--
родную область бислоя гидрофобных лейциновых звеньев.
Таким образом, проникающая способность катионных поли-
пептидов и белков в липидные мембраны зависит, в основном,
как от их гидрофобности, так и от электростатического харак-
тера. Более того, представляет большой интерес то, что изме-
нение в аминокислотном составе позволяет влиять на их спо-
собность проникать в липидные мембраны и дестабилизиро-
вать их.
Взаимодействие синтетического поликатиона —поли-(гекса-
метиленбигуанилгидрохлорида) с модельными бислолными ней-
тральными и отрицательно заряженными фосфолипидными
мембранами методом флюоресцентной спектроскопии с использо-
ванием в качестве люминесцентного зонда 8-анилинонафталин-1-
сульфокислоты (АНС) [Ikeda Т., 1985] показало в целом общ-
ность механизма взаимодействия мембран с поликатионами по-
липептидного типа. Поли-(гексаметиленбигуанил) гидрохлорид
сильно повышал интенсивность и сдвигал максимум длины
волны флюоресценции АНС, включенной в отрицательно заря-
женную липосому, тогда как в случае нейтральной липосомы
влияние было незначительным. Это указывало на то, что поли-
(гексаметиленбигуанил) гидрохлорид предпочтительнее связы-
вался с отрицательно заряженными мембранами, что понятно,
поскольку бигуанидины являются сильными основаниями
(PKi = 10,5ч-11,5; РКг = 2-чЗ) и при физиологическом значе-
нии pH полностью протонированы. Следует отметить, что низ-
комолекулярный аналог звена этого полимера диаминогексил-
бигуанидин не оказывал подобного влияния при связывании как
с нейтральными, так и с отрицательно заряженными липосо-
мами. Это обусловлено неспособностью низкомолекулярного
аналога к кооперативному взаимодействию с фосфолипидной
мембраной.
Поскольку клеточные мембраны и модельные фосфолипид-
ные липосомы часто находятся в более сложной окружающей
среде, чем вода, необходимо рассмотреть возможность того, что
полимеры могут модифицировать структуру мембраны не
только путем липид-полимерного взаимодействия, но и через свя-
зывание других компонентов, стабилизирующих мембрану, на-
пример, путем влияния на дивалентные катионы Са2+, Mg2+,
3—16 зэ
Zn2+, которые, как известно (Chapman D., Urbina J., 1974], уве-
личивают упаковку бислойных мембран и уменьшают их про-
ницаемость. Поэтому связывание или удаление этих ионов из
клеточной мембраны является контролем за проницаемостью и
стабильностью мембран. Возможность такой модификации мо-
дельной мембраны была проверена на примере конкретного
взаимодействия полиэтиленимина и Mg2+ с дипалмитоилфосфа-
тидил глицерольными липосомами [Takigawa D., Tirrell D.,
1985]. Было показано, что добавление линейного или развет-
вленного полиэтиленимина приводит к небольшому изменению
Тпл чистого липида, а добавление ионов Mg2+ вызывает более
глубокие структурные изменения бислоя и снижает проницае-
мость мембран. Добавление полиэтиленимина к липосомам, об-
работанным MgCl2, полностью снимает эффекты, вызванные
добавкой Mg2+. Из этих результатов следует, что полиэтиле-
нимин замещает ионы Mg2+ на поверхности мембраны и что
синтетические полимеры могут быть использованы как сред-
ства, позволяющие контролировать структуру и функцию мем-
бран не только путем непосредственной иммобилизации фосфо-
липидов, но и путем конкурентного вытеснения ионов полива-
лентных металлов, стабилизирующих мембраны.
1.4. ПРИРОДНЫЕ И СИНТЕТИЧЕСКИЕ ПОЛИМЕРЫ
КАК ФАКТОРЫ АНТИБАКТЕРИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ
1.4.1. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛИМЕРОВ
С СОБСТВЕННОЙ АНТИМИКРОБНОЙ АКТИВНОСТЬЮ
Кроме вышеупомянутых синтетических и природных полиме-
ров, выраженными антимикробными свойствами обладают ка-
тионные белки лейкоцитарного происхождения.
«Липкость» фагоцитов связана с изменением отрицательного
поверхностного заряда в результате выделения и адсорбции на
их поверхности катионного белка, накопление которого способ-
ствует электростатическому притяжению микробного тела и его
контакту с мембраной нейтрофильного лейкоцита [Покров-
ский В. И., Нагоев Б. С., 1983].
В противоположность гистонам этот белок способен высво-
бождаться из жизнеспособных лейкоцитов. При изучении
внеклеточного бактерицидного действия катионных белков гра-
нулоцитов В. Е. Пигаревский (1978) показал их способность
нейтрализовать in vitro возбудителей хламидиозов. Он также
изучил фунгицидное действие гистонов и катионных белков гра-
нулоцитов в опытах in vitro и в воспалительных очагах при
экспериментальной кандидозной инфекции. Автор высказал пред-
положение о трех взаимосвязанных механизмах внеклеточного
бактерицидного действия катионных белков в очаге воспале-
34
ния: 1) прямое микробоцидное действие; 2) подготовка микро-
организмов к фагоцитозу; 3) стимуляция фагоцитарной и бак-
терицидной активности макрофагов.
В последнее время накоплены интересные данные о харак-
тере взаимодействия бактериальной и клеточной (фагоцита)
поверхностей. Поглощение микроба фагоцитом является резуль-
татом уменьшения свободной энергии, образующейся на поверх-
ности при установлении контакта с объектом фагоцитирова-
ния. Считается, что поглощение микроба фагоцитом осущест-
вляется главным образом из-за различных энергий на свобод-
ных поверхностях фагоцита и бактериальной клетки. Существует
зависимость между гидрофобностью у микроорганизма и фаго-
цита. Например, бактерии с большим контактным углом, чем
у лейкоцитов, лучше фагоцитируются последними, и наоборот,
бактерии (обычно патогенные) с меньшим контактным углом
фагоцитируются в меньшей степени [Покровский В. И., На-
гоев Б. С., 1983].
Большинство непатогенных бактерий являются более гидро-
фобными, в отличие от фагоцитов, и поэтому поглощаются по-
следними спонтанно. Бактерии более гидрофильные по сравне-
нию с лейкоцитами, слабее фагоцитируются, например капсуль-
ные бактерии. Некоторые антибиотики (пенициллин, полимик-
син) и поверхностно-активные вещества увеличивают контакт-
ный угол бактерий и делают их легко поглощаемыми фагоци-
тами.
В уничтожении фагоцитированных микроорганизмов основ-
ную роль играют ферментативные системы лизосомального ап-
парата лейкоцита. Этот механизм является основой естествен-
ной защиты организма.
Неферментные катионные белки, локализованные как в пер-
вичной, так и во вторичной зернистости, обладают высокой бак-
терицидной активностью. Взаимодействуя путем электростати-
ческого связывания с анионными компонентами бактериальной
стенки, эти белки нарушают ее структуру и функцию, в резуль-
тате чего бактерии утрачивают жизнеспособность и погибают.
Катионные белки вызывают значительные сдвиги в тонкой
структуре стафилококков, причем точкой приложения действия
белков на стафилококки является мембрана бактериальной
клетки [Саппон М.., 1987]. При электронно-микроскопическом
исследовании структурных изменений стафилококков под влия-
нием белка [Покровский В. И., Нагоев Б. С., 1983] установлены
агглютинация большей части микроорганизмов, утолщение и
разрыхление клеточной стенки, высвобождение части клеточ-
ного материала, отслоение цитоплазмы от клеточной стенки, что
ведет к потере бактериями жизнеспособности.
В то же время при исследовании бактерицидного действия
тимусных гистонов, гистоноподобных веществ из ядер кро-
личьих лейкоцитов и лизосомальных катионных белков из тех
8* 35
же лейкоцитов на разные культуры стафилококков установлено
[Анатолий С. А. и др., 1977], что под влиянием испытанных пре-
паратов отмирало большинство штаммов коагулазонегативных
стафилококков, тогда как образующие этот фермент культуры
сохраняли свою жизнеспособность независимо от их вирулент-
ности для мышей, способности к образованию лецитиназы и
к сбраживанию маннита. Авторы высказывают предположение
о связи между чувствительностью стафилококковых штаммов
к антимикробному действию лейкоцитарных катионных белков
и показателем завершенности фагоцитоза этих микроорганиз-
мов.
' Г.4.2. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ' ' "
РАЗЛИЧНЫХ ПОЛИСАХАРИДОВ
' Заманчивой остается возможность создания полимерных ан-
тимикробных препаратов, оказывающих одновременно влияние
на реактивность макроорганизма. Особый интерес в этом
аспекте вызывают природные биополимеры — полисахариды
микробного происхождения. Эффективность их действия Зави-
сит от многих факторов, и в том числе от химического состава,
структуры, молекулярной массы и других свойств [Елинов Н. П.,
1978, 1984]. •
Известно [Аркадьева Г. Е., 1978], что вещества полисахарид-
ной природы при введении в макроорганизм вызывают слож-
ный комплекс ответных реакций. Они стимулируют защитные
силы организма и тем самым повышают его устойчивость
к различного рода неблагоприятным воздействиям, в том чи-
сле— к инфекциям. Показано стимулирующее действие поли-
сахаридов, выделенных из дрожжеподобных трибов и актиномп-
цетов, на фагоцитарную деятельность макрофагов и клеток ре-
тикулоэндотелиальной системы, на гемопоэз, гуморальные за-
щитные факторы. Полисахаридные препараты способны повы-
шать естественную сопротивляемость макроорганизма к неко-
торым бактериальным инфекциям. Этот защитный эффект яв-
ляется превентивным. Полисахариды не оказывают непосред-
ственного губительного воздействия на возбудителей инфекций,
и их защитноё влияние осуществляется как результат активи-
зации клеточных и гуморальных естественных факторов имму-
нитета.
Н. П. Блиновым и соавт. (1970, 1984) проводятся исследова-
ния микробных полисахаридов, в том числе маннана Rh. rubra,
представляющего линейный полимер D-маннозы с чередующи-
мися р—1—3 и р—1—4 гликозидными связями. Этот угле-
вод обладает выраженной биологической активностью. Несом-
ненный интерес Представляет исследование влияния его одного
и в комплексе с тетрациклинами и ПАВ на течение эксперимен-
тальной инфекции. Нами [Ананьева Е. П., Афиногенов Г. Е.,
Таблица 10
Действие тетрациклина и роккала на выживаемость мышей
при экспериментальной стафилококковой инфекции
Группы мышей Число мышей Количе- ство по- гибших животных через 48 ч, %
Всего в группе Из них погибло через .
24 ч 48 ч
Инфицированные, (контроль) нелеченные 30 21 21 70
Инфицированные, леченные 30 18 18 60
тетрациклином Инфицированные, роккалом леченные 30 20 22 73,2
Инфицированные, леченные 30 7 8 26.8
тетрациклином и роккалом
1978] было изучено влияние полисахарида маннана на лечение
экспериментальной инфекции у мышей, вызванной внутрибрю-
шинным введением стафилококка и синегнойной палочки.
При! изучении комбинированного действия тетрациклина и
роккала на’ экспериментальную стафилококковую инфекцию
у мышей в предварительных'экспериментах были выявлены кон-
центрации антибиотика и ПАВ, практически не влияющие на
выживаемость экспериментальных животных. Тетрациклин при-
меняли в дозе 50 ЕД/мл (1 мл/мышь) и роккал в разведении
1 :500 тыс. (1 мл/мышь). Введение стафилококка (штамм 1501)
вызывало гибель 70 % мышей. Лечебного эффекта от роккала
не было, а введение антибиотика повышало выживаемость жи-
вотных на Ю %. Совместное применение роккала и тетрацик-
лина статистически достоверно снижало смертность мышей (до
26,8 %) (табл. 10). Введение антибиотика, ПАВ или их ком-
бинаций уменьшало количество жизнеспособных клеток стафи-
лококка в брюшной полости погибших мышей. У выживших
животных совместное применение роккала и тетрациклина сни-
жает обсемененность брюшной полости в 5 раз. Отдельное при-
менение этих препаратов не. влияло на обсемененность (тетра-
циклин) и даже увеличивало (роккал) количество жизнеспособ-
ных микробных клеток (табл. 11).
Введение полисахарида (2,5 мг/кг) проводили по двум схе-
мам: 1) одновременно со взвесью стафилококка; 2) за сутки до
инфицирования мышей.
В табл. 12 пре,пставлены данные о выживаемости живот-
ных. Учет результатов проводили через 24 и 48 ч. Одновремен-
ное введение полисахарида и стафилококка ухудшало течение
инфекционного процесса, вызывая гибель 80 % животных, при
этом в 10 раз увеличивалось количество жизнеспособных кле-
37
Таблица 11
Обсемененность брюшной полости погибших и выживших мышей
при лечении стафилококковой инфекции тетрациклином и роккалом
Группы животных 1 Количество жизнеспособных клеток ' стафилококка (иа мышь)
Погибшие мыши Выжившие мыши
Инфицированные, нелеченные (контроль) Инфицированные, леченные тетрациклином Инфицированные, леченные роккалом Инфицированные, леченные тетрациклином и роккалом 3>4,7Х107±6,8Х107 4,64ХЮ7±О,9ХЮ7 15,2ХЮ7±4,ЗХ107 6,02ХЮ7±1,5ХЮ7 49,6 X1 №±2,2X10» 52,2 X 103±2,4ХЮ3 Ю,5ХЮ4±3,2Х104 9,98Х103±2,8ХЮ3
Таблица 12
Влияние маннана Rh. rubra на течение экспериментальной
стафилококковой инфекции мышей, леченных тетрациклином и роккалом
Группы животных Число мышей в группе Количе- ство по- гибших мышей через 48 ч, %
Всего в группе Из иих погибло через
24 ч 48 ч
Инфицированные, нелеченные (контроль) 30 21 21 70
Инфицированные при одновре- менном введении маннана: 30 21 24 80
леченные тетрациклином 30 17 17 56,6
леченные роккалом 30 25 25 83,5
леченные тетрациклином и роккалом 30 9 9 30
Инфицированные после предва- рительного введения (за сутки) маннана: 30 3 3 10
леченные тетрациклином 30 0 0 0
леченные роккалом 30 2 2 6,67
леченные тетрациклином и роккалом 30 0 0 0
ток стафилококка в брюшной полости погибших мышей По-
следующее введение тетрациклина несколько повышало выжи-
ваемость животных, в то время как при введении роккала про-
цент гибели их увеличивался. Однако совместное применение
антибиотика и ПАВ снижало гибель мышей до 30 %.
1 Это согласуется с данными Л. Ф. Смирновой и соавт. (1988) о защит-
ном действии декстрана на клетки Е. coli.
38
Таблица 13
Обсемененность брюшной полости мышей
при лечении экспериментальной инфекции маннаном Rh. rubra,
тетрациклином и роккалом
Группы животных Количество жизнеспособных клеток стафило- кокка (на мышь) на ! мл смыва у
погибших животных выживших животных
Инфицированные, нелечен- ные 34,7ХЮ7±6,8ХЮ7 49,6 X 103±2,2ХЮ3
Инфицированные при одно- временном введении ман- нана: 20,4Х108±6,6+108 26,03ХЮ3±3,04ХЮ3
леченные тетрацикли- ном 75,6ХЮ7±20Х107 12,8Х 103±6,25Х103
леченные роккалом 12,2ХЮ7±5,ЗХЮ7 76,2X104± 11,8X10*
леченные тетрацикли- ном и роккалом 2,0ХЮ7±0,4х107 13,5ХЮ3±4,5Х1О3
Инфицированные после предварительного введения (за сутки) маннана: — 20,02ХЮ3±7,6Х 10J
леченные тетрацикли- ном — is.sxio’ii^xio3
леченные роккалом — 10,6ХЮ4±3,1Х104
леченные тетрацикли- ном и роккалом — 8,7ХЮ3±3,2Х103
Профилактическое введение маннана (за сутки до зараже-
ния) способствовало резкому увеличению выживаемости (за
48 ч погибло 10 % животных), а при дополнительном введении
тетрациклина или его смеси с роккалом выживаемость мышей
была равна 100 %.
Количество жизнеспособных клеток стафилококка в брюш-
ной полости выживших животных при использовании первой
схемы введения полисахарида незначительно изменялось в про-
цессе лечения инфекции тетрациклином или его комбинацией
с ПАВ. Однако применение роккала способствовало значитель-
ному увеличению (в 15 раз) обсемененности (табл. 13). При
использовании профилактической схемы введения маннана мы
наблюдали аналогичную закономерность.
Так как профилактическое введение полисахарида с после-
дующим лечением одним тетрациклином или вместе с ПАВ
обеспечивало резкое возрастание выживаемости в течение 2 сут,
было целесообразным проследить динамику гибели мышей и
обсемененности брюшной полости, печени и селезенки в более
отдаленные сроки.
При профилактическом введении маннана Rh. rubra через
10 сут погибало 35 % мышей, причем не наблюдали достовер-
ного отличия в гибели животных при последующих введениях
39
Таблица 14
Влияние маннана Rh. rubra на выживаемость мышей
при лечейии экспериментальной стафилококковой инфекции
тетрациклином и роккалом
Группы животных й Всего мышей в группе Число мышей через 10 сут Количе- ство по- гибших мышей, %
ВЫЖИВ- ШИХ погибших
F 1' Получившие маннан однократно:
инфицированные, леченные । 20 13 7 35
инфицированные, 1 леченные тетрациклином । 20 14 6 30
инфицированные, леченные | тетрациклином и роккалом Получившие маннан двукратно: 20 16 4 20
инфицированные, нелеченные 20 , 14 6 30
инфицированные, леченные ' тетрациклином 20 15 5 25
инфицированные, леченные тетрациклином и роккалом 20 16 4 20
тетрациклина или его комбинации с роккалом, хотя имеется
тенденция к повышению выживаемости (табл. 14).
При двукратном введении полисахарида за сутки до зара-
жения животных и на 3-и сутки после введения стафилококка
также не отмечено достоверного изменения выживаемости.
Была изучена обсемененность брюшной полости, печени и
селезенки выживших животных при двух указанных схемах
введения маннана (профилактической и лечебно-профилактиче-
ской) и при действии тетрациклина и его комбинаций с рокка-
лом. Вскрытие животных и определение количества жизнеспо-
собных клеток стафилококка проводили на 1-е, 2-е, 3-и, 6-е, 8-е,
10-е сутки после заражения. При двукратном введении полиса-
харида вскрытие мышей и анализ обсемененности проводили на
4-е, 6-е, 8-е, 10-е сутки после инфицирования. Содержание жиз-
неспособных клеток рассчитывали на 0,01 г печени или селе-
зенки или на 1 мл смыва изотоническим раствором натрия хло-
рида из брюшной полости мышей.
Динамика изменения обсемененности брюшной полости мы-
шей при лечении экспериментальной стафилококковой инфекции
показана на рис. 5. Профилактическое введение полисахарида
приводило к снижению количества клеток стафилококка в кон-
троле и у животных, леченных антибиотиком и ПАВ, к 3-м сут-
кам после заражения. Затем число микробных особей резко
возрастало, но далее, к 10-м суткам эксперимента, отмечали
снижение обсемененности. Однако ее уровень оставался доста-
точно высоким (см. рис. 5, а).
Повторное введение полисахарида (на 3-и сутки после зара-
40
Рис. 5. Обсеменность
брюшной полости вы-
живших мышей при дей-
ствии маннана Rh. rubra,
тетрациклина и роккала.
а — профилактическое вве-
дение маинана; б — лечеб-
но-профилактическое введе-
ние маннана; 1 — инфициоо-
ванные животные (конт-
роль) ; 2 — инфицированные,
леченные тетрациклином;
3 — инфицированные, лечен-
ные тетрациклином и рокка-
лом.
жения мышей) вызывало равномерное уменьшение количества
клеток стафилококка в контроле, при лечении одним антибио-
тиком или же вместе с ПАВ (см. рис. 5,6). К 10-м суткам
брюшная полость почти полностью освобождалась о? стафило-
кокка. Наибольший лечебный эффект наблюдался от комбини-
рованного применения тетрациклина и роккала на «фоне» поли-
сахарида.
Та же закономерность наблюдалась при изучении обсеменен-
ности печени и селезенки экспериментальных животных
(рис. 6, 7).
Однократное профилактическое введение маннана с после-
дующим лечением тетрациклином или его комбинацией с ПАВ
не приводило на 10-е сутки к снижению обсемененности иссле-
дуемых органов. Наоборот, после некоторого уменьшения ко-
личества клеток к 3-м суткам (контроль и введение антибио-
тика с ПАВ) и к 6-м суткам (введение антибиотика) происхо-
дило резкое увеличение обсемененности печени и селезенки (см.
рис. 6, а, 7, а). При повторном введении маннана наблюдалось
уменьшение количества жизнеспособных клеток стафилококка
в контроле и в группе, леченной антибиотиком. Однако наи-
больший лечебный эффект отмечен в случае применения тетра-
циклина с роккалом, когда организм зараженных мышей прак-
41
Рис. 6. Обсеменность се-
лезенки выживших мы-
шей при действии ман-
нана Rh. rubra, тетра-
циклина и роккала.
а — профилактическое введе-
ние маииана; б — лечебно-
профилактическое введение
маннана; 1 — инфицирован-
ные животные (контроль);
2 — инфицированные живот-
ные, леченные тетрацикли-
ном; 3 — инфицированные и
леченные тетрациклином и
роккалом.
4 6 8 W
Сутки после заражения
б
тически полностью освобождался от стафилококка (см.
рис. 6, б, 7, б).
Таким образом, выживаемость животных при эксперимен-
тальной стафилококковой инфекции значительно возрастает при
ее комбинированном лечении тетрациклином и роккалом. Од-
нако наибольший эффект достигается в случае применения этих
препаратов на «фоне» введения полисахарида, что выражается
не только в защите животных от гибели, но и в освобождении
организма от стафилококка. Применение комбинаций полисаха-
рида с антимикробными агентами может быть перспективным
для профилактики и лечения воспалительных процессов, вы-
званных различными возбудителями, особенно при их резистент-
ности к антибиотикам.
Предварительное введение маннана оказывало отчетливое
протективное действие при экспериментальной синегнойной ин-
фекции. В этом случае смертность мышей снижалась с 80 %
до 10 %
В последующем нами [Паньшин А. Г. и др., 1986] была изу-
чена протективная активность микробных полисахаридов (ман-
нана и продигиозана) при экспериментальной стафилококковой
инфекции у мышей с множественными переломами костей, ин-
фицированных через 24 или 48 ч после травмы путем внутри-
брюшинного введения стафилококка (штамм № 1582) в леталь-
42
Рис. 7. Обсеменность пе-
чени выживших мышей
при действии маннана
Rh. rubra, тетрациклина
и роккала.
а — профилактическое введе-
ние маннана; б — лечебно-
профилактическое введение
маннана; 1 — инфицирован-
ные животные (контроль);
2 — инфицированные, лечен-
ные тетрациклином; 3 — ин-
фицированные, леченные
тетрациклином и роккалом.
ной дозе. Полисахариды, маннан в дозе 12,5 и 100 мкг и про-
дигиозан в дозе 0,25 и 2,5 мкг на животное, вводили внутри-
брюшинно за 24 ч до заражения. Установлено, что предвари-
тельное введение маннана достоверно повышало устойчивость
животных к развитию летальной стафилококковой инфекции.
Если в контрольной группе при заражении через 24 и 48 ч после
травмы смертность животных достигала 100 %, то при примене-
нии высоких доз этого препарата она составила всего 6,7 и
13,3 %, а низких доз — 20 и 26,6 %.
Сходным с маннаном свойством обладал и продигиозан. На
1—2-е сутки после травмы этот полисахарид в малой дозе за-
щищал от гибели 73 % животных, а в высокой — 87 %.
Полученные данные можно считать доказательством высокой
протективной активности полисахаридов микробного происхож-
дения в отношении экспериментальной стафилококковой инфек-
ции у животных, находящихся в состоянии посттравматической
иммуносупрессии.
Н. Н. Беседнова и соавт. (1982) изучили влияние полисаха-
ридов, выделенных из морских беспозвоночных, мидий (мити-
лан) и мягкого коралла, на иммунобиологическую реактивность
организма животных с экспериментальной септической инфек-
цией (в том числе, стафилококковой). Эти биополимеры при
однократном парентеральном введении стимулировали у живот-
43
ных естественные защитные реакции макроорганизма, что вы-
ражалось в увеличении числа лейкоцитов в периферической
крови и усилении фагоцитарной активности полиморфноядер-
ных лейкоцитов и моноцитов по отношению к, ряду микроорга-
низмов, в том числе стафилококку.
Таким образом, они явились стимуляторами иммунной си-
стемы. При введении их повышались (по сравнению с контро-
лем) титры антител (гемолизинов) в ответ на введение эритро-
цитов барана, а также увеличивалась клеточная база антите-
лообразовавия (возрастало число антителообразующих клеток
в селезенке животных). Онн обладали превентивным защитным
свойством при заражении стафилококком.
Внимание современных исследователей все более привле-
кают вакцины, построенные на основе тех протективных анти-
генов, которые играют у бактерий роль патогенетических фак-
торов, обеспечивающих начальные этапы инфекционного про-
цесса— адгезию и колонизацию [Костюкова Н. Н., Езеп-
чук Ю. В., 1984]. Протективные антигены относятся к факторам
патогенности болезнетворных микроорганизмов, в отношении
которых организм хозяина в процессе эволюции выработал спо-
собность формировать специфическую защитную иммунную ре-
акцию. Такие вакцины могут явиться единственным средством
искоренения заболеваний, характеризующихся бактерионоси-
тельством, и помочь в борьбе с госпитальными инфекциями, вы-
зываемыми условно-патогенными бактериями.
В течение двух последних десятилетий с успехом использу-
ются химические.вакцины на основе бактериальных капсульных
полисахаридов.
Введение чистых полисахаридов вызывает выработку опсо-
нирующих антител. Однако для полной защиты необходимы и
бактерицидные антитела, которые возникают преимущественно
в ответ на введение белоксодержащих антигенов. Поэтому од-
ним из новых направлений создания полноценных химических
вакцин против патогенных микроорганизмов явилась разра-
ботка комплексных препаратов, содержащих конъюгаты кап-
сульного полисахарида с очищенными белками.
Нами (совместно с А. Ф. Мороз и соавт.) показана возмож-
ность замены белков синтетическими полимерами (сополиме-
рами винилпирролидона) при получении иммунной композиции
на основе капсульных полисахаридов слизи синегнойной па-
лочки.
Эти полимерные композиции обеспечивают высокие (1 :700—
1 :1300) титры антител при однократном введении в течение
9 нед по сравнению с чистым антигеном, для которого наиболь-
ший уровень антител был в 5 раз ниже и сохранялся в течение
4 нед.
Протективные свойства у композиций с синтетическими по-
лимерами были в 3 раза выше, чем у чистого антигена.
44
Конструирование химических вакцин из отдельных компо-
нентов протективиых соединений открывает перспективы раз-
работки ассоциированных препаратов, содержащих защитные
компоненты сразу против нескольких инфекций.
1.4.3. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ
СИНТЕТИЧЕСКИХ ВОДОРАСТВОРИМЫХ ПОЛИМЕРОВ
В связи с проблемой создания искусственных вакцин и анти-
генов в настоящее время усиленно изучается влияние синтетиче-
ских полиэлектролитов на иммуногенез. Полиэлектролиты ока-
зывают выраженное иммуностимулирующее действие [Пет-
ров Р. В. и др., 1983, 1986, 1988; Kabanow V., 1986]. Учитывая
общность механизмов иммунитета и аллергии, было исследовано
их влияние на аллергические реакции [Жарасов М. Ж. и др.,
1987]. При этом было показано, что введение сополимера акри-
ловой кислоты и N-винилпирролидона, содержащего 45 мол. %,
звеньев акриловой кислоты (NA-5), в различные сроки до сен-
сибилизации усиливает развитие повышенной чувствительности
замедленного типа (ПЧЗТ) к золотистому стафилококку
(штамм Cowan-1).
Усиление ПЧЗТ к золотистому стафилококку под влиянием
полиэлектролитов авторы объясняют стимулированием полиме-
рами миграции Т-лимфоцитов из центральных лимфоидных ор-
ганов в периферические, стимулированием кооперативного взаи-
модействия между Т- и В-лимфоцитами, лимфоцитами и макро-
фагами, что в итоге приводит к усилению клеточных реакций
ПЧЗТ. По мнению авторов, полиэлектролиты NA-5 и NA-6 при-
годны для стимуляции Т-лимфоцитарных реакций иммунитета.,
причем усиление ПЧЗТ носит транзиторный характер.
Не менее интересными являются данные о влиянии синтети-
ческих полиэлектролитов п-’ хелперную активность тимоцитов
[Норимов А. Ш. и др., 19ЬЦ. Целью работы авторов было изу-
чение влияния полианионэв — сополимера N-винилпирролидона
(NA-5) и полиакриловой кислоты (ПАК), введенных в систему
взаимодействующих макрофагов и клеток тимуса, на хелперную
активность тимоцитов. Полученные авторами данные свидетель-
ствуют, что взаимодействие тимоцитов с макрофагами приво-
дит, по-видимому, к дозреванию (или созреванию) части клеток
тимуса в Т-клетки, обладающие хелперной активностью. Хел-
перный фактор позволяет иммунокомпетентным В-клеткам ре-
агировать на антигены, которые иначе не могли быть распо-
знаны. Значительное усиление хелперной активности клеток ви-
лочковой железы, инкубированных с макрофагами в присут-
ствии NA-5 и ПАК, авторы связывают со способностью макро-
молекул сорбироваться на поверхности клеток тимуса и макро-
фагов. Эта способность у NA-5 выражена сильнее, чем у ПАК.
45
Нами [Афиногенов Г. Е., Паньшин А. Г., 1987] выявлена им-
муномодулирующая активность сополимеров винилпирролидона
с кротоновой кислотой, которые, однако, оказывают относитель-
но слабое действие.
Таким образом, вполне допустимо, что использованные ли-
нейные полимеры способны стимулировать взаимодействие мак-
рофагов с лимфоцитами, в том числе с тимоцитами, за счет
многоточечной адсорбции полимерных молекул на клеточных
мембранах. Этим путем может быть облегчена необходимая ко-
операция макрофагов и лимфоцитов. Изучены иммуностимули-
рующие свойства синтетических полиэлектролитов. Полимеры
этого типа нашли применение в качестве носителей для созда-
ния искусственных иммуногенных антигенов нового типа [Пет-
ров Р. В. и др., 1983].
Препараты поливинилпирролидона (ПВП) широко приме-
няют в медицине для лечения заболеваний, в патогенезе кото-
рых ведущее значение имеет интоксикация организма. В послед-
ние годы на основе ПВП разработаны препараты, предназна-
ченные для инфузионного и перорального применения, обладаю-
щие высокими сорбционными свойствами, связывающие различ-
ные токсические вещества и способствующие их быстрому вы-
ведению из организма [Суздалева В. В., 1985; Эрешов М. Э.
и др., 1987].
Благоприятный эффект этих препаратов обнаружен при эн-
теральном применении для лечения дизентерии и пищевых ток-
сикоинфекций, протекающих с выраженной интоксикацией. Ав-
торы отмечают, что 4 % раствор ПВП, вводимый белым крысам
перорально в течение 5 дней по 0,5 мл, не оказывает существен-
ного влияния на основные представители аутофлоры (Е. coli,
энтерококки, дрожжеподобные грибы, клостридии, лактоба-
циллы). Обработка бактериальных культур растворами ПВП
снижает их токсичность для мышей. Значения ЛД50 для Е. coli
возрастали от 0,32 до 0,87 млрд микробных клеток соответ-
ственно в контрольной и опытной пробах, в которых использо-
вали 10 % раствор ПВП.
Аналогичная зависимость была отмечена при изучении влия-
ния ПВП на взвесь Р. vulgaris. Значения ЛД5о культуры воз-
растали от 1,8 млрд микробных клеток в контроле до 3,5 млрд
микробных клеток после обработки микробной взвеси 10 % рас-
твором ПВП. Меньший эффект давал 4 % раствор ПВП, но
снижение токсичности микробных взвесей также проявлялось.
Бактерицидный и агглютинирующий эффект ПВП по отноше-
нию к Е. coli в опытах in vitro наблюдали при использовании
1 % и 10 % растворов ПВП. Он был менее выражен при ис-
пользовании 0,1 % раствора ПВП. При инкубации микробов
с 1 % и 10% растворами ПВП погибали 100 % Е. coli, при
меньшей концентрации (0,1 %)—50 % микроорганизмов.
Трудно согласиться с выводами авторов о наличии бактерицид-
46
ной активности у ПВП, которое в наших опытах не подтвер-
дилась.
Таким образом, из анализа приведенного материала можно
сделать заключение о том, что достаточно широкий круг синте-
тических и природных полимеров обладает антимикробной ак-
тивностью. Однако многие из них высокотоксичны, поэтому
только некоторые могут представлять интерес для клиники, глав-
ным образом для местного применения в качестве бактерицид-
ных препаратов. Однако многие природные полимеры и их син-
тетические аналоги весьма перспективны в качестве средств,
повышающих неспецифические и специфические защитные
функции макроорганизма.
ГЛАВА 2
АНТИБИОТИКИ, МОДИФИЦИРОВАННЫЕ
ВОДОРАСТВОРИМЫМИ ПОЛИМЕРАМИ
2.1. ЛЕКАРСТВЕННАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ БАКТЕРИИ
И ПУТИ ЕЕ ПРЕОДОЛЕНИЯ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОЛИМЕРОВ
Снижение эффективности традиционных антибиотических
препаратов в борьбе с бактериальными инфекциями и необхо-
димость новых химиотерапевтических агентов определяются
прежде всего лекарственной устойчивостью бактерий. Наиболь-
шей быстротой приобретения лекарственной устойчивости отли-
чаются стафилококки, в связи с чем стафилококковые инфекции
остаются серьезной проблемой в клинической медицине [Со-
ловьев В. Н., 1973; Терешин И. М., 1977; Bryan L., 1984]. Устой-
чивость может возникнуть как следствие хромосомной мутации
в результате непосредственного контакта бактериальной попу-
ляции с антибиотиком. В итоге выживают клетки, имеющие из-
мененный ген. Кроме того, бактерии имеют добавочный источ-
ник генетической изменчивости. Они могут получить от других
бактерий генетический материал в виде плазмид и транспозонов
[Гэйл Э., 1975; Навашин С. М., Голуб Е. И., 1976]. На биохими-
ческом уровне устойчивость бактерий к антибиотикам обуслов-
ливается несколькими факторами:
1) изменение фермента-мишени в клетке таким образом, что
он становится не чувствительным к ингибитору;
2) снижение физиологической роли фермента-мишени;
3) изменение проницаемости мембран и предотвращение до-
ступа антибиотика к мишени;
4) синтез фермента, способного инактивировать антибиотик.
В клиническом аспекте наибольшее значение имеют 2 основ-
ных фактора — изменение проницаемости мембран, т. е. умень-
47
ш'енйё'(илй предотвращение) доступа антимикробного агента
к своей мишени в клетке, и продукция ферментов — инактива-
торов антимикробных веществ.
Проницаемость. Для того чтобы антимикробный агент мог
ингибировать или иначе воздействовать на мишень в клетке, он
прежде всего должен достичь ее. Для этого он должен пройти
через клеточные барьеры: капсулярный материал, внешнюю
мембрану в случае грамотрицательных бактерий, пептидогли-
кан и в ряде случаев — цитоплазматическую мембрану [Шле-
гель Г., 1987]. После достижения цели антимикробный агент мо-
жет блокировать функции клетки, которые обеспечивают репли-
кацию, и (или) вызвать ее гибель. Уменьшение проницаемости
клеточных барьеров для внешних токсических агентов — одна
из первых реакций бактерий на действие химиотерапевтического
препарата. Она выражается в повышении содержания липидов
в клеточной стенке устойчивых штаммов [Рубан Е. Л., 1977].
Клеточная стенка грамположительных бактерий состоит из
толстого пептидогликанового слоя и может также содержать ко-
валентно-связанные тейхоевые и тейхуроновые кислоты. Эти
полимеры* являются гидрофильными и несут отрицательный за-
ряд [Ward J., 1981].. Пептидогликан сам не является барьером
для диффузии антибиотиков, так как через него могут прохо-
дить макромолекулы с относительной молекулярной массой бо-
лее 100 000 [Godfrey A., Bryan L., 1984]. Первым барьерным
слоем в случае грамотрицательных микроорганизмов является
внешняя мембрана. Она состоит из фосфолипидов, липополиса-
харидов, липопротеинов и протеинов и может в принципе рас-
сматриваться как гидрофобный бислой с гидрофильными кана-
лами [Шлегель Г., 1987]. Молекулы антибиотиков или иных
веществ транспортируются через этот барьер двумя путями. Гид-
рофильные вещества проходят через гидрофильные поры, а гид-
рофобные солюбилизируются в гидрофобном бислое. Вещества,
прошедшие через внешнюю мембрану у грамотрицательных
бактерий, должны затем пройти через тонкий пептидогликано-
вый слой и цитоплазматическую мембрану.
Последним барьером является цитоплазматическая мем-
брана. В цитоплазматической мембране локализованы мишени
таких антибиотиков, как 0-лактамы, бацитрацин, полимиксин,
поэтому она не является для них барьером. Если мишень нахо-
дится в цитоплазме (тетрациклины, аминогликозиды, линкоми-
цины и др.), то цитоплазматическая мембрана оказывается
почти абсолютным барьером для их проникновения. Исключе-
ние составляют антибиотики (хлорамфеникол, новобиоцин, ри-
фампицин), которые солюбилизируются в цитоплазматической
мембране и затем диффундируют.
Изменение проницаемости мембран является основным мо-
ментом, обусловливающим устойчивость к тетрациклиновым
антибиотиками [Levy S., 1984]. Известно, что антибиотики тетра.
4S
циклинового ряда проникают в клетки посредством активного
транспорта. При этом выявлены 2 системы транспорта: одна
обеспечивает энергонезависимое поглощение, а другая — энерго-
зависимое [McMurry L., 1981, 1983]. Дивалентные катионы Mg2+
и Са2+ влияют на поглощение тетрациклинов бактериальными
клетками. Обработка клеток этилендиаминтетрауксусной кис-
лотой (ЭДТА), которая связывает эти ионы, приводит к увели-
чению транспорта тетрациклина в клетку. Исследования
[McMurry L., 1983] не только показали существенную роль внеш-
ней мембраны грамотрицательных бактерий, которая снижает
скорость вхождения антибиотика в клетку, но и выявили опре-
деленную роль цитоплазматической мембраны. Было показано,
что относительная скорость транспорта тетрациклина и мино-
циклина в клетку зависит первоначально от скорости прохож-
дения через внешнюю мембрану, а затем от скорости поглоще-
ния плазматической мембраной. Выведение тетрациклина из
клетки осуществляется высокоспецифическим белком, локализо-
ванным в цитоплазматической мембране. Когда скорость про-
никновения лекарства через внешнюю мембрану мала, выведе-
ние препарата замедляется. Следствием этого является повыше-
ние МПК, когда концентрация тетрациклина в окружающей
среде незначительна. При высоких концентрациях выведение не-
эффективно из-за энергонезависимого транспорта. Схематиче-
ски изменение в транспорте тетрациклинов в чувствительные и
устойчивые клетки можно представить следующим образом
(рис. 8).
Снижение чувствительности к р-лактамным антибиотикам
также может быть обусловлено изменением проницаемости
мембраны. Установлено, что для грамположительных и грамот-
рицательных бактерий изменение восприимчивости к различным
антибиотикам, включая р-лактамы, связано с относительным
увеличением содержания липидов [Miller М., 1973]. Экстракция
липидов органическими растворителями из стенки бактерий или
гидролиз их липазами восстанавливают чувствительность клеток
к антибиотикам.
Структурные изменения липополисахаридов во внешней мем-
бране грамотрицательных бактерий являются одной из причин
устойчивости к антибиотикам. Они выражаются в изменении бо-
ковых цепей липополисахаридов, их длины и степени гидрофоб-
ности. Повышение гидрофобности липополисахаридов снижает
возможность прохождения через них молекул гидрофильных
антибиотиков. Добавление ЭДТА к клеткам грамотрицательных
бактерий, которая хелатирует поливалентные ионы, связываю-
щие и стабилизирующие молекулы липополисахаридов, приво-
дит к удалению липополисахаридов из внешней мембраны и по-
вышению чувствительности к антибиотикам [Leive L., 1974].
Устойчивость многих грамположительных бактерий и некоторых
грамотрицательных к полимиксину и другим пептидным анти-
4—16 49
Рис. 8. Схема аккумуляции тетрациклина чувствительными (а) и устой-
чивыми (б) клетками.
а — тетрациклин (Т) проходит через внешнюю мембрану, проникая через поры,
затем проходит через цитоплазматическую мембрану путем диффузии или активного
транспорта. В цитоплазматической мембране возможно слабое обратное выделение
антибиотика; б — устойчивые клетки имеют систему поглощения и выделения ан-
тибиотика. Система активного выделения функционирует с помощью специфического
белка, локализованного в мембране. Вторая функция этого белка, возможно, состоит
в удержании тетрациклина в мембране и недопущении его к рибосомам.
биотикам обусловлена особенностью клеточной стенки, которая
связывает большое количество антибиотика и препятствует про-
никновению полимиксина к цитоплазматической мембране.
Когда клеточная стенка у устойчивых штаммов удалена, напри-
мер действием лизоцима [Galissi А., 1975], бактерии становятся
чувствительными к полимиксину. Чувствительность бактерии
к полимиксину также в значительной степени зависит от при-
сутствия дивалентных катионов Mg2+ и Са2+, которые являются
конкурентами за взаимодействие антибиотика с лигандами
в клеточной стенке.
Устойчивость к сульфаниламидам и некоторым антисептикам
из ряда солей четвертичного аммония и соединений фенола
в ряде случаев также обусловлена непроницаемостью для этих
соединений клеточной стенки. По той же причине споры бакте-
50
рий не чувствительны к этим соединениям [Hancock R., Ni-
cas Th., 1984].
Снижение физиологической роли фермента-мишени. Сниже-
ние физиологической роли фермента-мишени в некоторых слу-
чаях определяет устойчивость грамотрицательных бактерий
к пенициллинам, клеточная стенка которых содержит слабо
сшитый тонкий слой пептидогликана. Поэтому ингибирование
Р-лактамными антибиотиками сшивки пептидогликана не ока-
зывается столь важным для жизнеспособности этих бактерий
по сравнению с грамположительными, поскольку другие поли-
меры могут поддерживать жесткость наружных слоев [Гэйл Э.,
1975]; у последних клеточная стенка на 50—90 % построена из
пептидогликана, степень сшивки которого достигает 80 %, хотя
чувствительность транспептидазы, ингибиторами которой явля-
ются р-лактамы, остается неизменной к пенициллину в том и
другом случае [Mirelman D., Sharon N„ 1972].
Изменение чувствительности к ингибитору фермента-мишени.
Изменение фермента-мишени в клетке таким образом, что он
становится менее чувствительным к ингибитору, является основ-
ной причиной устойчивости к сульфаниламидным препаратам.
Сульфаниламиды являются ингибиторами ферментов дигид-
роптероат- и дигидрофолатсинтетазы, которые участвуют в био-
синтезе фолиевой кислоты. Являясь структурными аналогами
n-аминобензойной кислоты, сульфаниламиды оказываются кон-
курентными ингибиторами этих ферментов. Устойчивость
к сульфаниламидам обусловлена изменением структуры актив-
ного центра данных ферментов благодаря снижению ее срод-
ства к сульфаниламиду. Показано [Ortiz Р., 1970], что у моди-
фицированного фермента сродство к сульфаниламиду снижа-
ется в 100 раз, а к n-аминобензойной кислоте возрастает
в 2 раза. Другой механизм устойчивости к сульфаниламидам
заключается в гиперпродукции n-аминобензойной кислоты, из-
быток которой снимает метаболический блок, обусловленный
ингибированием дигидроптероатсинтетазы [Hamilton-Miller J.,
1984]. Устойчивость к сульфаниламидам иногда бывает очень
высокой. Если МПК для чувствительных штаммов составляет
— 25 мкг/мл, то для устойчивых это значение возрастает на 1—
3 порядка. Выявлены штаммы, которые развиваются при высо-
ких концентрациях сульфадиазина (до 20 000 мкг/мл).
Синтез ферментов, инактивирующих антимикробные веще-
ства. Синтез специфических ферментов, инактивирующих анти-
биотики, является одним из основных факторов лекарственной
устойчивости микроорганизмов [Гэйл Э. и др.. 1975]. Это прежде
всего касается р-лактамных антибиотиков. р-Лактамазы, инакти-
вирующие р-лактамные антибиотики, продуцируются грамполо-
жительными и грамотрицательными бактериями. р-Лактамазы
грамположительных бактерий являются в основном внеклеточ-
ными и продуцируются в больших количествах [Citri N., Pol-
4* 51
a
Рис. 9. Локализация Р-лактамаз в грамположительных (а) и грамотрица-
тельных (б) бактериях.
lock М., 1966]. Например, клинические штаммы стафилококков
могут синтезировать пенициллиназу в количестве — 0,1 % от
своей сухой массы [Richmond М., 1963]. Это же присуще ряду
штаммов Вас. cereus, Вас. licheniformis. Синтез пенициллиназы
грамположительными бактериями является индуцибельным.
Фермент до 85—90 % выделяется в окружающую среду, где и
осуществляет гидролиз антибиотика. (З-Лактамазы грамположи-
тельных бактерий обладают высоким сродством к своим суб-
стратам, особенно к природным. Так, например, константа Ми-
хаэлиса Кщ стафилококковой р-лактамазы для бензилпеницил-
лина равна —10~7 М. Это связано с тем, что фермент должен
работать эффективно в среде, окружающей клетку (рис. 9).
р-Лактамазы грамотрицательных бактерий, как правило, свя-
заны с клеткой, они локализованы в периплазматическом про-
странстве. Синтезируются они в меньшем количестве — 0,005 %
от сухой массы и сродство к субстрату у них ниже [Rich-
mond М., Curtis N., 1974]. Они гидролизуют антибиотик, кото-'
рый проникает через поверхностные слои клетки, на его пути
52
к транспептидазам. Когда клетка продуцирует большое количе-
ство фермента, то молекулы фермента оказываются плотно упа-
кованными в периплазматическом пространстве, и даже если
р-лактамный антибиотик устойчив к гидролизу р-лактамазами,
то плотно упакованные молекулы р-лактамазы могут представ-
лять для него физический барьер.
р-Лактамазы многих бактерий выделены в виде индивиду-
альных белков и являются хорошо изученными ферментами.
Изучен их аминокислотный состав у различных бактерий [Rich-
mond М., 1971], и выявлено 4 класса ферментов в зависимости
от чувствительности к ингибирующим агентам и скорости гид-
ролиза различных субстратов. Все они представляют одноцепо-
чечные белки, содержащие от 257 до 275 аминокислотных остат-
ков. У всех р-лактамаз грамотрицательных бактерий имеется
один гистидиновый остаток. У большинства р-лактамаз отсут-
ствует цистеин. Выявленные различия в энзиматических свой-
ствах обусловлены относительно минорными вариациями ами-
нокислотной последовательности. Определена аминокислотная
последовательность стафилококковой р-лактамазы [Ambler R.,
1975] и выявлены в молекуле фермента гидрофобные области и
сильноосновная область с высоким содержанием лизиновых
остатков. р-Лактамазы имеют относительную молекулярную
массу 29 000—33 000 и содержат большое число остатков основ-
ных аминокислот — лизина и аргинина. Полагают [Jamamoto S.,
Lampen J., 1976], что гистидин, наряду с триптофаном, серином
и аргинином, входит в активный центр фермента и играет, ве-
роятно, определяющую роль в активном центре р-лактамаз.
В пользу этого предположения говорят данные по катализу гид-
ролиза пенициллина в воде имидазолом при нейтральном pH
[Bundgaard Н., 1971; Bundgaard Н., 1972]. Исследование кине-
тики гидролиза фенил- и феноксиметилпенициллинов [Пана-
рин Е. Ф., Соловский М. В., 1971; Соловский М. В. и др., 1978]
показало, что электронно-донорные заместители бокового ради-
кала повышают константу скорости гидролиза, а электронно-
акцепторные— понижают. Тем самым было продемонстриро-
вано электронное влияние заместителя на скорость гидролиза.
Это связано, вероятно, со способностью р-лактамазы вследствие
ее высокой конформативной лабильности, подстраиваться к суб-
страту и стабилизировать заряды при образовании фермент-суб-
стратного комплекса (Е-S) и с малой ролью бокового ациль-
ного радикала:
К, К, Кз
Е + S E-S -* Е - S -* Е + Р-
К—1
Полученные данные указывают на нуклеофильную по отноше-
нию к ферменту и электрофильную по отношению к пеницил-
лину реакцию. Расчеты электронной плотности в молекуле
63
Рис. 10. Схема гидролиза пенициллина [3-лактамазой.
пенициллина и цефалоспорина [Boyd D., 1973, 1975] выявили
в молекуле пенициллина атомы с повышенной электронной плот-
ностью. Это прежде всего кислород — О (6 = —0,91)—карбо-
нильной группы и азот—N (б = —0,28) —р-лактамного кольца,
и атом кислорода карбоксильной группы. Поэтому можно пола-
гать, что образование фермент-субстратного комплекса проис-
ходит вследствие нуклеофильной атаки активного центра р-лак-
тамазы (рис. 10). Это предполагает наличие положительно за-
ряженной группы на месте связывания пенициллина с фермен-
том [Depne R., 1964]. После образования фермент-субстратного
комплекса он превращается в промежуточное соединение
ацил — фермент (Е—S), образование которого продемонстриро-
вано несколькими авторами для лактамазы В. Cereus [Fisher J.,
1980; Anderson E., Pratt R., 1981; Cartwrigtt S., Fink A., 1982].
Важную роль в активном центре фермента играет остаток се-
рина-70, который ацилируется пенициллином с образованием
ковалентной связи. Стадия деацилирования промежуточного
соединения Е—S приводит к выделению свободного фермента
и пенициллоиновой кислоты. Эта стадия является определяю-
щей. р-Лактамазы являются чрезвычайно эффективными фер-
ментами, каталитическая константа достигает значений до
54
Таблица 15
Кинетические параметры для ТЕМ-р-лактамазы
с различными р-лактамными субстратами
[Bush К., Sykes R., 1984]
Субстрат Дкат, С-1 Кт, мМ ^кат кт ’ мМ—1 с—1
Мезлоциллин 1270 0,14 9100
Цефалоридин 1200 0,66 1800
Пиперациллин 1140 0,052 22 000
Бензилпенициллин 1030 0,060 17 000
Ампициллин 900 0,041 22 000
Цефоперазон 143 0,15 950
Тикарциллин 127 0,040 3200
Цефалотин 120 0,20 600
Карбенициллин 57 0,033 1700
Цефотаксим 0,93 0,51 1,8
Цефтизоксим 0,42 0,60 0,70
Цефтазидим 0,01 0,48 0,02
Цефокситин 0,004 0,65 0,01
1000 с-1 для различных субстратов (табл. 15). При pH 7,0 ско-
рость ограничивается диффузионным контролем переноса про-
тона при взаимодействии с водой. Одна молекула фермента
способна гидролизовать миллион молекул антибиотика за ми-
нуту, т. е. со скоростью, приближающейся к теоретической.
Помимо р-лактамаз, инактивирующих р-лактамные антибио-
тики, выделен еще один фермент — пенициллинацилаза, кото-
рый гидролизует при pH 10 амидную связь боковой цепи пени-
циллинов с образованием карбоновой и 6-аминопенициллановой
кислот и осуществляет обратную реакцию при pH 5,0—5,5 [Ha-
milton-Miller J., 1966]. Различают 2 вида ацилаз — грибковую,
которая быстро деацилирует бензилпенициллин при 50 °C, и
бактериальную, главным образом у грамотрицательных микро-
бов. Этот фермент ассоциирован с клетками [Carrihgton Т.,
1971]. Пенициллинацилаза имеет важное практическое значение
при производстве 6-аминопенициллановой кислоты из бензил-
пенициллина [Скрябин Г. К., Гоголева Л. А., 1976], но не иг-
рает существенной роли как фактор устойчивости, поскольку
концентрации антибиотика в тканях малы, pH ниже оптимума
и осуществляемая ею реакция обратима [Cole М., Sutherland R.,
1965]. Инактивации бактериальными ферментами подвергаются
и другие антибиотики. Инактивация аминогликозидов фермен-
тами представляет собой наиболее часто встречающийся у RT
бактерии клеток вариант устойчивости и заключается в блоки-
ровке рецепторного места антибиотика путем ацетилирования
аминогруппы, аденилирования или фосфорилирования З'-гидро-
ксильной группы глюкозаминного кольца [Umesawa Н., 1974].
55
У канамицина идет ацетилирование б'-аминогруппы б-деокси-
глюкозного остатка; при этом полной инактивации антибиотика
не наблюдается, фосфорилирование же приводит к полной по-
тере активности. Фосфорилирование осуществляется в присут-
ствии эквимолекулярного количества АТФ фосфотрансферазами
по З'-гидроксилу глюкозамина [Davies J., Benveniste R., 1974].
У канамицина фосфорилируется З'-гидроксильная группа,
а в случае стрептомицина фосфорилируется или аденилируется
З'-гидроксильная группа 1 Й-метил-Ь-глюкозаминного остатка.
Энзиматической модификации у канамицина подвергается
только 4-о-гликозил-2-деоксистрептаминовый остаток, тогда как
3-амино-2-деокси-О-глюкозный остаток не включается в энзима-
тическую реакцию. Некоторые ферменты, модифицирующие ами-
ногликозиды, выделены в чистом виде и охарактеризованы, их
свойства приведены в табл. 16 [Bryan L., 1984]. Эти ферменты
имеют относительную молекулярную массу от 25 000 до 63 000.
оптимум pH находится как в кислой, так и в щелочной области,
но для большинства ферментов он находится между pH 7,5 и 8.
Следует подчеркнуть, что скорости инактивации антибиотиков
относительно невелики и аминогликозидные субстраты при вы-
соких концентрациях действуют как ингибиторы. Сродство боль-
шинства аминогликозидов к рибосомам довольно высокое и со-
ставляет около 1 мкМ, а значение Кт Для многих инактивирую-
щих ферментов также лежит в этой области. Существуют неко-
торые различия в источниках этих ферментов. В стафилококках
чаще всего встречаются АРН (2")—ААС (6'); ААД (4', 4")
и АРН (3'). В грамотрицательных бактериях—ААД (2");
ААС (6'), ААС (3') и АРН (3').
Ферменты, модифицирующие аминогликозиды, ассоцииро-
ваны с клеточной мембраной. Они модифицируют антибиотик
так, что последний остается связанным с мембраной транспорт-
ной системой. Устойчивость является, таким образом, след-
ствием модификации антибиотика в процессе транспорта и
определяется конкуренцией между двумя процессами—аккуму-
ляцией антибиотика клетками и его ферментативной модифика-
цией (рис. 11). В большинстве случаев сродство субстратов
к ферментам не велико, значения Кт (см. табл. 15) высоки,
а поглощение антибиотиков клетками происходит с большей ско-
ростью, чем модификация. В этих условиях антибиотик дости-
гает рибосомы и синтез белка ингибируется. Наглядным под-
тверждением концепции конкуренции двух процессов являются
данные [Dickie R., 1978], которые свидетельствуют о том, что му-
тант, обладающий пониженной скоростью модификации, имеет
невысокий уровень резистентности, а мутант с пониженной ско-
ростью аккумуляции антибиотика — высокую устойчивость.
Заметное влияние на уровень устойчивости к аминогликози-
дам оказывают ди- и поливалентные катионы, которые конкури-
руют с аминогликозидами за связывание с клеточной стенкой и
56
Ю Ю
• < 00 ш сч о со —* о> СО ( со
.J Я о —> сч О 00* о сч со — сю' со со г-
* я СО СО ь- сч 00 ю —•
со
<
3 я и СО я я X »г
® К М Я со X ® я
Q. х « w Ж и ж я я И Ж S-
Q \o О рамиц гамиц амиод S ® Ж 5 S « я я ч ж я о я я я s s ч Я S Ж Я ч Ж So® х Е зз Ж «8 S ж Г? о s и 5
Ю и » й о «OS га о Ж
О <D X я40 я я 4> X \О о - ю ж
S Я о ii Ж Я я 1> я я ®
Сй. w-<
s о 00
s s о 00* Ч" ь-
c о ю 00 00 !О
X Г-— Ь-
Q.
«0 сч
s X ю со со
со СО со
4 eo ю
О О сч
s
6 6 el со Ж га
X я о ® 2
ж X C-, Я См X
CQ X X S - 2 2
Q См ? 3 со ч со ч
»S О сч 3 ж- к д X, к со д >> <v х 3 4J S 3
изм и место шарование й группы 0) >» X о. X u 2« О я сх Е 5 s С1< <L> U X о X к X s ® S О 5w а? S со ® ё « X е; X »х сх о О X ж я Я д « >> 2 2 о. t- ж s ’5 о. ° О Ж
X га X о < « S <§ 5 cj ® ж й о 5 <ж < ж 2Д •» н 3 й t= 3 ч <; >. •©ч й я я О ж ж © я S ХХ| XT* с . о 5 х о § X © я я
о X Ои о s о s
X См Л х а, ж
X 0) 6
X <и X X •е-
ж S-Z О
X
X о >—< со со СО (6' аза Км. X ZZ со X
а С4 си э* ч О, СО 4) Он о> z—Ч,
е SS-G- '-'•€> со &• СО
о О о
X X X
<=(« < ь tl < О я 3 К й си е* К сх
< Ч < < ч *=с S <
X X X
ч н СЬ
57
Рис. 11. Схема, отражающая устойчивость бактерий к аминогликозидам
как результат конкуренции между процессами модификации и поглощения
антибиотика.
А — аминогликозидный антибиотик; S — A-модифицированный аминогликозид; Е —
модифицирующий фермент; Т — транспортный белок; s — фрагмент, модифицирую-
щий антибиотик.
цитоплазматической мембраной. Mg2+ и Са2+ оказываются наи-
более важными дивалентными катионами, оказывающими влия-
ние на чувствительность к аминогликозидам. Еще большее влия-
ние на связывание оказывают полиамины, которые способны,
например, замещать дигидрострептомицин на внешней мембране
Ps. aeruginosa [Abdel-Sayed S., 1982] и понижать его энергоне-
зависимое и энергозависимое поглощение.
Хлорамфеникол (левомицетин) активен против бактерий
благодаря своей способности ингибировать синтез белка, связы-
ваясь с 50—S субъединицей рибосомы. Устойчивость микроорга-
низмов к нему обусловлена продукцией хлорамфениколацетил-
трансферазы —- фермента [Терешин И. М., 1977; Show W.,
1971], который осуществляет ацетилирование антибиотика.
Продуктами реакции являются 3-ацетил и 1,3-диацетилхлорам-
феникол.
NHCOCHC1,,
/-^ I " A. -S С.оЛ
NO., - -СП-СИ- СИ..ОЧ-------------
он
NHCOCHC1„
/-Л I 2
NO (0/ Г’Я- CH CH OCOCH..
z I J
Реакция протекает в присутствии ацетил-коэнзпма А, при
этом лимитирующей стадией является введение первого аце-
тильного остатка. Физиологической необходимости для диацети-
лирования нет, поскольку уже 3-ацетилхлорамфеникол не инги-
бирует синтез белка рибосомами. Выделены и описаны ацетил-
хлорамфениколтрансферазы из различных источников. Они
различаются значением Кш для хлорамфеникола и ацетилкоэн-
58
зима А, чувствительностью к динитробензойной кислоте, которая
является ингибитором, электрофоретической подвижностью, им-
мунологической реактивностью. Они представляют собой белки,
состоящие из четырех субъединиц с относительной молекуляр-
ной массой 22000—26000 каждая [Smith A., Burns J., 1984].
В отличие от фермента грамотрицательных бактерий стафило-
кокковый фермент менее чувствителен к тиолспецифическим
агентам, таким как динитробензойная кислота, и не способен
образовывать тетрамеры из очищенных субъединиц.
Следует отметить, что у выделенных в клинике грамполо-
жительных бактерий, на примере стафилококка, основным био-
химическим механизмом устойчивости к хлорамфениколу яв-
ляется модификация антибиотика с превращением его в аце-
тильные производные.
Для полирезистентных штаммов грамотрицательных бакте-
рий наблюдается также устойчивость к хлорамфениколу, обус-
ловленная снижением проницаемости клеточных мембран. От-
мечено снижение скорости проникновения в клетки Е. coli,
Ps. aeruginosa 14С-хлорамфеникола. Полагают [Smith А.,
Burns J., 1984], что это связано с барьерными функциями цито-
плазматической мембраны и определяется плазмидным типом
устойчивости.
Устойчивость к полипептидным антибиотикам — грамици-
дину, полимиксину и др.— обусловлена в значительной степени
их инактивацией под действием протеолитических фепментов,
продуцируемых бактериями. Было показано [Yukioka ДА., 1966],
что грамицидин С гидролизуется протеиназами Вас. snbtilis, при
этом циклический декапептидграмицидин С превращается
в 2 молекулы пентапептида с открытой цепью, которые не об-
лапают антимикробной активностью.
Клиническое значение устойчивости бактерий к нитрофура-
нам и нитроимидазолам не представляется острой проблемой.
После того как в 40-х годах было установлено, что введение
нитрогруппы в положение 5 нитрофурана приводит к появлению
у них высокой антимикробной активности, было синтезиоовано
несколько тысяч производных нитрофурана. Нитрофураны эф-
фективны в отношении грамположительных и грамотрицатель-
ных микробов, а также некоторых крупных вирусов, трихомо-
над, лямблий. В ряде случаев они задерживают рост микроор-
ганизмов, устойчивых к сульфаниламидам и антибиотикам. Не-
которые из соединений, представляющие практический интерес
и используемые в клинике, приведены ниже.
Нитрофураны представляют собой моноциклическое пяти-
членное фурановое кольцо с 1тнтрогруппой в положении 5. Боль-
шинство нитрофурановых препаратов являются производными
5-нитрофурана или 5-нитро-2-фуральдегида. Нитроимидазолы
имеют пятичленное имидазольное кольцо и различаются между
собой положением нитрогруппы.
59
\—N/
нитрсфуран
5-нитроимидазол
V<VN°2
-ггитроимил:
Н; I т р о имидазол
Нитроимидазолы являются эффективными бактерицидными
препаратами и используются широко для борьбы с анаэробной
и протозойной инфекциями.
Устойчивость к нитрофурановым препаратам многих видов
бактерий обусловлена их способностью восстанавливать нитро-
группу нитрофуранов, которая превращается в амино- или гид-
роксиламиногруппу. Амино- и гидроксиламинофураны являются
неустойчивыми соединениями и превращаются затем в нитрилы
с открытой цепью.
Восстановление нитрофуранов осуществляется под действием
специфических редуктаз. Существует 2 вида редуктаз [Rabin Н.,
1984]. Редуктаза I катализирует начальное двуэлектронное вос-
становление нитрофуранов до нитрозопроизводных, как показано
на схеме. Редуктаза II анаэробно катализирует одноэлектронное
восстановление исходного нитрофурана до нитроанионрадикала.
Оба фермента ингибируются кислородом. Промежуточные про-
дукты при восстановлении нитрофуранов более токсичны для
клеток, чем исходные препараты. Они взаимодействуют с ДНК.
Показано [McCalla D., 1975], что промежуточные продукты, по-
лучающиеся при анаэробном восстановлении нитрофуразона
препаратами, содержащими редуктазу I и редуктазу II, вызы-
вают разрыл ДНК. Чувствительные к нитрофуранам клетки об-
ладают высокой способностью метаболизировать нитрофураны,
тогда как устойчивые метаболизируют их медленно. Таким об-
разом, нитрофурановые редуктазы играют важную роль в мета-
болической активации нитрофуранов in vitro и in vivo и прояв-
лении ими биологической активности.
Нитроимпдазолы также подвергаются в клетках в анаэроб-
ных условиях восстановительному метаболизму [Schwartz D.,
Hofheitz W., 1982]. Процесс электрохимического восстановления
нитроимидазолов обратим. Необходимые для восстановления
электроны переносятся в анаэробных условиях электронперено-
сящими белками, подобными ферродоксину и флаводоксину.
60
Ферродоксин — белок, содержащий железо и серу, у анаэроб-
ных бактерий он выполняет функции донора электронов, такие
же функции выполняют и другие электронпереносящие белки —
ксантиноксидаза, флаводоксин. Замедление процесса восстанов-
ления нитроимидазолов в клетках является главной причиной
резистентности к этому классу соединений.
Метаболической трансформации в бактериальных клетках
подвергаются не только антибиотики и химиопрепараты. В зна-
чительной степени этими же причинами объясняется устойчи-
вость бактерий к тяжелым металлам, ртути, кобальту, свинцу
и их производным, которые используются в медицинской прак-
тике как антисептические средства.
Отмечено накопление ртути в свободной форме муреиновых
липопротеинов в ответ на экспозицию в ртути как устойчивых,
так и чувствительных к ртути штаммов Е. coli; это предполагает
[Summers А., 1984] наличие мишени для ртути в клеточной
стенке, следствием взаимодействия с этой мишенью является
разрыв клеточной стенки в области формирования перегородки.
Кроме того, ртуть имеет высокое сродство к тимину, урацилу,
связывается с ДНК, понижая температуру ее плавления. Устой-
чивость к ртути, детерминируемая плазмидами у продуцирую-
щих пенициллиназу стафилококков, была выявлена в шестиде-
сятых годах [Richmond М., Jonh М., 1964]. Появление устойчи-
вых к ртути и ртутьорганическим соединениям штаммов
бактерии связано прежде всего с широким использованием со-
держащих ртуть дезинфектантов и антисептиков мертиолата и
меркурохромата. Исследования Саммерса [Summers А., 1972]
показали, что устойчивость к неорганическим соединениям ртути
связана с превращением Hg2+ в металлическую ртуть, которая
относительно нетоксична для бактерий и диффундирует быстро
из клеток. Восстановление Hg2+ до Hg° осуществляется фермен-
том редуктазой, локализованной в цитоплазме. Этот фермент
имеет структуру, близкую к структуре глутатионредуктаз и ок-
сидоредуктаз, которые хорошо изучены. Наряду с редуктазой,
восстанавливающей ионы ртути до металлической, существует
фермент — органортутьлиаза, который расщепляет ковалентную
связь Hg—С в ртутьорганических соединениях. Этот фермент
выделен из бактерий, устойчивых к ртутьорганическим соедине-
ниям. Полагают [Summers А., 1984], что этот фермент локализо-
ван в цитоплазматической мембране и расщепляет ртутьорга-
нические соединения в момент их транспорта через мембрану.
Поскольку ртуть и ее соединение действуют скорее бактериоста-
тически, чем бактерицидно, присутствующие в популяции устой-
чивые к ртути штаммы детоксицируют ее и позволяют чувстви-
тельным штаммам расти.
Подобно ионам ртути с сульфгидрильными соединениями ак-
тивно связываются ионы кадмия. Кадмий проникает в клетки
подобно ионам марганца и ингибирует дыхание чувствительных
61
к нему клеток. Мало известно об устойчивости к серебру, од-
нако имеются указания [Pugsley A., Schnaitman С., 1978] на сни-
жение связывания серебра белками наружной мембраны у ре-
зистентных бактерий.
Устойчивость, детерминируемая плазмидами, проявляется
к производным свинца, висмута, хроматам, арсенатам и арсени-
там у грамположительных и грамотрицательных бактерий.
Арсенаты являются аналогами фосфатов и попадают в клетки
посредством сходного механизма транспорта. Поэтому бактерии
приобретают к ним устойчивость, когда происходят изменения
в гене хромосомы, кодирующем транспорт фосфатов.
Пути преодоления лекарственной устойчивости. Устойчивость
к антибиотикам и другим химиопрепаратам служит главным
препятствием для их эффективного использования. В связи
с этим важным становится поиск веществ или комплексных си-
стем, воздействующих на формирование устойчивости и обеспе-
чивающих блокировку нескольких механизмов устойчивости.
Успешное решение этой задачи имеет важное практическое зна-
чение. В принципе возможны следующие пути преодоления био-
химических факторов устойчивости:
1) синтез производных антибиотиков, устойчивых к дей-
ствию инактивирующих ферментов;
2) повышение транспорта антибиотика в клетку путем уве-
личения проницаемости клеточных мембран;
3) использование веществ, ингибирующих бактериальные
ферменты — инактиваторы.
Поскольку большинство применяемых в клинической прак-
тике антибиотиков инактивируется бактериальными фермента-
ми, то, естественно, следует вести поиск их производных, устой-
чивых к действию этих ферментов.
Общеизвестно, что устойчивость субстрата к действию фер-
мента можно повысить, изменив еги структуру, чтобы умень-
шить скорость образования и распада фермент-субсгратного
комплекса.
Принцип создания субстратов с пониженным сродством
к ферменту был реализован при создании полусинтетических
пенициллинов и цефалоспоринов, содержащих объемные заме-
стители в ацильном радикале. Работы, выполненные в этом на-
правлении, рассмотрены в обзорах и монографиях [Стру-
ков И. Т., 1971; Дойл Ф. П., 1971; Климов А. И., 1973; Nay-
ler J. Н. С., 1971]. Прежде всего были синтезированы производ-
ные на основе стерически затрудненных двух- и трехзамещенных
уксусных кислот путем ацилирования 6-аминопенициллановой
кислоты (6-АПК), затем производные изоксазолкарбоновых кис-
лот и дизамещенных бензойных кислот и мн. др. Из нескольких
тысяч синтезированных пенициллинов наиболее эффективными
против p-лактамазопродуцирующих штаммов бактерий оказа-
лись метициллин, нафциллин, оксациллин, диклоксациллин и не-
которые другие, нашедшие практическое применение. Среди по-
лусинтетических пенициллинов были найдены и такие, которые
обладали более широким спектром действия, чем природные, на-
пример ампициллин и карбенициллин. Они подавляли рост
некоторых грамотрицательных бактерий, на которые другие пе-
нициллины не действуют, поэтому их широко используют в кли-
нической практике.
Второй путь снижения чувствительности к ферменту
(уменьшение скорости гидролиза фермент-субстратного ком-
плекса) реализован в цефалоспоринах [Crompton В., Jagj М.,
1962; Morin R., 1969].
Установление механизма инактивации аминогликозидов от-
крыло возможности их направленного синтеза и модификации
с целью получения производных, устойчивых к инактивирую-
щему действию ферментов. Поскольку наиболее существенным
с практической точки зрения является фосфорилирование ами-
ногликозидов по З'-гпдрокспльной группе, то был синтезирован
З'-О-метилканамицин А, у которого была проведена бло-
кировка З'-гидроксила [Umezawa S., 1972]. Полученное произ-
водное оказалось активным против канамициноустойчивых бак-
терий. Удалением 3'—4,-гидроксильных групп канамицина синте-
зированы З'-деоксиканамицин [Takai Y., 1976] иЗ'—4'-дидеокси-
канамицин В [Umezawa S., 1974], которые были активны как
исходный антибиотик и, более того, действовали на устойчивые
штаммы Е. coli и Р. aeruginosa, которые инактивировали кана-
мицин З'-О-фосфорилированием. Для предотвращения инакти-
вации аминогликозидов ацетилтрансферазой были синтезирова-
ны 6-П-алкильные производные канамицинов А и В [Ume-
zawa S., 1974]. Из них 6-М-метилканамицин А и В активны
против бактерий, продуцирующих ацетилтрансферазу, а 3',4'-ди-
деокси-6-метилканамицин оказался устойчивым к ацетилирова-
нию и фосфорилированию. Определенный интерес представляют
также l-N-ациламинокислотные производные аминогликозидов
[Струнин Б. Н., 1977; Ikeda D., 1976], активные против бакте-
рий, продуцирующих фосфотрансферазы. Производные l-N-аце-
тил и l-N-ацилдеокси, в которых 4-амино-2-гидроксимасляная
кислота заменена на другие аминокислоты, оказались более
активными. Другие производные канамицина — тетра-М-алкиль-
ные, полученные восстановлением боргидридом натрия шиффо-
вых оснований (канамицина), были активны против Pseudomo-
nas aeruginosa. Среди них наиболее активным был тетра-N-
(п-СЬбензил)-канамицин. Создание полусинтетических пеницил-
линов, аминогликозидных антибиотиков не решило проблему
борьбы с устойчивой микрофлорой. В настоящее время выделено
большое число штаммов бактерий, устойчивых к полусинтетиче-
ским антибиотикам, что является серьезной проблемой для по-
строения эффективной антибиотикотерапии [Навашин С. М.,
1984]. Некоторые из этих штаммов не синтезируют специфиче-
63
ские ферменты-инактиваторы — или же синтезируют их в коли-
чествах, не соответствующих уровню их устойчивости.
В связи с этим во всем мире ведутся широкие исследования
по модификации известных и поиску новых антибактериальных
препаратов.
2.2. ЗАЩИТА АНТИБИОТИКОВ ОТ ФЕРМЕНТОВ-ИНАКТИВАТОРОВ
ПУТЕМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИНГИБИТОРОВ ФЕРМЕНТОВ
2.2.1. НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ ИНГИБИТОРЫ
БАКТЕРИАЛЬНЫХ ФЕРМЕНТОВ
Поскольку р-лактамные антибиотики наиболее широко при-
меняются в медицинской практике, наименее токсичны и глав-
ной причиной, снижающей их терапевтическую эффективность,
является гидролиз р-лактамазами, то широко проводится поиск
веществ, способных ингибировать эти ферменты. Поиск ведется
в нескольких направлениях. Первое направление связано с под-
бором веществ, имеющих структурное подобие с субстратами,
но отличающихся по своей реакционной способности от суб-
стратов, а следовательно, по стабильности образующихся при
взаимодействии с ферментом промежуточных соединений. Ос-
новными стадиями процесса инактивации р-лактамных антибио-
тиков, как было рассмотрено выше, являются: ацилирование —
образование сложноэфирной связи между сериновым остатком
р-лактамазы и антибиотиком — и деацилирование, приводящее
к регенерации активного центра фермента и получению неак-
тивного продукта гидролиза р-лактама (в случае пенициллинов
образуются пенициллоиновые кислоты). В связи с этими основ-
ными классами ингибиторов р-лактамаз являются вещества,
медленно ацилирующие фермент и медленно деацилирующиеся.
Ингибирующими свойствами в отношении р-лактамаз обла-
дают полусинтетические пенициллины — метициллин, клоксацил-
лин, оксациллин. Эти пенициллины являются конкурентными
ингибиторами пенициллиназы и, как полагают [Gourewitch А.,
1962; Sabat L., 1965], вызывают искажение активного центра
фермента после связывания, поэтому в их присутствии в 6—
24 раза снижается значение минимальной бактериостатической
концентрации бензилпенициллина против пенициллиназопроду-
цирующих штаммов стафилококков [Макарова Р. А., Чайков-
ская С. М., 1968]. Из других аналогов субстрата заметные инги-
бирующие свойства выявлены у сульфоксида-феноксиметилпе-
нициллина [Чайковская С. М., 1968] и у сульфона бензилпени-
циллина.
В последнее десятилетие внимание исследователей было об-
ращено на поиск веществ, главным образом, содержащих в своей
структуре высокореакционноспособное (3-лактамное кольцо, ко-
64
i торое участвует в реакции ацилирования Р-лактамаз при обра-
' зовании поомежуточного продукта. Главная задача при этом
состояла в том, чтобы сохранить высокое ацилирующее действие
р-лактамов на пептидазы, но исключить их из категории суб-
стратов Р-лактамаз.
Интенсивные поиски среди природных, полусинтетических и
синтетических р-лактамов позволили выявить большую группу
соединений, которые оказались эффективными ингибиторами
р-лактамаз из различных источников. Основные свойства этих
соединений обсуждены в обзоре Фишера [Fisher J., 1984]. Среди
них найдены р-лактамы, которые устойчивы как к ацилирова-
, нию, так и к деацилированию фермента. К этой группе веществ
относится полусинтетический антибиотик цефамицин. Цефами-
цин является конкурентным ингибитором р-лактамаз из-за низ-
кой скорости реакции деацилирования после взаимодействия
‘ с р-лактамазами [Bush К., 1982]. Константа ингибирования (КО
для него находится в интервале 0,1 — 1 М. Этот антибиотик дей-
ствует на большое число устойчивых к пенициллинам штаммов,
грамположительных и грамотрицательных бактерий.
Среди других цефамицинов интерес представляет моксалак-
гам, который обладает широким спектром действия. Он ока-
зался превосходным ингибитором р-лактамаз [Murukami К.,
Yoshida Т., 1981]. Кислородсодержащее кольцо как электроноак-
цепторный заместитель у р-лактамного кольца повышает реак-
ционную способность последнего в реакции ацилирования фер-
ментов, а 3-(1-метилтетразол-5-ил)-тиометильный заместитель
* способствует расширению спектра антимикробного действия.
Моксалактам активен против многих грамотрицательных бакте-
рий, включая аэробные и анаэробные патогенные микроорга-
низмы. К этой же группе веществ, обладающих высокой ацили-
рующей способностью, относится и тимоциллин, представляю-
’ щий собой 6-а-метокситикарциллин. Он содержит 6-а-метокси-
группу и карбоксильную группу N-6 положения боковой цепи,
что обеспечивает ему высокую активность против р-лактамаз
класса С. Этот ингибитор имеет слабое сродство к мембранным
пептидазам, низкую способность проходить через наружную
мембрану грамотрицательных бактерий, но активен против бак-
терий, устойчивых к ампициллину [Scolombe В., 1981].
Значительную группу новых р-лактамных соединений, устой-
чивых к р-лактамазам, представляют вещества, являющиеся
* сильными ацилирующими агентами по отношению к лактама-
# зам классов А и С. Однако особенность этих соединений в отли-
чие от рассмотренных выше состоит в том, что после ацилиро-
вания ими фермента он становится неспособным к реакции
деацилирования из-за конкурирующих реакций изомеризации
\ или фрагментации. В итоге р-лактам остается связанным с ак-
' тивным центром фермента и реакция деацилирования не проис-
ходит.
। 5-16 65
К этой группе р-лактамов относятся клавулановая кислота,
пенамсульфоны, 6-галопенамы и др.
Клавулановая кислота является малоактивным антибиоти-
ком. Однако ее комбинации с другими р-лактамными антибио-
тиками чрезвычайно эффективны. Она является ингибитором
р-лактамаз, выделенных из разных источников [Brown А., 1982;
Toda М., 1981]. Наиболее чувствительными к клавулановой кис-
лоте являются р-лактамазы плазмидкого типа стафилококков и
грамотрицательных бактерий. Совместное применение амокси-
циллина и клавулановой кислоты было очень эффективным при
лечении урологических и респираторных инфекций [Ball R. et
al., 1981; Reading С., 1983]. Пенамсульфоны также оказались
ингибиторами р-лактамаз [Labia R., 1980]. Среди них наиболее
изученным является сульбактам, полученный путем химической
трансформации 6-аминопеницилланозой кислоты. Однако в от-
личие от клавулановой кислоты сульбактам оказался менее
сильным ингибитором плазмидных р-лактамаз класса А, но эф-
фективнее в отношении хромосомных р-лактамаз [Arisawa М.,
Then R., 1982]. Сульбактам действует синергидно с некоторыми
р-лактамными антибиотиками против Е. coli, Klebsiella sp.,
Salmonella sp. и др. [Neu H., 1982]. Близко к клавулановой
кислоте и пенамсульфонам по своим ингибирующим свойствам
стоят карбопенемы и 6-р-галопенамы, среди последних наиболее
сильным ингибитором оказался 6-иодопенам [Kemp J., 1980]. Он
был активнее 6-р-бромпенама в отношении изолированных фер-
ментов и усиливал действие метициллина в отношении метицил-
линоустойчивых стафилококков [Moore В., Brammer К., 1982].
Карбопенемы — полусинтетические антибиотики, различаю-
щиеся прежде всего заместителями в С-3, С-6 и С-8 положении.
Особенностью структуры этих соединений является наличие би-
циклической системы, состоящей из р-лактамного и циклопенте-
нового кольца. Карбопенемы различаются между собой поло-
жением заместителя при С-6 атоме, который может находиться
в транс- и цис-положении. Наиболее известным представителем
транс-пенемов является тиенамицин, а для цис-пенемов — эпи-
тиенамицин. Все карбопенемы обладают антимикробной актив-
ностью и ингибируют р-лактамазы [Besker М., 1982]. Близкие по
структуре к карбопенемам 6-этилиденкарбопенемы, представите-
лем которых является аспареномицин В, имеют в своей струк-
туре экзоциклическую двойную связь, которая увеличивает
вследствие электроноакцепторных свойств ацилирующую спо-
собность р-лактамного кольца при взаимодействии с серином,
находящимся в активном центре фермента. Кроме того, обра-
зующийся при этом сложный эфир более устойчив к реакции
деацилирования. Поэтому р-лактамазы при взаимодействии
с этими антибиотиками необратимо теряют свою активность
[Murakami К., 1982].
Гомолог аспареномицина — полусинтетическая 6-метилен-
66
» * пенам [Arisawa M., Then R., 1982] — также способен ингибиро-
] вать р-лактамазы, но не обладает антимикробной активностью.
Он оказывает синергидное действие с другими р-лактамными
( антибиотиками на устойчивые штаммы бактерий. Особенно он
эффективен в отношении продуцирующих р-лактамазу штаммов
S. aureus, Proteus sp., К- pneumoniae. 6-М.етиленпенам отлича-
ется высокой скоростью необратимого ацилирования р-лактамаз
[Arisawa М., Then R., 1983]. Ингибирующими свойствами в отно
шении р-лактамаз обладают также соединения, не имеющие
в своей структуре р-лактамного кольца. Механизм ингибирова-
ния ими существенным образом отличается от механизма, ха-
i < рактерного для ингибиторов р-лактамного типа. Слабыми инги-
биторами пенициллиназы оказались некоторые карболовые кис-
лоты— сорбиновая, бензойная, салициловая, п-амипосалицило-
к цая. 3-хинолинкарбоновая, которые подавляли активность пени-
циллиназы Bacillus cereus при концентрации 10~3 М [Ea-
ward A.. Cair 1г., 1958—1960]. Исследование ингибирующш.
свойств веществ [Baer Т., Mertes М., 1973], моделирующих наг
более важные места связывания субстрата, не выявило пред-
ставляющих практический интерес ингибиторов р-лактамаз, од-
нако было отмечено, что соединения, несущие гидрофобный за-
меститель— фенильный радикал, например, И-фенацитуроил-Э,
L-фенилаланин, М-фенилацетил-5-аминовалериановая кислота и
Ы-фенилацетил-4-аминомасляная кислота, моделирующие боко-
вой ацильный радикал бензилпенициллина, проявляют замет-
ные ингибирующие свойства.
Ингибирующий эффект в отношении пенициллиназы
< Вас. cereus 569/Н соединений, содержащих фрагменты
молекулы бензилпенициллина
Соединения % ингибирования
f-гидроксимасляная кислота 20
’ 1У-фенилацетил-5-аминовалериановая 23
кислота
М-фенилацетил-4-аминомасляная кислота 33
М-фенацетуроил-О,Ь-валин 34
N-фенацетуроил- L-валин 20
М-ацетил-5- метил-D, L-пеницилламин 4
Ы-фенацетуроил-О,L-фенилаланин 42
Детиобензилпенициллин 10'
Этот факт указывает на значительную роль гидрофобного
взаимодействия при связывании субстрата или ингибитора
А с р-лактамазой. Следует подчеркнуть также, что большинство
. известных ингибиторов и субстратов содержат карбоксильную
группу, что свидетельствует об определенном вкладе электро-
статического связывания при образовании фермент-субстратного
комплекса и указывает на необходимость существования в ак-
1 тивном центре фермента положительно заряженной амино-
группы, возможно, аминогруппы лизина или аргинина. Отсюда
становится понятным, почему высокие ингибирующие свойства
5* 67
были обнаружены у анионных ПАВ. В их присутствии восста-
навливалась чувствительность к пенициллину у устойчивых
штаммов стафилококков [Блинов Н. П., Строев С. С., 1966].
Однако эффективность ПАВ резко падала в присутствии сыво-
ротки крови [Brunner R., 1960]. Нами детально исследовано ин-
гибирование пенициллиназы анионными и катионными поверх-
ностно-активными веществами. Анионные ПАВ из ряда алкил-
сульфатов и алкилбензолсульфатов оказались эффективными
ингибиторами как внеклеточной, так и внутриклеточной пени-
циллиназы. Исследование кинетики ингибирования очищенной
пенициллиназы Вас. licheniformis 749/С, проведенное нами [Афи-
ногенов Г. Е., Панарин Е. Ф., 1976], показало, что скорость ин-
гибирования пенициллиназы алкилсульфатами определяется
длиной алкильного радикала. Так, при концентрации 100 мкг/мл
октил- и децилсульфаты не влияли на активность фермента
в течение 1 ч, тогда как тетрадецил- и цетилсульфаты при этой
же концентрации вызывали ингибирование фермента на 80—
95 %. Такое различие в ингибирующих свойствах алкилсульфа-
тов обусловлено различной стабильностью комплекса фермент —
ингибитор, который образуется за счет электростатического свя-
зывания молекулы алкилсульфата, несущей отрицательный за-
ряд с положительно заряженной аминогруппой, находящейся
в активном центре фермента. Комплекс стабилизируется затем
гидрофобным взаимодействием алкильных радикалов между со-
бой и с гидрофобными участками фермента.
Более детальное исследование взаимодействия алкилсуль-
фатов с пенициллиназой [Панарин Е. Ф., Афиногенов Г. Е., 1977]
показало, что алкилсульфаты являются конкурентными ингиби-
торами пенициллиназы (рис. 12), при этом значении Ki умень-
шается с увеличением длины алкильного радикала от СвНп до
С14Н29 (табл. 17).
Таблица 17
Значение Ki пенициллиназы Вас. licheniformic 749/С
с алкилсульфатами
Алкилсуль- фат R моль. л Алкилсульфат R МОЛЬ К,- Л
с8н17 2,10Х10-2 С1зНг7 2,28 XI О-4
С10Н21 2,80Х10-3 С14Н29 i.oixio-4
СцНгз С12Н25 1,24X10"3 5,5 XI О-4 С1бНзз 2,47X10-"
Такое возрастание стабильности комплекса с ростом длины
алкильной цепи обусловлено усилением гидрофобного взаимо-
действия углеводородного радикала алкилсульфата с липофиль-
ными участками активного центра.
68
г ‘
Рис. 12. Конкурентное
ингибирование пеницил-
линазы Вас. Licheniforniis
749/С [Е] алкилсуль-
фатами (ROSChNa) в
0,1 М фосфатном буфере
pH 6,8, 37 °C, субстрат
бензилпенициллин [S].
1 — без ингибитора: 2 —
в присутствии 8,07 X 10 -5
моль/л CuH29OSO->Na; 3 —
в присутствии 8,55 X 10-5
моль/л С16НззО5О3Ма; 4 —
в присутствии 4.22 X 10—4
моль/л С|2Н2зО5ОзНа: 5 —
в присутствии 3,3 X 10-'’
моль/л CisHjyOSOjNa.
• i Количественная оценка ингибирующих свойств показала, что
зависимость констант конкурентного ингибирования (Ki) от кон-
стант липофильности л (характеризующих степень гидрофобно-
сти алкильного радикала) носит линейный характер и выра-
жается уравнением 1g (1/Ki) =0,766л—1,335 с превосходным ко-
эффициентом корреляции г=0,998 и s = 0,044. Эффективными
ингибиторами пенициллиназы оказались также алкилбензол-
сульфонаты. Как и в случае алкилсульфатов, увеличение длины
алкильного радикала до Сю—Cie приводит к повышению их ин-
гибирующих свойств. Самым активным ингибитором оказался
додецилбензолсульфонат, Ki для которого равна 1,06Х10~4
моль/л. Высокую ингибирующую способность по отношению
к стафилококковой пенициллиназе проявляет сульфонол, пред-
‘ ставляющий собой смесь алкилбензолсульфонатов с длиной ал-
кильной цепи от С2 до Cis (более 54% этой смеси составляют
производные с Си—С!5 алкильными радикалами). Сульфонол
. вызывает быстрое и полное ингибирование пенициллиназы
в концентрации 0,01 %.
Следует отметить, что при концентрациях анионных ПАВ,
значительно превышающих Ki, ингибирование пенициллиназы
перестает быть конкурентным. В этих условиях механизм инги-
бирования усложняется, молекулы ПАВ начинают связываться
не только с активным центром фермента, но и с другими участ-
ками молекулы, что приводит к изменению его конформации и
необратимому ингибированию. Алкилсульфаты и алкилбензол-
4 сульфонаты активны в отношении грамположительных бактерий,
они подавляют рост стафилококков при концентрации 0,005—
0,0001 %. Антимикробная активность этих соединений зависит
от их строения и возрастает с увеличением длины алкильного
радикала (табл. 18). Зависимость активности от длины алкиль-
• ного радикала хорошо описывается уравнением lg(l/MnK) =
= Кл—b [Панарин Е. Ф., Афиногенов Г. Е., 1978]. Значения К
и b зависят от штамма микроорганизма.
69
Таблица 18
Значений минимальных бактерицидных (БЦ) и бактериостатических (БС)
концентраций ROSO3Na в отношении S. aureus (в мкг/мл)
R Тест-штаммы
209Р 1235 179
БЦ БС БЦ Б С БЦ БС
CSH17 2500 2500 20 000 10 000 10 000 5000
С10Н21 1000 400 1250 1250 625 625
СцНгз 200 100 200 100 200 100
с12н25 — — 150 156 156 100
С13Н27 40 25 100 25 25 25
С14Н29 20 20 25 10 10 10
С15Н31 4000 13 — 12,5 — 12,5
С16Н33 4000 7 - 2,5 — 5
Продолжение табл. 18
R Тест-штаммы
8325Р 132 1582
БЦ БС БЦ БС БЦ БС
С8Н17 10 000 10 000 5000 5000 10 000 5000
С10Н21 1250 1250 1250 1250 1250 1250
СПН23 200 100 200 100 200 100
С12Н25 100 100 156 — 156 100
Cl3H27 200 50 50 50 — 25
С14Н2д 40 20 20 20 50 20
C15H3I 4000 12,5 2000 15 4000 12,5
С16Нзз — — 2000 8 4000 10
Эффективность алкилсульфатов как ингибиторов р-лактамаз
была подтверждена в опытах in vitro по повышению чувстви-
тельности к ампициллину и бензилпенициллину пенициллиназо-
продуцирующих штаммов стафилококка. Алкилсульфаты
в концентрациях, более низких, чем бактерицидные, усиливали
действие ампициллина и бензилпенициллина, повышая чувстви-
тельность устойчивых штаммов до уровня чувствительных
[Афиногенов Г. Е., Панарин Е. Ф., 1976]. Самыми эффективными
были додецил- и тетрадецилсульфаты (табл. 19).
Ингибиторами р-лактамаз оказались также катионные
ПАВ — хлоргексидин, алкилдиметилбензиламмоний хлорид
[Афиногенов Г. Е., Панарин Е. Ф., 1977]. Опыты с очищенными
ферментами показали, что катионные ПАВ являются слабыми
неконкурентными ингибиторами В-лактамаз. Скорость гидро-
лиза бензилпенициллина под действием пенициллиназы Вас.
licheniiormis в присутствии катионных ПАВ уменьшается, Кт
остается неизменной, что свидетельствует об отсутствии связы-
70
Рис. 13 Неконкурент-
ное ингибирование пени-
циллиназы Вас. licheni-
formis 749/С: хлоргекси-
дином (1); алкилдиме-
тилбензиламмония хло-
ридом (2); без ингиби-
тора (3).
Таблица 19
Влияние алкилсульфатов ROSO3Na на чувствительность (МПК мкг/мл)
к бензилпенициллину (БП) и ампициллину (АП)
клинических штаммов стафилококков
Алкилсульфат Антибио- тик Тест-культура S. aureus
R Концент- рация, мкг/мл 132 2171 1582 8325Р
СюНг! 660 БП АП 3,1 0,1 0,8 0,2 0,1 0,1 25 0,1
С12Н25 20 БП АП 12,5 1,6 1,6 1,6 50 3,1 25 12,5
С14Н29 10 БП АП 3,1 0,1 6,2 3,1 12,5 0,4 50 12,5
С[бНзз 50 БП АП 6,2 6,2 6,2 6,2 6,2 0.8 100 62
Без алкил- сульфата БП АП 1250 1250 1000 625 1250 1250 X 1000 1000
вания молекулы катионного ПАВ активным центром фермента.
Снижение активноеги фермента, вероятно, обусловлено измене-
ниями его конформации при связывании катионного ПАВ с кар-
боксильными группами фермента или его гидрофобными участ-
ками, не входящими в активный центр (рис. 13). Исследованные
соединения являются более слабыми ингибиторами, чем алкил-
сульфаты и алкилбензилсульфонаты. Заметное ингибирование
наблюдается лишь при концентрациях, на порядок выше бакте-
рицидных.
Анионные и катионные ПАВ — алкилбензилсульфонат и ка-
тамин АБ полностью ингибируют р-лактамазы Е. coli в концен-
трациях 0,5 и 0,05 % соответственно [Афиногенов Г. Е., Бли-
нов Н. П„ 1987].
71
Как уже было отмечено выше, в основе устойчивости к ами-
ногликозидам у клинических штаммов микроорганизмов лежит
их инактивация ферментами, локализованными в периплазмати-
ческом пространстве и цитоплазматической мембране; можно
полагать, что мембраноактивные вещества, дестабилизируя мем-
брану, изменяют липидное окружение локализованных в ней
ферментов и влияют на их активность. Исследования [Де-
мина А. С., Афиногенов Г. Е., 1975] влияния ПАВ на инактива-
цию неомицина, канамицина и стрептомицина показали, что
анионные ПАВ — алкилсульфаты (С!2—С!4) и алкилбензолсуль-
фонаты (АБС) с С!0—C)fi являются эффективными ингибиторами
ферментов, инактивирующих аминогликозиды. Авторами было
отмечено, что цетилпиридиний хлорид подавлял активность
этих ферментов при концентрации 0,1 %. Исследования актив-
ности цетилпиридиний хлорида и хлоргексидина в отношении
канамицинтрансфераз К. aerogenes, Е. coli, Proteus vulgaris
в бесклеточных экстрактах выявили значительный ингибирую-
щий эффект [Куценко Н. Н., 1986]. Так, хлоргексидин в концен-
трации 0,1 мг/мл подавлял активность аденилилтрансферазы
Е. coli 154 на 100 %, а К. aerogenes 600 — на 43%. Активность
ацетилтрансферазы Proteus vulgaris 7470 подавлялась на 84%,
а К. aerogenes 600 — на 26 %. Ингибирующий эффект цетилпи-
ридиния хлорида в той же концентрации был примерно вдвое
ниже. Оба вещества практически не оказывали влияния на Фос-
фотрансферазную активность Е. coli 154 и К- aerogenes 600.
Исследованные культуры К- aerogenes 600, Е. coli 154 и Pro-
teus vulgaris 7470, помимо канамицина, были способны инакти-
вировать неомицин, мономицин, рибостамицин. В присутствии
хлоргексидина и цетилпиридиния хлорида чувствительность
этих культур к этим антибиотикам повышалась. Хлоргексидин
усиливал действие канамицина в 16—64 раза, цетилпиридиния
хлорид — в 8—64 раза. Среди других вешеств. ингибирующих
ферменты, инактивирующие аминогликозиды, был выявлен
7-гидрокситрополон [Allen N., 1982]. который эффективно инги-
бировал аденилилтрансферазу (2"), но был неактивен в отноше-
нии ацетилтрансфераз. Некоторые модифицированные амино-
гликозидные производные также действуют как ингибиторы. На-
пример, 3"-1Ч-метильное соединение ингибирурт аденилилтранс-
феразу (3"); З'-леоксисоединение фосфорилилтрансферазу (ЗА,
а 6-гидроксисоединения ингибируют ацетилтрансферазу (6')
[Bryan L„ 1984].
ПАВ подавляют также процесс инактивации хлорамфени-
кола устойчивыми штаммами S. aureus и Е. coli. Стафилокок-
ковая хлорамфениколацетилтрансфераза чувствительна к дей-
ствию катионных, анионных ПАВ, при этом алкилсульфаты ока-
зывают наиболее сильное ингибирующее действие. Что каса-
ется ферментов кишечной палочки, то лишь хлоргексидин
эффективно ингибировал активность и подавлял биосинтез
72
хлорамфениколацегилтрансферазы в суббактериостатических
е концентрациях [Соловьева Н. Н., 1978; Афиногенов Г. Е., Бли-
нов Н. В., 1987].
Среди других веществ, влияющих на активность хлорамфе-
» николацетилтрансферазы, активными оказались пенициллин и
нитрофураны, которые в суббактериостатических концентрациях
подавляли активность фермента в культуре клеток кишечной па-
лочки и стафилококка в среднем на 30—50 %. Нитрофураны
блокируют образование ацетил-Ко-А, который необходим для
реакции ацетилирования хлорамфеникола.
t 2.2.2. ПОЛИМЕРНЫЕ ИНГИБИТОРЫ
ПРОЦЕССОВ ИНАКТИВАЦИИ АНТИБИОТИКОВ
Исследование кинетики инактивации бензилпенициллина пе-
нициллиназой Вас. licheniformis 749/С в присутствии катионных
полиэлектролитов (полимерных четвертичных аммониевых со-
лей аминоалкиловых эфиров метакриловой кислоты различного
строения) показало [Заикина Н. А., Панарин Е. Ф., 1977], что
они являются слабыми ингибиторами. Ингибирование (рис. 14)
носит неконкурентный характер и обусловлено электростатиче-
ским взаимодействием аммониевых групп полимера с карбо-
ксильными группами фермента, которые не входят в активный
центр. При этом, вероятно, происходят изменение конформации
активного центра фермента и уменьшение скорости реакции.
Заметную роль при этом играет также и гидрофобное взаи-
h модействие, о чем свидетельствует снижение константы ингиби-
рования у полимеров, имеющих в качестве заместителей у атома
< азота в аммониевой группе бензильный радикал. Наиболее ак-
тивным ингибитором из исследованных полимеров оказался поли-
ДМАИМ• (CeHsCHzCl) 2, который подавлял на 10—30 °/о эктив-
, ность стафилококковой пенициллиназы.
Исследованные полимеры оказались слабыми ингибиторами
। некоторых ферментов золотистого стафилококка. Они при кон-
; центрации 250 мкг/мл оказывали подавляющее действие на
внутриклеточную гиалуронидазу и плазмокоагулазу. Обнару-
жено значительное снижение гемолизирующей способности ста-
филококкового а-токснна в присутствии поли-ДЭАЭМ C2H5J.
Более детально было изучено влияние структуры катионного
полиэлектролита на процесс ингибирования хлорамфениколаце-
k тилтрансферазы в бесклеточных системах S. aureus и Е. coli
при использовании мембранных фракций клеток гСоловь-
* ева В. Н., 1978; Panarin Е.. 1985]. Стафилококковый фермент
был чувствительнее фермента, выделенного из грамотрицатель-
ных Е. coli (табл. 20).
, Из исследованных полиэлектролитов наиболее сильное по-
давляющее действие оказывал поли-ДМАЭМ-СбНйСНгО, со-
держащий один бензильный радикал у атома азота четвертич-
73
Рис. 14. Неконкурентное
ингибирование пеницил-
линами Вас. lichenifor-
mis 749/С: катионными
полиэлектролитами; ГЕ1 —
==21,4 ЕД/мл, pH 6,8,
37 °C; субстрат бензилпе-
нициллин 0,0025 моль/л.
1—без полимера; 2—в присутствии 1,18X10—3 моль/л полиДЭАЭМ-СгНз! Kj = 2,5x
Х10-2 моль/л; 3 — в присутствии 4,6Х10-3 моль/л полиДМАИМ-[(СН3)25О4]2 К,=
= 4,2X10—2 моль/л; 4 — в присутствии 1,5X10—3 моль/л полиДМАИМ^СеНз-СНзСЦг Kj =
= 7,5x10—3 моль/л; 5 — в присутствии 2,82x10—3 моль/л полиДМАЭМДСбНбСНгЮ! К(=
=9,8х10-3 моль/л.
ной аммониевой группы. Повышение степени гидрофобности вве-
дением еще одного бензильного радикала в звено полиэлектро-
лита (поли-ДМАИМ) привело к заметному падению ингибирую-
щих свойств. Из катионных белков протамин гидрохлорид
в концентрации 50 мкг/мл снижал активность фермента Е. coli
на 65% [Соловьева Н. Н., 1978]. Катионные полипептиды —
полилизин, а также синтетические полимерные четвертичные
аммониевые соли поли-ДМАИМ- (CH?,J)2, поли-ДМАИМ-
•(C3H5CH2C]) —подавляли активность канамицинтрансфераз в
бесклеточных экстрактах, а также усиливали действие канами-
цина в отношении культур грамотрицательных бактерий Е. coli,
Р. vulgaris, К. aerogenes, устойчивых к канамипину [Куцен-
ко Н. Н., 1986]. Опыты были поставлены на канамициноустой-
чивых штаммах К- aerogenes 600, Е. coli 154 и Р. vulgaris 7470,
продуцирующих ферменты ацетилтрансферазу, фосфорилил-
трансферазу и аденилилтрансферазу. Степень инактивации ка-
намицина в бесклеточных бактериальных экстрактах оценивали
методом радиоактивной индикации.
Катионные полиэлектролиты независимо от природы основ-
ной цепи подавляют активность канамицинтрансфераз
(табл. 21), при этом катионные полипептиды показали более
высокую ин; нбирующую активность, чем полимерные четвертич-
ные аммониевые соли. Была выявлена различная чувствитель-
ность канамицинтрансфераз в зависимости от вида микроорга-
низма.
Так, поли лизин в концентрации 750 мкг/мл ингибировал аде-
нилилтрансЛеразу у Е. coli 154 на 52%, а активность фосфо-
рилилтрансферазы на 32 %. Ингибирующий эффект полилизина
74
.\ }\w 20
Лш’ибированин хл^п.?мфищиплацетил'.,>&.1 ? ’ест ктоиннми
нолиелектролитами
Строение основного аввнэ нолиэлектролита -стН сей,)- и । 3 со 1 OCHgCILjN (C?Hr ) I' -СН? -С(СН ) со 1 е ост стднен ' ci Z | 3 Z. : 0 -сн2 с(сн3)- со 1 Г < ост ch2n(ch3'3 . CH3SO4 j2 CH,, С (СТ,,' г ! з со 1 осилен,,N (СТ, ' CT3SO4 -стя-у(сн3)- со 1 ОСН,СН„Ы(ст.) , С1' 2 Z | ч1 Z ст2с6нь [С,ОЛОНЬ<'ВЭ Н.Н., S.aursua 0394 К.coli 14
Концен- Сокраае'ггое грация обозначение поли - мера, МКГ/МЛ Ио.’тл ДОАЭМ- Ь[] •С,,!'Л Поли-ДМАИМ •(С6Н5СН2С1(2 50 Поли-ДМАИМ- • Ql3so4)2 50 П'ЛИ-ДМАЭМ- Поли-ДМАИМ- c,.h,cii.,ci Ь Ь 2 Актив- ность фермен- та, % 18 100 15 13 П Концен- трация поли- мера, мкг/мл 100 200 200 200 20U с 1 Актив ность фермен- та, X 100 87 85 28 < те
в отношении ацетилтрансферазы Р. vulgaris 7470 был незначи-
тельным, подавление активности составляло лишь 15%. Поли-
мерные четвертичные аммониевые соли подавляли активность
ферментов этих штаммов в среднем на 25—30 % при концен-
k трацни 500 мкг/мл. Исследованные полимеры не являются спе-
цифическими ингибиторами канамицинтрансфераз, и их актив-
* ность обусловлена, вероятно, изменением липидного окружения
ферментов или конкуренцией с канамицнном за взаимодействие
с ферментами, поскольку они, как и канамицин, несут положи-
< тельный заряд. Исследование, выполненное с использованием
клеточных экстрактов ферментов, подтверждено в опытах по
оценке чувствительности к канамицину изученных штаммов
75
Таблица 21
Влияние катионных полиэлектролитов
на активность канамицин-трансферазы в бесклеточных экстрактах
Полиэлектролит Концент- рация по- лимера, мкг/мл Подавление ферментативной активности, %
Ps. aero- gen 600 Е coli 154 Pr. vulga- ris 7470
Полилизин 750 43 37 28
Полиаргинин 750 45 49 32
ПолиДМАИМ- (С6Н5СН2С1)2 400 22 20 18
ПолиДМАИМ- (СН31)2 400 27 25 20
в присутствии полиэлектролитов. Катионные полипептиды поли-
лизин и полиаргинин снижали МПК канамицина у исследован-
ных культур в 2—8 раз, тогда как полимерные четвертичные
аммониевые соли были не эффективны.
2.3. УСИЛЕНИЕ ТРАНСПОРТА АНТИМИКРОБНЫХ ВЕЩЕСТВ
В КЛЕТКУ ПОД ДЕЙСТВИЕМ
МЕМБРАНОАКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ
2.3.1. ПОВЫШЕНИЕ ПРОНИЦАЕМОСТИ КЛЕТОЧНЫХ МЕМБРАН
И ПОВЫШЕНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ К АНТИБИОТИКАМ
ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ
МЕМБРАНОАКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ
Снижение проницаемости клеточной стенки для химиотера-
певтического средства, как было отмечено выше, является одним
из основных факторов лекарственной устойчивости микроорга-
низмов. В связи с этим повышение проницаемости мембран
с помощью различных веществ, влияющих на их функциониро-
вание и структурную организацию, представляется одним из пу-
тей повышения эффективности антимикробных средств.
Большой интерес в этом отношении представляют вещества,
увеличивающие пассивный транспорт и проницаемость мембран
для разнообразных ионов и молекул. К такого рода веществам
относятся различные мембраноактивные агенты, комплексоны,
детергенты, катионные полиэлектролиты и др., которые хотя и
отличаются механизмами действия, но конечный результат этого
действия идентичен.
Из комплексонов наиболее детально исследовано действие на
бактеоиальные клетки этилендиаминтетрауксусной кислоты
(ЭДТА):
НООССН™ ,СН COOH
иоосчи/ 2 2 Vh2<toii
76
!
4
- Липополисахариды,
связанные пирофосфатными
мостиками
—Фосфолипид
— Полок
* Рис. 15. Схема взаимодействия ЭДТА с клеточной стенкой грамотрицательных
бактерий.
После добавления ЭДТА к культуре клеток грамотрицатель-
ных бактерий резко возрастает проницаемость их мембран,
взаимодействие заканчивается за 0,5—5 мин. Более длительная
экспозиция с ЭДТА приводит к разрушению РНК и гибели
клетки, поскольку ЭДТА хелатирует дивалентные ионы, необ-
ходимые для функционирования рибосом. Обработка клеток
ЭДТА вызывает быстрое выделение в окружающую среду липо-
полисахаридов и других компонентов внешней мембраны
[Leive L., 1974]. В раствор при этом переходит 30—50 % липо-
полисахаридов, 1—2 % белков, 40 % Mg2+ и 83 % Са2+, однако
( эта потеря компонентов не вызывает лизиса клетки. ЭДТА об-
разует хелатные комплексы с M,g2+ и Са2+, которые осущест-
вляют ионную сшивку липополисахаридов в мембране. «Выры-
вание» Mg2+ и Са2+ из мембраны делает свободными липополи-
’ сахариды, и они выходят в окружающую среду. Поскольку ли-
пополисахариды составляют основной компонент внешней мем-
браны грамотрицательных бактерий, то их выход приводит
(рис. 15) к повышению проницаемости мембраны, что позволяет
входить в клетку не только низкомолекулярным веществам, но
и макромолекулам, например, ферментам — лизоциму, фосфоли-
пазе и др.
Обработка клеток ЭДТА приводит к заметному повышению
транспорта антибиотиков, особенно это сказывается на транс-
* порте липофильных аналогов тетрациклина в клетки тетрацик-
t линоустойчивых бактерий [McMurry L., 1982]. Р. Michael и соавт.
(1965) показали, что активность сульфата полимиксина В, бенз-
алкония хлорида, диацетата хлоргексидина была значительно
повышена в присутствии ЭДТА. Ионы Са2+ и Mg2+ блокировали
* это защитное действие. ЭДТА также показала потенцирующее
действие против клеток, растущих в неразбавленной сыворотке.
Подобное явление наблюдалось, когда ЭДТА добавлялась в ко-
| 77
1________________________________________________________________
личестве 6,5 мкг/мл Pi культуре, содержащей 0,7 мкг/мл хлор-
гексидпна или 35 мкг/мл бензалкония хлорида. Этот потенци-
рующий эффект был блокирован добавлением к растущей куль-
туре MgCl2 или СаС12 в концентрации 50 мкг/мл и 18 мкг/мл
соответственно.
Исследование влияния ЭДТА на чувствительность к бензил-
пенициллину, ампициллину, тетрациклину и хлорамфениколу
высокоустойчивых штаммов [Weiser R., 1968] показало, что
ЭДТА в субингибирующих концентрациях 1,7Х10~3 до 1,4Х
X 10“2 М уменьшает МПК антибиотиков. Полная обратимость
устойчивости была получена со всеми тетрациклиноустойчивыми
бактериями, при этом минимальная подавляющая концентрация
была уменьшена до величин, соответствующих чувствительным
бактериям,— от 250 мкг/мл до 2 мкг/мл. В случае бензилпени-
циллина и ампициллина для штаммов Е. coli и Proteus sp. обра-
тимость устойчивости была частичной. Повышенная чувстви-
тельность Pseudomonas sp. к ЭДТА обусловлена довольно высо-
ким содержанием магния в его мембранах. По данным N. Gil-
man (1975), весь Mg2+ находится в фосфолипидной фракции
при соотношении липид : Mg2+ = 2,2: 1. Образуя хелаты с фосфо-
липидами, Mg2+ увеличивает плотность их упаковки в мембране
и таким образом стабилизирует ее.
В значительном количестве Mg2+ содержится также в кле-
точной стенке устойчивых штаммов Pseudomonas aeruginosa,
поэтому обработка этих культур ЭДТА повышает чувствитель-
ность их к полимиксину и другим пептидным антибиотикам, дей-
ствующим на клеточные мембраны [Hancock R., 1984].
Другие хелатирующие агенты — салициловая кислота, щаве-
левая кислота, О-фенантролин и 8-гидроксихинолин — не ока-
зывают такого заметного влияния на проницаемость мембран,
как ЭДТА [Hamilton — Miller J., 1965]. Это связано, вероятно, со
стабильностью образующихся хелатных комплексов с Mg2+ и
Са2+ и конкуренцией за связывание ионов между липополиса-
харидами и хелатирующими агентами. Наиболее стабильные
комплексы с Mg2+ и Са2+ из исследованных соединений обра-
зует ЭДТА [Пршибил Р., 1975].
Сильное дестабилизирующее действие на мембраны оказы-
вают ПАВ. Взаимодействуя с мембраной, главным образом с не-
полярной гидрофобной частью, молекулы ПАВ погружаются
в гидрофобную часть, вызывают дезорганизацию в упаковке и
обеспечивают остаткам жирных кислот значительную свободу
в движении, что легко тестируется по изменению ЯМР-сигналов
от углеводородных цепей фосфолипидов. В дополнение они вы-
зывают увеличение подвижности некоторых групп белков, свя-
занных с фосфолипидами за счет гидрофобного взаимодействия
[Helenius A., Simons К., 1975], и при достаточно высокой кон-
центрации ПАВ мембрана фрагментируется и ее компоненты
солюбилизируются. Дестабилизация и солюбилизация мембраны
78
в значительной степени зависят от строения молекулы ПАВ.
Дестабилизирующее действие ПАВ на клеточные мембраны
легко тестируется по выходу из клетки компонентов цито-
плазмы, что свидетельствует об изменении ее проницаемости.
При низких концентрациях, когда еще лизис клетки не проис-
ходит, наблюдается изменение формы мембраны. Эти измене-
ния были выявлены па примере взаимодействия эритроцитов
с различными дифильными молекулами [Sheetz М., Singer S.,
1974]. В зависимости от знака заряда дифильного иона при ней-
тральном pH и скорости его диффузии через мембрану клетки
различают 2 типа распределения молекул дифильного вещества
в мембране. Катионные дифильные соединения распределяются
предпочтительно в цитоплазматической половине двойного би-
слоя мембраны. Анионные дифильные молекулы, накапливаясь
во внешнем бислое мембраны, потому что они отталкиваются
отрицательно заряженным полем, существующим на поверхно-
сти мембраны, вызывают его растяжение относительно цито-
плазматического. В результате различного характера распреде-
ления дифильных ионов в мембране изменяются по-разному
форма клетки и проницаемость мембран. В силу этих причин
катионные ПАВ меняют нрошщаемюсть мембран при более низ-
ких концентрациях, чем анионные.
Катионные ПАБ придают эритроциту чашеобразную форму,
наблюдаются внутренние инвагинаты мембраны. Анионные ПАВ
деформируют мембрану, придавая ей соответствующую форму.
Под действием ПАВ (катамина АБ) в суббактериостатиче-
ских концентрациях на Е. coli наблюдалось появление клеток
удлиненной формы, в которых цитоплазма «отставала» от кле-
точной стенки. При комбинированном действии ПАВ и окситет-
рациклина наблюдалось разрушение клеточной стенки и цито-
плазматической мембраны. По данным электронной микроско-
пии, в цитоплазме клеток появлялись аморфные участки и был
виден выход из клетки компонентов цитоплазмы. Клетки Е. coli
при этом часто приобретали округлую форму [Афиногенов Г. Е.,
Блинов Н. П„ 1987]. Использование низких предлитических кон-
центраций катионных ПАВ — цетилпиридиний хлорида, хлоргек-
сидина и алкилдиметилбензиламмонийхлорида—позволяет
в 40—300 раз повысить чувствительность антибиотикоустойчи-
вых штаммов бактерий к тетрациклину, стрептомицину, пени-
циллину [Афиногенов Г. Е., Панарин Е. Ф., 1977], а чувствитель-
ность к эритромицину при этом возрастает на 2—3 порядка.
Натрия дезоксихолат, натрия додецилсульфат, амины — спер-
мин и спермидин, а также диметилсульфоксид [Терешин И. М.,
1974] в меньшей степени повышали чувствительность бактерий
Е. coli и S. aureus к антибиотикам — левомицетину, стрептоми-
цину, тетрациклину. Т. Szydlowska (1972) показала, что лишь
10—15 % устойчивых и малоустойчивых штаммов Е. coli из
205 исследованных изменили чувствительность в отношении
79
стрептомицина, хлорамфеникола после обработки 0,1 —10 % ди-
метилсульфоксидом, тогда как у штаммов стрептококка изме-
нение чувствительности к хлортетрациклину и стрептомицину
составило 28 %•
При более высоких концентрациях ПАВ, близких к бактери-
цидным, резко возрастает проницаемость мембран клеток бак-
терий, что легко тестировать по выходу их клеток компонентов,
поглощающих в ультрафиолетовой области спектра при 260 нм.
Следует отметить, что изменение проницаемости клеток Е. coli
происходит при более высоких концентрациях ПАВ по сравне-
нию со S. aureus и существенным образом зависит от структуры
ПАВ. Так, обработка клеток Е. coli в течение 1 ч алкилбензол-
сульфонатом не вызывает достоверного изменения их проницае-
мости. Существенным является то, что изменение проницаемо-
сти под действием ПАВ стимулирует одновременно поглощение
клетками антибиотиков. Сопоставление скорости поглощения
14С-окситетрациклина резистентными бактериями при концен-
трациях ПАВ, не влияющих на их жизнеспособность, показало
различие в динамике накопления клетками антибиотика и коли-
честве поглощенного антибиотика. При обработке микроорга-
низмов алкилбензолсульфонатом и диметилбензилалкиламмония
хлоридом количество поглощенного антибиотика возрастало со-
ответственно в 2 и 3 раза после экспозиции 1 ч. Кроме того,
насыщение клеток Е. coli окситетрациклином завершалось за
2—3 мин, а в присутствии ПАВ — за 30—60 мин.
Таким образом, катионные ПАВ оказались наиболее эффек-
тивными мембраноактивными агентами, которые способны при
низких концентрациях (0,0001%) повышать чувствительность
антибиотикоустойчивых бактерий к применяемым в настоящее
время в клинической практике антибиотикам. Однако высокая
токсичность этих веществ и отсутствие специфичности в дей-
ствии ограничивают возможность их применения для терапев-
тических целей. Для практического применения необходимо ис-
кать пути снижения их токсичности и разрабатывать оптималь-
ные сочетания с антибиотиками. В связи с этим представляют
интерес высокомолекулярные мембраноактивные вещества, ко-
торые, как правило, обладают более низкой токсичностью.
2.3.2. ПОВЫШЕНИЕ ПРОНИЦАЕМОСТИ КЛЕТОЧНЫХ МЕМБРАН
И ПОВЫШЕНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ К АНТИБИОТИКАМ
ПОД ДЕЙСТВИЕМ МЕМБРАНОАКТИВНЫХ МАКРОМОЛЕКУЛ
В гл. 1 были обсуждены мембраноактивные свойства полика-
тионов независимо от их происхождения (природные или синте-
тические). Способность этих макромолекул изменять проницае-
мость мембран и повышать транспорт различных веществ
в клетку была использована и для повышения транспорта анти-
биотиков в бактериальные клетки [Заикина Н. А., Пана-
80
Таолиаа 22
ЙЛйянйе строения пожэлзктрожов :п чувствительность
К Сеизилпешщиллшу s.nweus штаммов за и 176
Г?4)МКИна И. А. И др., №7]
Структура нолиэлектролит')*
МПК бен- 1 З’ЛЛП-гНИ-
мпк ПОЛИ- ни.ш’нэ, мкг/мл, К пеницил-
в смеси с ЛИН23Ы
мерз. .'1СШ№'С;СМ в отн 'ше- МОЛЬ/Л**
МКГ/МЛ яии штам- мов
33
500
-2
4,18 хЮ
I '3
<w<;h сн„м :сн_) _ ch„soT
/. z. w «3 О
п
СН..-С .C1I.
COOCHgCf^N*. С,Н3)2 С)~
CWs
15 15,5 9,75 х Ю~3
>'/юаг2сн?н((:2н5)3 т".
-с11„-<: л;н.
250
2,17 х 10~2
пс/'тнАШРни'* брнзилнанициллина и полиэ.к.-кт'х.'литл составляло isl.
**ИСПОЛЬ?.-'ВП,.Й<*Ь пеЩЩИЛЯИНаза Вас. lichenIforaie 749/C.
рин Е. Ф., 1977]. В качестве поликатионов были использованы
полимерные четвертичные аммониевые соли аминоалкиловых
эфиров метакриловой кислоты с различными заместителями у
атома азота, гидрохлорид поливинамина и метилсульфат поли-
2-метил-5-винил-М-метилпиридиния (табл. 22). Сами полиэлек-
тролиты обладали слабыми антимикробными свойствами, МПК
для них в зависимости от структуры была в интервале 100—
1000 мкг/мл. При концентрациях, в 5—10 раз более низких,
чем МПК, полиэлектролиты способны повышать чувствитель-
ность устойчивых к бензилпенициллину штаммов стафилокок-
ков. Значение МПК бензилпенициллина в присутствии этих по-
6—16 81
Рис. 16. Выход из клеток стафилокок-
ков веществ, поглощающих в' области
X — 260 нм под действием пОлиэлек-
тролита (111) при концентрации
1000 мкг/мл.
1 — чувствительного; 2 — устойчивого к
пенициллину.
Рис. 17. Поглощение пеницил-
лина клетками S. aureus за 1 ч.
1 — в изотоническом растворе нат-
рия хлорида; 2 —в присутствии по-
лиэлектролита IV 500 мкг/мл.
лиэлектролитов снизилось в 2—20 раз в зависимости от струк-
туры полиэлектролита.
Изменение проницаемости мембран клеток S. aureus под дей-
ствием этих полиэлектролитов было оценено по выделению из
клеток веществ, поглощающих в УФ области спектра при 260 нм.
Под действием полиэлектролитов (рис. 16) выход из клетки
компонентов цитоплазмы происходит в начальный момент (5—
15 мин), зависит от концентрации полимера в растворе и на-
блюдается при концентрациях, значительно превышающих те,
которые влияют на чувствительность к бензилпенициллину. По-
лиэлектролиты также интенсифицировали поглощение клетками
бензилпенициллина (рис. 17).
Исследование электронно-микроскопическим методом ультра-
структуры клеток, обработанных бензилпенициллином и поли-
электролитом, позволило выявить у них наиболее выраженное
изменение структуры по сравнению с клетками, обработанными
полиэлектролитом и бензилпенициллином в отдельности. Клетки
были окружены цитоплазмой, вышедшей из них под действием
препаратов. Некоторые из клеток были частично лизированы.
Наблюдалось сосредоточение более развитых мембранных
структур вблизи клеточной стенки. Поскольку исследованные
полиэлектролиты оказались слабыми неконкурентными ингиби-
торами пенициллиназы (см. выше), то можно полагать, что уси-
ление действия бензилпенициллина в присутствии катионных
синтетических полиэлектролитов обусловлено прежде всего по-
вышением проницаемости клеточных мембран.
82
Способностью усиливать действие антибиотиков обладают
также некоторые природные катионные белки. Например, опре-
деленные фракции гистонов тимуса теленка, представляющие
собой катионные белки, а также гидрохлорид протамина значи-
тельно усиливают действие стрептомицина, эритромицина и ле-
вомицетина в отношении кишечной палочки и стафилококка
[Ашмарин И. П., Ждан-Пушкина С. М., 1972; Терешин И. М.,
1977].
Эффективными мембраноактивными агентами, способными
изменять проницаемость бактериальных мембран, оказались и
водорастворимые полимерные хелаты — сополимеры из винил-
пирролидона с N-винилиминодиуксусной кислотой [Тихо-
нова Л. И., 1973, 1974], представляющие собой полимерный ана-
лог ЭДТА, а также сополимеры винилпирролидона с метакри-
лоилацетоном (табл. 23) [Копейкин В. В., Панарин Е. Ф.,
1977]. В отличие от сравнительно токсичной ЭДТА (ЛД'5о со-
ставляет 100 мкг/кг внутрибрюшинно) полимерные комплек-
соны оказались безвредными соединениями (МПД составляла
Таблиц 23
Влияние полимерннх'комплексонов на чувствительность к анти <иксы
резистентных штаммов бактерий МПК, мкг/мл
Тест-культура (штаммы)
Полимерный комплексон Антибиотик aureus Е.соИ Kleb- siella яр. Prote- us sp. Ps.aeru- ginosa
132 265 8325 I 154 150(1) 142(3) 3
—сн„-сн— 2 1 Хлортетра- цик лин 150 30 12 250 31 250 1000
НС^СН Метициллин 85 - - - - - - -
2| 1 2 Ампициллин 30 I 120 2000 2 60 80 1000
НООС соон Карбеницил- лин 30 8 120 200 10 250 250 312
-сн-с(сн_ 2 । о нА —‘ Хлортетра- цик лин Метициллин 60 60 8 12 1000 836 675 675 625
II ' Ампициллин 60 80 625 2500 40 1250 156 2000
Карбеницил - лин 60 625 800 2000 2 [250 500 1250
Хлортетра- циклин 1000 250 12 1000 500 1000 1000 1000
Метициллин 500 2 -
Ампициллин .350 62 2500 2500 40 1250 312 loooo
Карбеницил лин 60 625 2500 Г0000 10 1250 500 1250
6*
83
7500 мг/кг внутрибрюшинно) и обладали очень слабыми анти-
микробными свойствами, подавляя рост S. aureus 209Р при кон-
центрации 6250 мкг/мл. Вместе с тем они обладали высокими
хелатобразующими свойствами, сопоставимыми или даже пре-
вышающими хелатобразующие свойства ЭДТА. Стабильность
их комплексов с ионами Zn2+, Са2+, Си2+ превышала стабиль-
ность комплексов их низкомолекулярных аналогов. Этот мо-
мент существен, ибо они должны конкурировать за катионы ме-
таллов с природными лигандами — липополисахаридами и фос-
фолипидами. «Вырывание» синтетическими полимерными хела-
тами ионов металлов из клеточных мембран легко тестировать
спектральными методами по появлению поглощения в области
%=280—320 нм, обусловленного сдвигом максимума поглоще-
ния свободных p-дикарбонильных групп полимера при хелатиро-
вании иона металла. Обработка клеток устойчивого штамма
S. aureus полимерными хелатами показала наличие поглощения
в области л=260 нм, что связано с выходом из клетки компонен-
тов, поглощающих в этой области в 290—300. Это обусловлено
комплексообразованием полимера с ионами металлов. Полимер-
ные комплексоны в небактерицидных концентрациях в эквимо-
лекулярных смесях с антибиотиками усиливали действие хлор-
тетрациклина, метициллина, ампициллина и карбенциллина
в отношении антибиотикоустойчивых штаммов S. aureus, Е. coli,
Klebsiella sp., Pseudomonas sp. [Афиногенов Г. E., Панарин Е.Ф.,
1978] (см. табл. 23). Наибольший эффект усиления был выявлен
для хлортетрациклина.
2.4. ПОЛИМЕРНЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ АНТИБИОТИКОВ
И МЕТОДЫ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ
Модификация биологически активных веществ полимерами
осуществляется для направленного изменения их свойств: сни-
жения токсичности, изменения растворимости и фармакокине-
тики, управления скоростью поступления в организм и т. п.
Присоединение биологически активного вещества к поли-
меру существенно изменяет его свойства, характер транспорта
в организме, а в ряде случаев влияет на механизм действия.
Большое влияние при этом оказывают молекулярная масса,
структура полимерной цепочки, конформация макромолекулы,
ее способность к кооперативным взаимодействиям и другие мо-
менты. i Что касается необходимости направленного изменения
свойств антибиотиков, то она обусловлена, как было показано
выше, существованием явления лекарственной устойчивости
микроорганизмов. В связи с этим для антибиотиков выдвига-
ется задача модификации их полимерами с целью преодоления
устойчивости, обусловленной прежде всего существованием фер-
ментов-инактиваторов и уменьшением проницаемости бактери-
альных мембран. Полимерные производные биологически актив-
84
ных веществ, в том числе и антибиотиков, получают полимери-
• ' зацией их низкомолекулярных аналогов и модификацией функ-
циональными полимерами путем ковалентного присоединения
или за счет комплексообразования с участием электростатиче-
‘ ского и гидрофобного взаимодействий, а также с образованием
водородных и координационных связей. Основные пути синтеза
полимерных физиологически активных веществ и методы моди-
фикации их свойств многократно обсуждены, суммированы и
рассмотрены в обзорах [Вирник А. Д. и др., 1976; Развадов-
ский Е. Ф., 1976; Платэ Н. А., Васильев А. Е., 1980; Пана-
рин Е. Ф., Афиногенов Г. Е., 1985, 1988; Batz Н., 1977], моно-
графиях [Ушаков С. Н., 1962; Платэ Н. А., Васильев А. Е.,
* 4 1986].
2.4.1. ПОЛИМЕРНЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ
< АНТИБИОТИКОВ ПЕНИЦИЛЛИНОВОГО РЯДА
Пенициллины являются ингибиторами синтеза клеточной
стенки бактерий, вмешиваясь в реакцию сшивки пептидоглика-
новых цепей на последней стадии синтеза клеточной стенки
[Blumberg Р., Strominger J., 1974]. Сшивка осуществляется пу-
тем использования боковых пептидных цепей, имеющих на кон-
цах дипептид-П-аланил-П-аланин, структурным аналогом кото-
рого является пенициллин. Конформация пенициллина соответ-
ствует конформации дипептида в переходном состоянии в момент
расщепления пептидной связи [Lee В., 1971]. Расчет, прове-
э денный методом молекулярных орбиталей [Holje Н., 1976], под-
твердил сходство конфигураций пенициллина и М-ацетил-Ь-ала-
к нил-Э-аланина. Вследствие этого конфигурационного сходства
пенициллин конкурирует с дипептидом за связывание с актив-
ным центром транспептидазы-D,D-карбоксипептидазы, осущест-
( вляющей сшивку линейных пептидогликановых макромолекул, и
ацилирует его, переводя в неактивную форму. Поскольку пени-
циллин является структурным аналогом концевого дипептида,
то синтетический полимер, содержащий звенья пенициллина,
можно рассматривать в первом приближении как модель линей-
ных пептидогликановых полимеров. Следовательно, полимерный
пенициллин может также взаимодействовать с пептидазами,
локализованными на цитоплазматической мембране бактерии,
проявляя при этом антимикробные свойства.
* Основываясь на этой структурной аналогии, синтезированы
различные полимерные производные пенициллинов. Для этой
• пели использовались модификации бокового ацильного остатка
(R), полимеризация с раскрытием р-лактамного кольца и моди-
фикация по карбоксильной группе антибиотика.
Наибольшие возможности для получения полимерных про-
изводных пенициллинов открываются при варьировании струк-
туры бокового ацильного остатка, так как в этом случае воз-
85
можен синтез полимерных производных как путем присоедине-
ния 6-аминопенициллановой кислоты к различным полимерам,
так и путем получения ненасыщенных аналогов и их последую-
щей полимеризации, а также путем присоединения к полимерам
полусинтетических пенициллинов, имеющих в боковом ациль-
ном остатке (R) реакционноспособные группы. Первые поли-
। мерные производные пенициллинов были получены в ходе спон-
, тайной полимеризации пенициллинов и 6-аминопенициллановой
11 кислоты в результате раскрытия р-лактамного кольца, при дли-
i тельном хранении водных растворов. Получающиеся при этом
полимеры имеют небольшую степень полимеризации и не обла-
! дают антимикробной активностью [Smith Н., Marshall А., 1971].
I Так, из ампициллина получаются ди-, три-, тетрамеры и поли-
меры с относительной молекулярной массой 1000—5000 [Bund-
gaard Н., Larcen С., 1977], спектроскопические и микробиологи-
1 ческие исследования которых показали [Butcher В., 1971], что
। они включают в себя звенья ампициллина и его пенициллоило-
[(\ ' ’вых производных. У этих полимеров наблюдается частичная по-
i'1 теря циклической структуры и отсутствует активность. Подоб-
ная картина наблюдается также при полимеризации 6-аминопе-
'Нициллановой кислоты [Jrant N., 1962], получающиеся при этом
। । полимеры имеют степень полимеризации 7—8 и не содержат
| 0-лактамных колец. Продукты их ацилирования фенилуксусной
, । кислотой не показали антимикробной активности. Иными сло-
I1 вами, полимеризация 0-лактамных антибиотиков за счет рас-
j.'ii крытия их 6-лактамного кольца, необходимого для проявления
1111 . антимикробной активности, не приводит к активным полимерам,
j хотя в ряде случаев тестировали концевые звенья, содержащие
। р-лактамное кольцо.
Ненасыщенные аналоги пенициллинов и полимеры на их
' основе. Ненасыщенные аналоги феноксиметилпенициллина син-
тезированы на основе винильных аналогов феноксиалкилкарбо-
! , новых кислот и акрилоиламидофеноксиуксусных кислот [Пана-
; рин Е. Ф., Беров М. Б., 1968; Панарин Е. Ф., Копейкин В. В.,
I 1973].
i Пенициллины получали ацилированием 6-АПК смешанными
ангидридами указанных выше кислот и этоксимуравьиной кис-
; лоты с выделением пенициллинов в виде калиевых или натрие-
вых солей [Панарин Е. Ф., Соловский М. В., 1974; Panarin Е. F.,
Solovskij М. V., 1989].
Ненасыщенные аналоги оксациллина получались с исполь-
I зованием метакрилоильных и акрилоильных производных 3-(3-
j амино)-фенил-5-метил-изоксазол-4-карбоновой кислоты [Пана-
1 5 рин Е. Ф. и др., 1977].
Все мономерные пенициллины активны в отношении стафи-
лококка (табл. 24). Наибольшую активность имеют винильные
I производные феноксиметилпенициллина. Введение ненасыщен-
.! ной ациламиногруппы в боковой ацильный радикал оксацил-
86
I
лина и феноксиметилпенициллина привело к некоторому пони-
жению активности, причем акрилоильные производные (I, IX)
активнее их метакрилоильных аналогов (II, ILI-- IV, X). Орто-
изомер (II) был менее активен, чем мета-(III) и пара-(IV) изо-
меры.
Введение ванильной и ненасыщенной ацил аминогруппы ока-
зало также определенное влияние на чувствительность к пени-
циллиназе. Все ненасыщенные производные феноксиметилпени-
циллина гидролизуются пенициллиназой с меньшей скоростью,
чем феноксиметилпенициллин, исключение составляет (произ-
/
Таблица 24
Свойства ненасыщенных аналогов оксациллина
и Феноксиметилпенициллина
s
/ \
R-CONHCH----СН С(СЦ.Л_
I 1 1 2 t
А-----N----СН СОО"Ив*
(/
R Me . МПК,МКГ/МЛ; тэст-куль- тура S.aureus 209Р Скорость инактивации пеницилли- назой 1СГ6 моль/(л-мин)
CH.2=CHCONH- -OCHjj- к 0,12 17,7
СН2-С ТОНН (О)-0СН2~ к 0.S0 16,4
СН2=С—CONH Tq3 -0СН2- снз к 0,03-0,08 14,0
СН2=С—CONH- <Q> -0СН2~ CHg к 0,25 19,7 ,
CH=CHCONH- -0CH2- СНд к 0,05-0,1 10,2
©: 1 1 I - к 0,03 19,7
©4 С о а~э 00 I к 0,03 II, 4
• п . i *
:87
Продолжение
♦Пенициллиназа Вас.1ieheniforeis Z49/C, 20 «Д/МЛ
pH «,8; Зное, 0,1 М фосфатный буфер.
водное И) 6-метакрилоиламинофеноксиметилпенициллин, ско-
рость гидролиза которого такая же, как и у феноксиметилпени-
циллина. Ненасыщенные производные феноксиметилпеницил-
лина являются высокоактивными мономерами, которые легко
вступают в реакцию гомо- и сополимеризации в присутствии
инициаторов радикальной полимеризации. Ввиду гидролитиче-
ской лабильности р-лактамного кольца предпочтительно поли-
меризовать эти мономеры в водных растворах в присутствии ка-
лия персульфата [Панарин Е. Ф., Беров М. Б., 1975]. Полиме-
ризация калиевых и натриевых солей в воде позволяет полу-
чать водорастворимые полимерные пенициллины с большими от-
носительными молекулярными массами (10000—200 000) (зна-
чения характеристической вязкости находятся в интервале 0,2—
2,3 дл/г). Наиболее активными мономерами в реакции полиме-
ризации оказались акрилоильные и метакрилоильные производ-
ные феноксиметилпенициллина, которые обеспечивают получе-
ние полимера с выходом 90—95 % за короткий интервал вре-
мени, о-вииилфеноксиметилпенициллин (VI) и его стерически
затрудненные аналоги (VII и VIII) полимеризуются с невысо-
кими скоростями. Полимерные пенициллины получены также
сополимеризацией винилпирролидона с метакрилоильным и
акрилоильным аналогами оксациллина (IX), и (X) и фенокси-
метилпенициллина (I) и (III). В этом случае полимеры имели
более низкую молекулярную массу, чем при гомополимеризации
[Панарин Е. Ф„ Со|ловский М. Bl., 1973]. Следует отметить, что
при полимеризации* мономерных ‘пенициллинов не удается пол-
88
Таблица 25
Анэммикробнэя активность некоторых мономерных и
полимерных пенициллиноз
Мономерное звено МПК, мкг/мл» тест-микроб S.aureus 2О9Р
Мономер Полимер
-СН.^СН- 0,03-0,06 0,06-0,2
-СН2-СН- Сд?т сн3 0,03-0,1 0,1-0,2
-сн2-сн- CONH- -ОСН2- 0,1-0,2 0,2-0,3
сн„-с(сн„)- Z | о CONH \юн2- 0,03-0,1 0,4-0,6
сн., с(сн_) 1 СОИН- (О> - ОСН2- 0,25 0,6
..сн2-с(сн3)- /V CONH W 1-3 S-I0
ностью сохранить 0-лактамное кольцо антибиотика, наблюдается
частичное раскрытие, поэтому полимер содержит значительное
количество до 50 мол. % звеньев соответствующей пеницилло-
иновой кислоты. Тем не менее полимерные пенициллины обла-
дают высокой антимикробной активностью, сопоставимой с ак-
тивностью исходных мономеров (табл. 25).
Антимикробная активность полимерных пенициллинов со-
храняется на достаточно высоком уровне даже в случае при-
витых сополимеров п-метакрилоиламинофеноксиметилпеницил-
лина и акрилоилпенициллина на целлюлозе {Шишлянни-
кова Н. Ю., 1985]. Полагают, что в этом случае активность
обусловлена отщеплением антибиотика от привитого сополи-
мера.
< 89
Полимерные пенициллины получены присоединением 6-АПК
к водорастворимым сополимерам винилпирролидона с ненасы-
щенными карбоновыми кислотами, активированными этокси-
хлорформиатом [Панарин Е. Ф. и др., 1973; Панарин Е. Ф., Со-
ловский М. В., 1976]. В качестве сополимеров в этом случае
использовали сополимеры винилпирролидона с кротоновой, ко-
ричной,' 2-винилфеноксиуксусной и другими кислотами.
Полученные этим методом полимерные пенициллины обла-
дают высокой антимикробной активностью в отношении стафи-
лококков. Полимерные пенициллины, полученные присоедине-
нием 6-АПК к карбонату целлюлозы, не обладали активностью
[Simonescu С., 1979]. Полимерные пенициллины обладают высо-
кой устойчивостью к действию р-лактамаз. По своей устойчиво-
сти они превосходят такие полусинтетические пенициллины, как
оксациллин и метг^иллин. Так, при концентрации пеницилли-
назы 40 ЕД/мл оксациллин инактивируется за 3 ч на 60%,
а поли-п-метакрилоиламинофеноксиметилпенициллнн лишь на
3%. При этом скорость инактивации полимерного пенициллина
была в 400 раз меньше скорости инактивации мономера [Пана-
рин Е. Ф., Афиногенов Г. Е., 1985]. Высокая устойчивость
полимерных пенициллинов обусловлена не ингибированием фер-
мента, а стерическими эффектами, создаваемыми макромолеку-
лой в целом и объемными боковыми пенициллиновыми звень-
ями. Частичная замена пенициллиновых звеньев на менее сте-
рически затрудненные звенья винилпирролидона обеспечивает
большую подвижность бициклической системы в целом относи-
тельно полимерной цепи, что приводит к повышению чувстви-
тельности к 6-лактамазе. Иными словами, плотность распреде-
ления звеньев антибиотика по цепи макромолекулы определен-
ным образом влияет на чувствительность к ферменту. Следует
отметить, что величина молекулярной массы полимерного пени-
циллина практически не влияет на чувствительность к р-лакта-
мазе, однако оказывает замртное влияние на антимикробную
активность, которая снижается с ростом молекулярной массы
(рис. 18). Это обусловлено снижением транспорта макромоле-
кул через пептидогликановый слой по мере увеличения их раз-
меров, поскольку клеточные стенки бактерий способны пропус-
кать макромолекулы с относительной молекулярной массой
70000—100 000 [Scherrer Р., Gerhardt Р., 1971; Bush К., 1984].
Таким образом, включение р-лактамных антибиотиков
в структуру макромолекул синтетического полимера обеспечи-
вает защиту антибиотика от инактивирующего действия р-лак-
тамаз при одновременном сохранении антимикробной активно-
сти, т. е. способности взаимодействовать с ферментами, осущест-
вляющими синтез клеточной стенки. Иными словами, макромо-
лекулярная природа полимерных пенициллинов не является
препятствием для проявления ими биологической активности.
Это свидетельствует о сохранении высокой реакционной способ-
90
i
Рис. 18. Гидролиз р-лактамазой
Вас. licheniformis 749/С мономерных,
полимерных пенициллинов и оксацил-
лина.
1 — поли-2-винилфеноксиметилпеиициллина;
2 — поли-4-метакрилоиламииофеиоксиметил-
пенициллина; 3 — сополимера винилпирро-
лидоиа с 4-метакрилоиламинофеноксиме-
тилпенициллином; 4 — оксациллина: 5 — 2-
винилфеноксиметилпенициллина.
* *
к
ности р-лактамного кольца по отношению к пептидазам при
переходе от низкомолекулярной к полимерной форме антибио-
тика. Следует подчеркнуть влияние величины молекулярной
массы на активность, которое проявляется у всех исследован-
ных полимерных пенициллинов. По-видимому, следует считать
оптимальной относительную молекулярную массу 10 000—
70 000. В этом случае полимерные пенициллины способны бы-
стро диффундировать через клеточную стенку и достигать ми-
шени, локализованной на цитоплазматической мембране. Отме-
чена несколько более высокая активность сополимеров по
сравнению с гомополимерами (табл. 26).
Удельная активность в пересчете на содержание активного
начала в сополимерах существенно выше. Эта особенность
сополимеров может быть обусловлена двумя причинами. Во-
первых, в сополимерах не создаются столь большие стериче-
ские затруднения, поскольку звенья жесткой бициклической си-
стемы пенициллина отделены менее стерически объемными
J
звеньями второго сомономера, что создает более благоприятные
условия для взаимодействия с активным центром пептидазы.
Этот фактор сказывается и на взаимодействии с р-лактамазой
(см. рис. 18) —сополимеры проявляют к ней большую чувстви-
тельность. Во-вторых, существенное влияние имеет величина
отрицательного заряда, который несет на себе макромолекула
при физиологическом значении pH. Поскольку клетки несут от-
рицательный заряд, то, естественно, с увеличением уисла пени-
циллиновых звеньев в макромолекуле будет возрастать электро-
статическое отталкивание, что, безусловно, затрудняет дости-
жение макромолекулой мишени. Макромолекулы сополимеров
91
Таблица 26
Влияние химического строения полимерных пенициллинов
на их антимикробную активност:
'-CTL-CH- 2 1 — -си—CRg-
Y . S X с 1 /Л ,СН NH-CHCH С( 1 1 Г®3
N СИ^СОО Me
Y П, МОЛЬ % *1 R2 X (41 ДЛ/Г 0,5 M KC1 Ш1К, МКГ/МЛ, тест- культура S.aureue
- 100 Н н <^> ОСН^СО- X 0,26 0,60 0,85 0,06 0,25 3.0
100 И он., у CONH ОСН.уХ) (J ,4'* ) , 1,0 16,0
ТОО н снс; СОЫ1Ц осн./»- 0,25 0,83 J , 6 16,0
20 8,4 н СНз сони 1 оглу» 0, 13 0,4 0,8 10,0
23,8 н 11 Л™! -CONH CqJ ' ' - - 10,0
22 он., н 0,55 0,06
14 С6Н5 н - 0,23 0,24
6 СНзОС6Н4 н 0,13 0,36
-С NHCH„ СНОП., II ? 1 3 О он 20 н СНз -CONH OCHZCO- - -1 8
*
несут меньший заряд, и их электростатическое отталкивание
ослабляется.
Полимерные пенициллины в 2—5 раз активнее бензилпени-
циллина в отношении клинически устойчивых к пенициллину
штаммов стафилококка, характеризующихся средней устойчи-
востью. В случае высокоустойчивых штаммов это различие
было менее выраженным, что не соответствует их высокой
устойчивости к р-лактамазам. Это несоответствие может быть
обусловлено фактором проницаемости, который для макромоле-
кул существен в большей степени, чем для низкомолекулярного
антибиотика.
Изменения строения основной цепи макромолекулы не
92
приводят к заметным изменениям уровня активности. Так, поли-
мерные пенициллины, полученные путем присоединения 6-ами-
нопенициллановой кислоты к сополимерам N-гидроксипропил-
метакриламида с п-нитрофениловыми эфирами метакрилоила-
минофеноксиуксусных кислот, обладали достаточно высокой
активностью в отношении стафилококков. Тем самым было про-
демонстрировано [Solowskij М., 1983], что замена одного гид-
рофильного сомономера (винилпирролидон) на другой [N-гид-
роксипропилметакриламид] не влияет существенно на актив-
ность.
Полимерные производные ампициллина. Ампициллин явля-
ется Р-лактамным антибиотиком широкого спектра антимик-
робного действия, но из-за высокой чувствительности к 0-лакта-
мазам теряет постепенно свою терапевтическую ценность. Мо-
дификация ампициллина полимерами производится с целью
улучшения спектра его действия и повышения резистентности
к ^-лактамазам, а также для создания средств пролонгиро-
ванного действия. В качестве модифицирующих полимеров ис-
пользуются природные полисахариды и синтетические — сопо-
лимеры винилпирролидона и N-гидроксипропилметакриламида.
Взаимодействием ди альдегиддекстрана с ампициллином по-
лучены шиффовы основания [Снежко В. А. и др., 1974], содер-
жащие до 22 % по массе антибиотика. Полученные полимеры
с ковалентно присоединенным ампициллином обладали анти-
микробной активностью в отношении клинических штаммов.
Однако уровень активности был ниже в 4—6 раз, чем у ампи-
циллина [Снежко В. А. и др., 1972].
Значительное снижение активности наблюдалось также при
присоединении ампициллина к декстрану бромцианным мето-
дом стабильной —С — N— связью [Kagedal L., Akerstrom S.,
1971].
Полимерные азометиновые производные ампициллина полу-
чены при конденсации ампициллина и сополимеров винилпир-
ролидона с кротоновым альдегидом и акролеином [Пана-
рин Е. Ф., Васильев В. К., 1976]. Они содержали от 13 до 30 %
антибиотика и имели относительную молекулярную массу
15 000—30 000. После присоединения ампициллина к этим поли-
мерам спектр антимикробного действия не претерпел сущест-
венного изменения. Значения МПК для полимерных шиффовых
эз
Влияние типа связи полимер-ампициллин нз антимикробную активность
и чувствительность к р-лактамазе
сн„ сн——Г сн. <:н„— J п
1
,4. X S
Z С ;О / \ ,СНО
\ / сл^-сн-сонн—сн—сн с(
— ° ° 1 1 I'»,
ХС N СН-СОО (C„Hj_NH+ Z О о
К2 X Констан- та ско- рости инзкти- взции к. иг6 1 моль/л•с МПК, мкг/мл; тест-культура
S.aureus E.coli Pro- teus sp. si»"') la я;.
209Р 8325р+ 123 670 142 \3) I:
। :осн; н ,1 -CONH- 1,50 2,8 180 180 1250 1800
-CONH- 3,0 2,5 — — 100 - -
к и ~ i t 1 - в. . .. :. _ ~ _ -си=ы- 1,90 0,5 270 68 2,2 68 27'
2,10 0,1 450 450 3,6 56 210
-NHCONH- 1,65 2,6 1620 — 2000 - -
н сн3 z°-- Н\ ~С\№=<Н хсн3 0,65 0.2 125 320 31,0 320 1'25'.''
н н сн3 1,20 0,25 200 200 24,0 2000 2000
я н zc N/ -СН9-С^_ 8,9 0,25 240 240 1,5 300 150
Ампициллин 48,5 0,08 5000 2000 20 ox- 250
оснований были близки к значениям МПК самого ампицил-
лина, а МПК некоторых пенициллиназопродуцирующих штам-
мов стафилококка несколько ниже. Эти данные согласуются
с результатами исследования чувствительности этих соединений
к р-лактамазе Вас. licheniformis 749/с. Полимерные шиффовы
основания гидролизуются этим ферментом со скоростью,
в 14 раз меньшей, чем ампициллин.
Проведенные нами [Панарин Е. Ф. и др., 1978] исследования
по влиянию типа ковалентной связи ампициллина с полимером-
носителем показали существенное влияние типа связи и ее гид-
ролитической устойчивости на уровень активности и спектр
94
i антимикробного действия. В этом исследовании в качестве
полимеров-носителей использовались сополимеры винилпирро-
лидсна с изопропенилизоцианатом, аллилацетоуксусным эфи-
> ром, метакрилоилацетоном, кротоновой кислотой и др. Все по-
лимерные производные ампициллина независимо от типа связи
обладают меньшей чувствительностью к р-лактамазе, чем ампи-
циллин (табл. 27). Наибольшую устойчивость проявил полимер-
ный енаминон, имеющий в качестве мостиковой группы жесткую
хелатированную структуру. Подв'ижность структур такого рода
относительно цепи макромолекулы ограничена [Панарин Е. Ф.
и др., 1976], и это, вероятно, обусловливает стерические пре-
► пятствия образованию фермент-субстратного комплекса. При-
соединение ампициллина к макромолекуле посредством груп-
пировок: — СО — NH —, — NH*—СО —NH—, —HC = N —
также обеспечивает снижение чувствительности к р-лактамазе.
1 Отношение скоростей гидролиза мономерной модели и полимер-
ного производного дает количественную оценку собственно по-
лимерному защитному эффекту при редкой «посадке» анти-
биотика на макромолекулу. Во всех случаях это отношение
около 20—25, тогда как в гомополимерах (см. выше), где каж-
дое соседнее звено создает значительные стерические затруд-
нения, эта величина составляет 500—800. Таким образом, изме-
няя «частоту посадки» р-лактамного антибиотика на макромо-
лекулу и тип мостиковой группы X, можно управлять его чув-
ствительностью к р-лактамазам. Оценка антимикробной актив-
ности указанных выше производных ампициллина в отношении
чувствительных и устойчивых к ампициллину бактерий пока-
k зала их большую (5—40 раз) по сравнению с ампициллином
активность в отношении пенициллиназопродуцирующих штам-
мов стафилококка, что хорошо согласуется с данными по чув-
ствительности к р-лактамазе. Активностью против грамотрица-
' тельных бактерий обладают производные, где ампициллин
присоединен к макромолекуле через азометиновую или амино-
винилкарбонильную группу. Производные с —СО—NH,
—NH — СО — NH — мостиковыми группами мало активны про-
тив грамотрицательных бактерий (табл. 28). Сохранение
спектра антимикробного действия у полимерных шиффовых
оснований и аминовинилкарбонильных производных ампицил-
лина обусловлено способностью этих соединений гидролизо-
ваться в водных растворах с выделением свободного анти-
биотика.
। Активными в отношении стафилококка оказались полимер-
ные пенициллины, полученные присоединением ампициллина
к сополимеру N-(2-гидроксипропил) металкриламида с мета-
крилоильными производными n-нитрофениловых эфиров олиго-
пептидов [Solovskij М., 1983]. У этих производных ампициллина,
содержащих биодеградируемые олигопептидные вставки между
антибиотиком и полимерной цепью, отщепление антибиотика от
95
Таблица
Антимикробная активность ампициллина (АП), присоединенного к полимеру через олигопептидные мостики
Производные ампициллина Содержание ампициллина в полимере, % МПК, мкг/мл; тест-куль- тура S. aureus 209Р
Полимера В пересчете на % анти- биотика
П-АП П-Гли-Гли-АП П-Гли-Фал-АП П-Гли-Вал-Фал-АП Примечание. П — полиме Вал — валина; Фал — фенилаланинг 21,3 25,9 15,6 9,4 >ная цепь; 1. 500 13 60 125 Гли — остат 100 3 10 12 ок глицина;
полимерной цепи происходит под действием протеолитических
ферментов. Такие производные представляют интерес для по-
давления бактериальных клеток, локализованных в клетках
макроорганизма.
2.4.2. ПОЛИМЕРНЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ ХЛОРАМФЕНИКОЛА
Модификация хлорамфеникола (левомицетина) проведена
с использованием синтетических водорастворимых сополимеров
винилпирролидона с малеиновым ангидридом, акриловой и
кротоновой кислотами [Трахтенберг М. Г., Соколов Л. Б., 1972].
Полученные полимерные эфиры хлорамфеникола содержали
10—35 % антибиотика, были растворимы в воде в виде натрие-
вых солей и оказались активными при лечении колибактериаль-
ного сепсиса экспериментальных животных. Бактериостатиче-
ские концентрации антибиотика наблюдались в крови живот-
ных в течение 6 ч.
Более детальное изучение полимерных эфиров хлорамфени-
кола, полученных с использованием указанных выше полиме-
ров-носителей, а также сополимеров винилпирролидона с изо-
пропенилизоцианатом и полиакрилового ангидрида, проведенное
Е. Ф. Панариным [Панарин Е. Ф., Шумихина К. И., 1974], пока-
зало, что антимикробная активность полимерных эфиров свя-
зана с высвобождением свободного антибиотика в результате
гидролиза. В случае сополимера винилпирролидона с малеина-
том хлорамфеникола гидролиз эфира ускоряется за счет ката-
лиза соседней карбоксилатной группой.
Полимерные эфиры хлорамфеникола активны в отношении
чувствительных к антибиотику штаммов микроорганизмов и не
действуют на устойчивые к нему штаммы (табл. 29). Присоеди-
нение хлорамфеникола к полимеру посредством уретановой
96
Полимерные эфиры хлорамфеникола
Ы0о
связи, которая, как и сложноэфирная, способна гидролизоваться
в физиологических условиях, обеспечивает сохранение анти-
микробной активности. Подтверждением этого служит повыше-
ние активности водного раствора полимерного эфира после вре-
менной экспозиции. Так, МПК сразу после растворения состав-
ляла 1000 мкг/мл и более, а после 24-часовой выдержки при
37 °C снижалась до 3—4 мкг/мл.
Синтезированы полимерные производные хлорамфеникола,
присоединенные к основной цепи мостиками, содержащими пеп-
тидные вставки и сложноэфирную связь [Ulbrich К., 1988]. Эти
производные проявляют антимикробную активность лишь после
снятия хлорамфеникола с полимера-носителя под действием эн-
зиматического и неэнзиматического гидролиза.
Скорость отщепления антибиотика от полимерной цепи под
действием лизосомального фермента катепсина-В в значитель-
ной степени зависит от строения олигопептидного мостика и
существенно выше скорости неэнзиматического гидролиза. По-
лученные авторами данные показывают принципиальную воз-
можность синтеза полимерных производных хлорамфеникола,
обеспечивающих снятие антибиотика с полимера-носителя после
проникновения их в клетку, что важно для борьбы с внутри-
клеточными возбудителями инфекции.
2.4.3. ПОЛИМЕРНЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ ТЕТРАЦИКЛИНА
Тетрациклины—антибиотики широкого спектра действия.
Ингибирующее действие тетрациклинов проявляется при их
взаимодействии с рибосомами, главным образом с 30—S суб-
частицами бактериальных рибосом, а именно — с протеином
S—7. В результате этого изменяется нормальная топология ри-
босомы и тем самым ослабляется связывание с рибосомой ком-
плекса— t—РНК—m—РНК и нарушается синтез белка. Для
выполнения этих функций тетрациклин должен проникать в
клетку и взаимодействовать с мишенью. В связи с этим в поли-
мерных производных тетрациклин должен быть присоединен к
макромолекуле достаточно лабильными связями для обеспече-
ния его транспорта в клетку. Такого рода полимерные производ-
ные тетрациклина получаются при модификации его по амидной
группе или же путем получения его полимерных солей и ком-
плексов. При конденсации тетрациклина с формальдегидом и
сополимером винилпирролидона с виниламином по реакции
Манниха получены водорастворимые производные с высокой
биологической активностью и относительно невысокой токсич-
ностью [Щуковская Л. Л. и др., 1970].
По сравнению с полимерными солями тетрациклина на
основе сополимера винилпирролидона с кротоновой и винил-
сульфокислотой и комплексами тетрациклина с сополимером ви-
нилпирролидона и виниламина ковалентно связанный с поли-
мером тетрациклин обнаруживался в крови и лимфе опытных
животных в более высоких концентрациях и более длительное
время (до 96 ч) по сравнению с тетрациклина гидрохлоридом.
Присоединение тетрациклина к 3-(Ы-оксиэтил)-амино-2-окси-
пропиловому эфиру декстрана по реакции Манниха дает водо-
растворимые производные с содержанием тетрациклина до 40 %
и активностью такой же, как у тетрациклина [Снежко В. А.
и др., 1970]. ' d
Значения МПК для этого производного в отношении клини-
ческих штаммов Е. coli и S. aureus составляли 2—4 мкг/мл, как
и у свободного тетрациклина, тогда как производные тетрацик-
лина с аминодезоксидекстраном и с О-(2-карбамилэтил)-дек-
страном мало активны. Водорастворимые производные тетра-
циклина получаются при присоединении тетрациклина к п-ами-
нобензоилцеллюлозе диазореакцией [Simonescu С., 1979]. Эти
тетрациклиновые производные были активны против S. aureus
98
(МПК— 0,5...1 мкг/мл); Вас. cereus (МПК — 3.. .6 мкг/мл);
Вас. subtilis (МПК 10. ..15 мкг/мл). Однако были менее ак-
тивны против грамотрицательных бактерий (МПК составляло
40. ..125 мкг/мл). Наличие высокой активности у этих произ-
водных связано, вероятно, с их гидролизом.
2.4.4. ПОЛИМЕРНЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ АМИНОГЛИКОЗИДОВ
Наличие у аминогликозидов — канамицина, гентамицина
и др.— первичных аминогрупп, характеризующихся высокой ре-
акционной способностью, открывает широкие возможности для
их модификации полимерами. Так, канамицин легко взаимодей-
ствует с диальдегиддекстраном, образуя полимерные шиффо-
вые основания, которые по своей активности в отношении Е. coli,
S. aureus близки к активности канамицина [Снежко В. А. и др.,
1972]. МПК составляли 0,8... 3,1 мкг/мл.
Поскольку канамицин содержит 4 аминогруппы, то в реак-
ции с альдегидными группами диальдегиддекстрана может уча-
ствовать любая из аминогрупп, поэтому точное строение полу-
ченных продуктов реакции не установлено. При взаимодействии
3—С—2-оксипропилового эфира декстрана с канамицином по-
лучаются полимерные производные канамицина, у которых ан-
тибиотик присоединен к полимерной цепочке стабильной
—С—N— связью. Эти производные обладали несколько мень-
шей активностью, чем канамицин, и активность их зависела от
величины молекулярной массы. С повышением молекулярной
массы активность падала, что указывало на замедление транс-
порта антибиотика в полимерной форме в клетку.
Водорастворимые полимерные шиффовы основания канами-
цина и гентамицина получаются при взаимодействии антибио-
тиков с сополимером винилпирролидона и акролеина, имеющим
реакционноспособную альдегидную группу [Панарин Е. Ф.,
Афиногенов Г. Е., 1985]. Полученные производные обладали вы-
сокой активностью (табл. 30). Восстановление азометиновой
связи натрия борогидроидом привело к получению гидролитиче-
ски устойчивых неактивных соединений. Аналогично канами-
цину к полимерам был присоединен стрептомицин. В этом слу-
чае в качестве полимеров носителей использовались сополимеры
виниламина с винилпирролидоном и виниловым спиртом. При
взаимодействии альдегидной группы антибиотика с аминогруп-
пами полимера образуется гидролитическая лабильная азомети-
новая связь [Панарин Е. Ф.; Королева В. Г., 1974].
R = ОН .
н . остаток стрептомицина
7'
99
Таблица 30
Антимикробные свойства полимерных производных канамицина
и стрептомицина
Анти- био- тик Полимер-носитель Тип связи поли- мер — антибиотик МПК, мкг/мл тест-культура Micobacte- rium sp. H37Rv 1
S. aureus 209P E. coli
Диальдегиддек- стран —CH = N— 0,84-3,0 0,84-3,0
Я я я- я 3-CI—2-оксипропи- ловый эфир дек- страна —СН2—NH— — 50—100 —
я я я X Сополимер винил- пирролидон—акро- леин —CK--N— 1,0 —-
То же, гидриро- ванный —СН2—NH—- 600 — —
Сополимер ви- нилпирролидон — ви- ниламин —N = CH— 2,5 1,0 8
я То же, гидриро- ванный —NH—СН2— Слабог ктивен Не- акти- вен
я я S о к Сополимер винил- пирролидон — гидр- азид акриловой кислоты —CONHN = CH— 1,25 2,0 1,5
а. б Сополимер акри- ловая кислота — гидразид акриловой кислоты —CONHN = CH— 1,0 16,0 2,5
Сополимер вини- ловый спирт — гидразид акриловой кислоты —CONH—N — = CH— 1,0 2,0
Гидрированием этих шиффовых оснований в условиях, ис-
ключающих гидролиз азометиновой связи, получены сополи-
меры N-винилстрептомицина. В качестве полимеров-носителей
для стрептомицина были использованы полимерные гидразиды,
легко взаимодействующие с альдегидной группой стрептоми-
цина,— сополимеры гидразида акриловой кислоты с винилпир-
ролидоном, виниловым спиртом. Близкие по структуре поли-
мерные гидразоны стрептомицина были получены сополимери-
зацией гидразона стрептомицина и гидразида метакриловой
кислоты с гидрофильными сополимерами — метакриламидом и
2-метилсульфоэтоксиметакрилатом [Hofmann V., Ringsdorf Н.,
1979].
100
•-СН2~С(С11з)-
сонн-н ;
II 1
сн-н
!2-уН-
С0ЫН2
-СН2-С(СК3)—
COOCHQCH,.SOCH„
Z Z w
*1
r — остаток стрептомицина
Полимерные шиффовы основания и гидразоны стрептоми-
цина обладали высокой активностью в отношении стафилокок-
ков и кишечных палочек, они были также активны против
микобактерий туберкулеза и обладали пролонгированным дей-
ствием в организме. N-винильные аналоги стрептомицина со
стабильной С —N— связью были мало активны в отношении
стафилококков и не действовали на кишечные палочки и мико-
бактерии туберкулеза. Высокая активность азометиновых про-
изводных обусловлена лабильностью азометиновой связи.
О легкости гидролиза это?й связи свидетельствуют данные по
оценке антимикробной активности шиффова основания канами-
цина после выдерживания в кислой среде с pH 2,0. Активность
раствора при подкислении возрастает (МПК уменьшается с 0,8
до 0,2 мкг/мл) и достигает максимума через 2 ч. В случае гид-
рированного производного изменения активности не наблю-
дается.
Следует отметить, что полимеэные шиффовы основания ка-
намицина активны в отношении клинических канамициноустой-
чивых штаммов стафилококков. Это позволяет предположить,
что присоединение канамицииа к полимерам защищает его от
действия канамицинтрансфераз подобно тому, как присоеди-
нение пенициллинов к полимерам ковалентной связью защи-
щает их от действия р-лактамаз.
Гидрирование шиффовых оснований канамицина и стрепто-
мицина приводило к получению неактивных или малоактивных
производных. Это указывает на необходимость снятия антибио-
тиков с полимера-носителя для проникновения через клеточные
мембраны и достижения своих мишеней в клетке — рибосом.
Таким образом, независимо от полимера-носителя, будь то при-
родный декстран или синтетический — сополимеры, винилпир-
ролидона и винилового спирта,— определяющим при модифика-
ции аминогликозидов полимерами оказывается тип связи анти-
биотик — полимер.
2.5. КОМБИНИРОВАННЫЕ ПОЛИМЕРНЫЕ СИСТЕМЫ
С ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНОИ биологической активностью
В большинстве случаев устойчивость бактерий к антибиоти-
кам обусловлена не одним, а несколькими имеете взятыми фак-
торами устойчивости. В связи с этим для решения проблемы ле-
карственной устойчивости необходимо идти по пути создания
препаратов, оказывающих комбинированное действие на бакте-
101
риальные клетки и обеспечивающих блокировку нескольких
возможных механизмов устойчивости.
Попытки создать препараты комбинированного действия на
основе низкомолекулярных соединений [Соколов Л. Б. и др.,
1978] пока не привели к желаемым результатам. На наш взгляд,
для этих целей многообещающим представляется использова-
ние синтетических полимеров. Водорастворимые полимеры
в силу своей специфической макромолекулярной природы по-
зволяют одновременно включать в структуру одной макромоле-
кулы различные биологически активные вещества, которые мо-
гут отличаться своими механизмами действия на бактериаль-
ные клетки. Сорбируясь клетками и взаимодействуя с клеточ-
ными мембранами, полимеры влияют на их функционирование,
в частности на барьерные функции, могут создавать более высо-
кие локальные концентрации антимикробного вещества на по-
верхности клетки, чем это имеет место при связывании низко-
молекулярных веществ.
Кроме того, включая в структуру макромолекулы антибио-
тики и другие инактивируемые бактериальными ферментами
антимикробные вещества, можно создавать сильно измененные
субстраты с затрудненными стерическими структурами, кото-
рые имеют меньшую чувствительность к инактивирующим их
ферментам.
Полимеры, как правило, снижают токсичность присоединен-
ных к ним веществам, что позволяет использовать их для
уменьшения токсичности ряда эффективных, но токсичных ан-
тимикробных соединений, которые пытались использовать в виде
смесей с антибиотиками для повышения эффективности по-
следних.
В связи с этим полимеры открывают, в силу своего химиче-
ского строения, перспективу создания на их основе антимик-
робных средств нового типа, оказывающих комбинированное
(полифункциональное) действие на клетки микроорганизмов.
Рассмотрим некоторые варианты создания такого рода поли-
мерных систем.
Первая система представляет собой макромолекулу мембра-
ноактивного полимера, связанную с антибиотиком. Эта система
может содержать как ковалентные, так и ионно-связанный ан-
тибиотик.
Вторая система представляет собой инертный полимер-нос-и-
тель, несущий одновременно антибиотик и мембраноактивное
низкомолекулярное вещество.
Третья система включает в свою структуру полимер, несу-
щий одновременно антибиотик и ингибитор ферментов, инакти-
вирующих антибиотик, или ингибитор переноса плазмид лекар-
ственной устойчивости. Схематическое изображение этих типов
полимерных полифункциональных комбинированных систем
представлено на рис. 19.
102
Рис. 19. Принципиальная схема строения макро-
молекулярных (полифункциональных) комбини-
рованных антимикробных веществ.
А — антибиотик, антисептик или иное антимикробное ве-
щество; М — низкомолекулярное, мембраноактивное ве-
щество; МН — мембраноактивный полимер-носитель; И —
ингибитор бактериального фермента илн переноса плаз-
мид лекарственной устойчивости.
Особый интерес представляют полимерные системы, блоки-
рующие или снижающие вероятность передачи плазмид устой-
чивости от антибиотикоустойчивых клеток к чувствительным.
Их использование помогло бы существенно снизить опасность
широкого распространения в клиниках антибиотикоустойчивых
штаммов бактерий.
Особую группу полимерных полифункциональных систем
представляют системы, включающие в свою структуру веще-
ства, оказывающие влияние на развитие различных фаз ране-
вого процесса. Эти системы включают в себя не только анти-
микробные агенты, но и вещества, влияющие на репаративные
процессы в ране, ферменты, способствующие удалению некро-
тизированных тканей [Гончар А. М. и др., 1986], и т. п.
Рассмотрим реальные полимерные системы с полифункцио-
нальной активностью, их строение и свойства.
Комбинированная система первого типа, содержащая кова-
лентно связанный с мембраноактивным полимером антибиотик,
была получена путем сополимеризации мономерного пеницил-
лина с гидрохлоридом диметиламиноэтилметакрилата. Прида-
ние положительного заряда полимерному пенициллину сущест-
венным образом изменяет его свойства.
аг,- с )•—
Z 1 о
- 'CH. ,-ПЕ ,N
N---СИ
Положительно заряженный полимерный пенициллин имел
МПК в отношении патогенного стафилококка 50 мкг/мл против
5000 мкг/мл для поли-п-метакрилоиламинофеноксипенициллина.
Кроме того, у него появлялась активность против грамотрица-
тельных бактерий, на которые полимерные пенициллины не дей-
ствуют (МПК в отношении Е. coli составляла 200 мкг/мл).
103
1
Поли'1’; '.и- нзльни-? комбиютровэннце антимикробные полимеры на
О ОН lea- 'jMEIHLUIJIJDUK. и нзжяных :д>3
( -H —]-.Г СН.,“СИ— 2 1 < сн С..0 II /Ь\ сн. / NCH-CONH-CH СН С' • iA 1 1 Г“з . ° N СН-СЮО X " п
ПА1: х- Минимальная подавляющая концентрация, мкг/мл ТеСТ-КультУрЫ
Г», aureua E.coli Proteus sp- Р.aeru ^ino.sa
1235 8325р*. J 58.. 179 R-I 154 142 9 , о
lCH3 ?N 4.5 3,5 4,5 4,5 28 7,0 55 100
1,2 1,2 1,2 2,5 75 5 55 200
(CH.,' NCH.,1 :<)NHC, J ' | .. 1 Z zb Т,0 1,3 4,0 1,0 40 5 40 160
Ампициллин (контроль) 5000 5000 2СОО цООО 500 80 5ЭС •7 2?
Введение в макромолекулу полимерного пенициллина
звеньев, несущих положительный заряд, способствовало усиле-
нию взаимодействия полимерного пенициллина с клеткой за
счет электростатического связывания, что обеспечивало высокую
локальную концентрацию антибиотика. С другой стороны, ка-
тионный полиэлектролит вызывает снижение общего отрица-
тельного заряда клетки и дестабилизирует цитоплазматическую
мембрану, что, безусловно, способствует достижению антибио-
тиком своей мишени — транспептидазы.
Таким образом, включение пенициллина посредством кова-
лентной связи в полимерную цепь катионного полиэлектролита
оказывает существенное влияние на его спектр действия и уро-
вень активности. Сочетание высокой ферментативной устойчи-
вости с повышенной способностью связываться с клетками и
создавать у мишени высокие локальные концентрации указывает
на перспективность включения антибиотиков в структуру ка-
тионных полиэлектролитов.
Более простыми по своему химическому строению и способу
получения оказались полифункциональные системы на основе
полимерных производных антибиотиков, ферментов и комплек-
сов поверхностно-активных веществ с полимером.
Присоединение к макромолекуле нейтрального полимера-
104
Рис. 20. Инактивация пенициллиназой
Вас. licheniformis 749/С, pH 6,8,
37 °C полимерной соли бензилпени-
циллина (1) и полимерного комбини-
рованного комплекса бензилпеницил-
лина и тетрадецил сульфата (2).
носителя ампициллина и катионного ПАВ по карбоксильной
группе антибиотика не только обеспечивает высокий защитный
эффект от инактивации ампициллина пенициллиназами, но и су-
щественно повышает его активность в отношении устойчивых
штаммов, не продуцирующих р-лактамазу. Эти полимерные про-
изводные (табл. 31) оказались высокоактивными как против
стафилококков, так и против протея, кишечной палочки и др.,
подавляя их рост при концентрациях, на 1—3 порядка более
низких, чем ампициллин. Таким образом, включение в струк-
туру макромолекулы антибиотика и катионного ПАВ, разли-
чающихся механизмами действия на бактериальную клетку,
позволяет получать антимикробные вещества, обладающие ши-
роким спектром (антимикробного действия) и эффективные
против антибиотикоустойчивой патогенной микрофлоры.
Третья система, включающая антибиотик и ингибитор бак-
териального фермента, представляла собой систему, в которой
за счет электростатического и гидрофобного взаимодействия
к полимеру-носителю присоединены антибиотик и анионное
ПАВ — алкилсульфат. Скорость инактивации пенициллиназой
бензилпенициллина и ампициллина в таких поликомплексах не-
велика. Особенно это ярко проявляется при использовании в ка-
честве анионного ПАВ тетрадецилсульфата, который является
наиболее эффективным конкурентным ингибитором пеницилли-
назы в ряду алкилсульфатов и алкилбензолсульфонатов
(рис. 20).
На антимикробные свойства таких комплексов существен-
ное влияние оказывает строение полимера-носителя, которое
определяет стабильность образующегося комплекса, а следова-
тельно, и возможность переноса алкилсульфата с полимера-
носителя на фермент (табл. 32). Повышение гидрофобности
105
Таблица 32 Полимерные комбинированные системы на основе пенициллинов и анионных ПАВ и их антимикробные свойства ЛД50, мг/кг, внутри- брюшин- ное вве- дение 1 — 1800 1000 2000 100 | 1550 1 1 1 1 1 1 1250
Ингибитор | МПК, мкг/мл *. Тест-культура S. aureus 1582 io о to C5 IO C4 CO C4 CO 00 04 .—< < ю ю см см О о ю ю см см io см см ю ’Ф СМ —' см 1250 1250 5000 ) ’етрадецилсульфат.
1235 IO CD о О oi О CD 00 © 1C _ „ _ ю о см ю о о О © о ю w»-4 ш О О см” О "Ф ’Ф ч— © СО СО г-ч
ПАВ 1 масс. % j 132 i 2171 1 I I ° 0°.°. о о n 6 ol cd" о Ю 04 CO —’ w»-4 о о о о т—Ч Т—1 100 100 1 о о о о о о т—Ч Т—Ч НО о о см” о ФЬ- -чО СО < 1250 1 1000 । 1250 1 2500 комплексе, /льфонат; ТДС — i
ю ю см со но оо см
О О О О CD Ю О ос ю ю СЮ со см ч о о о о о ю
СТ>. io ю О со СР СП О О’СО °0 О о о о »“* ТДС 1 11 ТДС | 9,5 ТДС 1 9,5 СО СО О С- СМ см —* —- са о «о 2 & 2 £ к ® о о S §
тде 1 тде 1 оиоо rttflfl (Д Н Н СДЕ=Х £ « § га ч о , S к 1
Масс. % пеницил- лина -Ф о О> '-О 00 qQ QQ со о 4—Ч О со со сГ о т—< т—Ч h-s. b- со to СМ СМ ч-ч г-1 а содержг >фат; ДБ(
Пенициллин Бензилпенициллин Ампициллин Бензилпенициллин Ампициллин Бензилпенициллин Ампициллин 1 П 1 Бензилпенициллин 1 Ампициллин 1 Ампициллин Бензилпенициллин^ I Ампициллин Бензилпенициллин Ампициллин Бензилпенициллин Ампициллин Бензилпенициллин Ампициллин . даны в пересчете я ДДС — додецилсул!
Полимер-носитель ВП : BNH2 (90 : 10) ВП : ДЭАЭМ (80 : 20) ВП : ДЭАЭМ (78 : 22) ВП : BNHC12H25 (90 : 10) ВП : ДЭАЭМ .С2Н51 (80 : 20) Контроль * Значения МПК Примечание.
106
полимера путем введения в его структуру дополнительных гид-
рофобных радикалов, например лаурильного, в амино- или
аммониевую группу полимера приводит к резкому снижению
активности такого полифункционального комплекса вследствие
его неспособности ингибировать пенициллиназу.
Среди исследованных нами комплексов наиболее актив-
ными против пенициллиназопродуцирующих стафилококков
оказались комплексы, где в качестве полимеров-носителей ис-
пользовались сополимеры винилпирролидона с виниламином
(BFI-BNH2), а также винилпирролидона с диэтил- и диметил-
аммоноэтилметакрилатом. При использовании этих полимеров-
носителей полностью сохраняется ингибирующая способность
анионного ПАВ, что позволяет защищать пенициллин от инакти-
вации, на что указывает значительное снижение МПК пеницил-
линов в этих комплексах по сравнению со свободными анти-
биотиками.
Следует отметить низкую токсичность полученных комбини-
рованных комплексов, значения ЛД5о некоторых из них при
внутрибрюшинном введении белым мышам находятся в интер-
вале 1000—2000 мг/кг.
ГЛАВА 3
АНТИСЕПТИКИ, МОДИФИЦИРОВАННЫЕ
ВОДОРАСТВОРИМЫМИ ПОЛИМЕРАМИ
3.1. РОЛЬ АНТИСЕПТИКОВ
В БОРЬБЕ С БАКТЕРИАЛЬНЫМИ ИНФЕКЦИЯМИ
В связи со снижением эффективности антибиотикотерапии,
ростом числа послеоперационных осложнений, малой эффек-
тивностью большинства общепринятых методов терапии про-
блема профилактики и лечения хирургических инфекционных
заболеваний становится чрезвычайно актуальной [Афиноге-
нов Г. Е., Блинов Н. П., 1987]. Гнойные осложнения составляют
30—35 % всех хирургических заболеваний [Стручков В. И. и др.,
1983], причем в структуре госпитальных инфекций в хирургиче-
ской клинике нагноение ран составляет 11—62,2 % [Ван-
дяев Г. К. и др., 1984].
Факторы, определяющие начало развития, особенности тече-
ния и исхода заболеваний, связанных с инфекцией в хирургии,
следующие: состояние иммунобиологических сил макроорга-
низма и степень его аллергизации; доза, вирулентность и другие
биологические свойства микробов, проникших во внутреннюю
среду макроорганизма; анатомо-физиологические особенности
очага внедрения микрофлоры и состояние местного и общего
кровообращения [Стручков В. И. и др., 1983].
107
Широкое распространение устойчивых штаммов возбудите-
лей инфекционных заболеваний в хирургии ко многим антибио-
тикам и возможность их эпидемического распространения явля-
ется серьезной проблемой для построения эффективной анти-
биотикотерапии [Навашин С. М., Фомина И. П., 1983].
Следует учитывать и другие факторы, снижающие актив-
ность антибиотика в организме больного [Навашин С. М., Фо-
мина И. П„ 1983]; 1) недостаточное проникновение препарата
в ткани, полости, очаг поражения; 2) антагонизм с продуктами
воспаления (влияние значений pH, низкого окислительно-вос-
становительного потенциала гноя, ингибирование за счет раз-
личных катионов); 3) ослабление защитных механизмов боль-
ного и, как следствие, несовпадение результатов терапии с дан-
ными изучения чувствительности возбудителей к антибиоти-
кам; 4) применение других групп лекарственных веществ,
снижающих эффект антибиотика в организме больного или
влияющих на его фармакокинетику; 5) возрастные особенности
фармакокинетики антибиотиков у детей, престарелых лиц и
у больных с нарушением функции почек, печени и кровообра-
щения.
В этих условиях прогресс современной хирургии неотделим
от успехов профилактики гнойных послеоперационных ослож-
нений и их лечения, в том числе от успехов асептики и анти-
септики [Кузин М. И., 1979; Савельев В. С., 1979; Исаков Ю. Ф.
и др., 1982].
Антисептика — (греч. avn — против, оцфig — гниение) —
это способ предупреждения заражения микроорганизмами
(в том числе патогенными) ран, поверхности и слизистых обо-
лочек тела человека и животных организмов с помощью хими-
ческих противомикробных веществ несгецифического действия,
называемых антисептиками [Афиногенов Г. Е., Блинов Н. П.,
1987]. К антисептикам относятся спирты (этанол, изопропанол
и др.), фенолы (карболовая кислота, крезолы и т. д.), окисли-
тели (перекись водорода, калия перманганат, йод, йодофоры,
хлор, гипохлориды, хлорамины и пр.), соли тяжелых металлов
(меди, ртути, серебра), ПАВ, особенно катионного типа и др.
Дезинфекция (франц, des — приставка, означающая
удаление, уничтожение чего-либо; лат. infieere — заражать,
портить, отравлять) —это комплекс мероприятий, направленных
на уничтожение патогенных и условно-патогенных микроорга-
низмов на (в) объектах внешней среды с помощью химических
антисептиков, физических и других воздействий.
Целью антисептических мероприятий являются резкое со^
кращение числа потенциально патогенных микробов и парази-
тов и дальнейшая задержка их размножения (транзиторная
флора) на поверхности тела при защите естественного микроб-
ного обсеменения биотопа (местная флора), т. е. предупрежде-
ние развития инфекции, воспаления, нагноения и, в крайнем
108
Случае, сепсиса. При определенных показаниях антисептиче-
ские мероприятия должны направляться и против гнотобиоти-
ческой местной флоры (например, предоперационная антисеп-
тика— дезинфекция рук, кожи и слизистых оболочек). Транзи-
торная флора в этом случае не требует особого внимания, так
как она может быть легко удалена основательным мытьем.
Антисептические мероприятия включают: очистку поверх-
ности кожи, слизистых оболочек и ран, иссечение или удаление
некротизированных тканей и патологических субстратов (для
ран и заболеваний кожи и слизистых оболочек), собственно
антисептическую обработку; нейтрализацию антисептика, ре-
парацию (восстановление) в биотопе нормальной микрофлоры.
Не все перечисленные мероприятия необходимы во всех слу-
чаях.
При применении антисептиков следует принципиально раз-
личать профилактическую и терапевтическую антисептику.
К профилактической антисептике относятся антисептические
мероприятия п отношении здоровых слизистых оболочек и кожи.
Важной задачей антисептики с давних пор является умень-
шение обсеменекности микроорганизмами ран и раневых по-
верхностей. Профилактика инфицирования ран основывается на
2 главных принципах: изоляции раны от попадания возбудите-
лей инфекционных процессов извне (внешней среды) и резкое
уменьшение числа микроорганизмов, присутствующих в ране и
на раневой поверхности.
Приоритетом антисептиков является местное применение их
[Красильников Л. П., 1979], приоритетом химиотерапевтических
препаратов — системное применение. Химиотерапевтические
препараты могут применяться местно, но реже, при несомнен-
ных терапевтических показаниях [Лошонци Д., 1978; Moylan J.,
1980] и отсутствии необходимого антисептика, вследствие уг-
розы развития резистентности возбудителей или опасности ток-
сического или аллергического побочного действия антисептика,
например для промывания посредством дренажа при остеомие-
лите, перитоните и т. д. По профилактическим показаниям пред-
почтительнее применять антисептики.
Каждый антисептик обладает способностью проникать
в поверхностные слои тканей. Это зависит от соотношения рас-
творимости в воде и липидах, величины молекул и ионизации
/репарата. При проникновении в более глубокие слои говорят
о так называемой глубокой антисептике.
Эффективность местного действия антисептика зависит от
концентрации, лекарственной формы, способа введения и др.
Она может быть повышена в результате очистки обрабатывае-
мой зоны от патологического или физиологического секрета.
Желательно, чтобы антисептики не подавляли местную мик-
рофлору, хорошо переносились кожей, слизистыми оболочками
и тканями ран, обладали умеренной или низкой растворимостью
109
в воде и хорошей — в липидах. Это способствует накоплению
антисептиков в липидах кожи и слизистых оболочках, что обес-
печивает им ингибирующее последействие [Groschel D., Spanl-
ding Е., 1973]. Этими свойствами в той или иной степени обла-
дают различные ПАВ анионного и катионного типов.
Подкрепляет действие антисептиков механическая очистка
кожи и слизистых оболочек, которая снижает число возбудите-
лей на поверхности тела. От антисептики она отличается тем,
что уменьшение числа микроорганизмов при этом достигается,
главным образом, с помощью воды и щетки в комплексе с мою-
щими поверхностно-активными веществами, например мылами,
катионными ПАВ и др.
Использование антисептики одновременно создает возмож-
ность повышения антибиоза местной флоры. Так, например,
эписоматические аппликации органических кислот помогают
нормализовать накожную флору в течение нескольких дней.
Целенаправленная искусственная колонизация эписоматиче-
ского биотопа микроорганизмами местной флоры также препят-
ствует обсомененности возбудителями, что также можно расце-
нивать как антисептическое мероприятие [Исаков Ю. Ф. и др.,
1982; Feingold D., 1970].
3.2. МЕТОДЫ МОДИФИКАЦИИ АНТИСЕПТИКОВ ПОЛИМЕРАМИ
3.2.1. ИОДОФОРЫ
Соединения йода и препараты на их основе применяются
для различных целей. Наиболее широко используются водные
и спиртовые растворы элементного йода в качестве антисептиче-
ского средства. Йод подавляет рост и действует бактерицидно
на различные группы микроорганизмов: грамположительные и
грамотрицательные бактерии, простейшие, грибы и вирусы. Он
убивает не только вегетирующие, но и споровые формы микро-
организмов. Основными мишенями йода в клетке являются
мембранные белки и фосфолипиды. Под действием 12 происхо-
дит окисление сульфгидрильных групп белков, йодирование ти-
розина, гистидина и ненасыщенных липидов.
I,,
R-SH ---R-S S-K
I
I /-/
>*-<ОЛ011 —к-\О/-он
R CH CH-R ---R-CHI-CHI-R
ПО
Окисление сульфгидрильных групп цистеина приводит к по-
тере ими способности образовывать дисульфидные связи и ста-
билизировать конформацию белковой молекулы. Йодирование
тирозина затрудняет возможность образования водородных свя-
зей фенольными гидроксилами белковой молекулы вследствие
стерических затруднений, создаваемых объемными атомами
йода. Следствием йодирования гистидина, аргинина, лизина, ко-
торые часто входят в активные центры ферментов, являются
изменение структуры белка, его активного центра, и потеря
активности. Присоединение йода к двойной связи ненасыщен-
ных фосфолипидов изменяет физические свойства последних,
следствием чего является снижение подвижности мембран. Та-
ким образом, йод имеет много мишеней в клетке, что и объяс-
няет спектр его действия, высокие бактерицидные свойства и
токсичное д». Водные и водно-спиртовые растворы йода пред-
ставляют собой сложную в физико-химическом отношении си-
стему вследствие протекания процессов гидролиза 12, гидрата-
ции и диссоциации различных частиц и ионов: 1~, 13~, Ю~,
1О,г, I2, H2O+I, HOI.
Антимикробный эффект растворов пода обусловлен присут-
ствием в растворе гидратированного молекулярного йода (12),
гипойодной кислоты (HOI) [Gottardi W., 1985], которая явля-
ется сильным окислителем.
Высокая токсичность йода [Ксензенко В. И., Стасине-
вич А. С., 1960] существенно ограничивает области его исполь-
зования в медицине. .А
Широта спектра антимикробного действия йода привлекала
исследователей и стимулировала поиски соединений йода, обла-
дающих меньшей токсичностью и сохраняющих его высокие
антимикробные свойства. Такими соединениями оказались ком-
плексы йода с природными и синтетическими водораствори-
мыми полимерами. Систематическое исследование физико-хи-
мических и биологических свойств этих комплексов привело
к созданию серии новых йодных препаратов [Мохнач В. О.,
1962; Zamora J., 1985].
Первые полимерные комплексы йода были получены в на-
чале прошлого столетия, через 3 года после открытия элемент-
ного йода. При растирании кристаллического йода с сухим
крахмалом было обнаружено появление фиолетового окрашива-
ния, которое переходит в синее и черное в зависимости от со-
отношения компонентов. Обнаруженная таким образом йод-
крахмальная реакция служила предметом многочисленных ис-
следований, которые были направлены на выявление структуры
образующегося соединения. Общеизвестно, что крахмал состоит
из фракций — линейной цепной молекулы амилазы и сильно раз-
ветвленного амилопектина. При взаимодействии с йодом ами-
лаза образует голубой комплекс, а комплекс амилопектина
имеет красноватый цвет. Применение потенциометрического
111
титрования для исследования этих комплексов показало [Ba-
tes F., 1943], что йод имеет большее сродство к амилозе. Это
сродство возрастает с увеличением длины молекулы полимера.
Согласно общепринятому в настоящее время мнению образова-
ние комплекса амилоза — йод обусловлено спиральной конфор-
мацией цепи амилозы. В центре спирали, образуемой молеку-
лой амилозы, имеется гидрофобный канал, размерами, доста-
точными для включения в него молекул йода. Эта модель
строения йодкрахмального комплекса была предложена Хейном
(1938) и Фрейденбергом (1939). Фрейденберг считал, что гидро-
ксильные группы глюкозных остатков, образующих спираль,
обращены наружу, а внутренняя часть модели образует гидро-
фобную полость, в которой размещаются молекулы йода. Эта
модель была подтверждена исследованиями, которые показали,
что йодкрахмальный комплекс образует гексагональные кри-
сталлы [Rundle R., 1943], наличие которых можно объяснить су-
ществованием спиральной конформации молекул амилозы.
Этими же авторами было установлено при использовании ме-
тода дихроизма в потоке, что цепи йода располагаются парал-
лельно большему размеру цепи амилозы. О кооперативности
процесса связывания йода амилозой говорят спектроскопиче-
ские исследования, которые показали, что образование ком-
плекса и характеристическое поглощение начинается лишь с це-
пей амилозы, содержащих минимум шесть остатков глюкозы
[Rundle R., 19431. Коэффициент экстинкции возрастает с увели-
чением длины цепи амилозы, в то время как максимум погло-
щения сдвигается в более длинноволновую область при повы-
шении степени полимеризации. Интенсивность поглощения
комплекса возрастает с повышением концентрации йодида
в растворе, та же тенденция наблюдается при увеличении ионной
силы раствора. На основании этого заключили, что комплекс
содержит цепи, включающие 12 и 1“ при их соотношении от 1 : 1
до 3 : 2. Циклический аналог амилозы — циклогексоамилоза —
образует с йодом соединения, спектры которых напоминают
спектры комплекса йод—амилоза. Рентгенографические иссле-
дования этих комплексов [Dietrich Н., Cramer F., 1954] указы-
вают, что атомы йода располагаются внутри цилиндрической
полости один над другим на расстоянии 0,306 нм. Такую йод-
ную цепь можно назвать одномерным металлом. Окрашенные
комплексы с йодом образуют и синтетические водорастворимые
полимеры. Поливиниловый спирт при взаимодействии с вод-
ными растворами йода и калия йодида образует фиолетово-го-
лубой комплекс. Поскольку поливиниловый спирт не образует
спиральной структуры в водных растворах, как амилоза, то
можно полагать, что в этом случае комплекс имеет иное строе-
ние. Спектроскопические исследования комплекса поливинило-
вый спирт—йод показали, что коэффициент экстинкции возра-
стает с увеличением длины цепи полимера, однако в противопо-
112
ложность поведению комплекса амилозы положение максимума
поглощения (Хтах 620 нм) не зависит от молекулярной массы.
При уменьшении отношения йод—поливиниловый спирт
максимум поглощения сдвигается в сторону более длинных
волн [Мохнач В. О., 1962; Zwick М., 1965], и при добавлении
борной кислоты он сдвигается в область 700 нм. Спектр ком-
плекса зависит также от последовательности, с которой реа-
генты взаимодействуют друг с другом. Стабильность комплекса
зависит от pH. При pH выше 7 наблюдается обесцвечивание
комплекса. Использование вместо поливинилового спирта со-
полимеров винилового спирта с кротоновой и малеиновой кис-
лотами повышает устойчивость комплекса в несколько раз
[Ушаков С. Н., I960]. Сопоставление свойств комплексов, полу-
ченных с использованием образцов поливинилового спирта, син-
тезированных различными методами, показывает, что окраска
комплекса с йодом усиливается в случае поливинилового
спирта с большей степенью стереорегулярности. Эти данные мо-
гут быть объяснены с помощью модели комплекса, в которой
спирально свернутые участки макромолекулы, содержащие
цепи из атомов йода, разделяются участками цепи, свернутыми
в беспорядочные клубки, причем спиральные участки стремятся
к ассоциации друг с другом. При полном насыщении комплекс
содержит один атом йода на 12 мономерных звеньев цепи [Мо-
равец Г., 1967].
Другие водорастворимые незаряженные полимеры, такие как
поли-, j-винилпирролндон, пол n-N-винн л капролактам, поли-N-
винилметилацетамид также образуют окрашенные комплексы
в растворах йода и калия йодида. Добавление этих полимеров
к раствору йода и калия йодида приводит к образованию окра-
шенных комплексов малинового или оранжевого цвета, отлич-
ных от голубых комплексов, которые возникают при взаимодей-
ствии с крахмалом и поливиниловым спиртом. Наиболее
детально исследовано комплексообразование йода с поливинил-
пирролидоном [Сусь Т. А., 1981; Cournover R., Siggia S., 1974;
Kirsh J., 1983; Pollack W., Iny O., 1985]. Анализ этих работ
позволяет заключить, что йод и поливинилпирролидон в водном
растворе образуют обратимую диссоциирующую систему, в ко-
торой йонная форма йода 13~ ассоциирована с молекулярным
12, образуя с полимером в итоге достаточно стабильные ком-
плексы.
Структура комплексов ПВП — I, согласно данным [Pol-
lack W., 1985], в общем виде может быть представлена следую-
щим образом (см. стр. 114). При разбавлении водных растворов
комплекса ПВП — 1г последний диссоциирует с выделением сво-
бодного 12. Существенным является то, что содержание свобод-
ного 12 в растворе экстремально зависит от концентрации ком-
плекса. Максимальное содержание свободного 12 наблюдается
при концентрации ПВП — I от 0,1 до 1 %. Этим и объясняется
8—16 ИЗ
I
повышение антимикробной активности препаратов ПВП —12 при
их разбавлении [Zamoza J., 1986].
ПВП - 1“
4-
ПВП 12 < 1а 7ZZ1 т2 Т3
ап'рет-сг.ы Т
полимйрних I
клубков I.,
ПВП - i2 (клубок)
Спектрофотометрическое исследование водных растворов
комплексов йода с поливинилпирролидоном показало, что для
образования комплекса необходимо присутствие в водном рас-
творе ионов 13“. Полагают [Сусь Т. А. и др., 1981], что в воде
основным фактором, способствующим образованию комплекса
между ионами 13“ поли-М-винилпирролидоном и другими поли-
виниламидами, является участие молекул воды в связывании
иона 1з~ с С = О амидной группы в частично дегидратированной
области вблизи основной цепи макромолекулы посредством
образования водородных связей. При этом в образовании водо-
родных связей между 13~ и С = О лактамного кольца участ-
вуют 2—3 молекулы воды.
Эта схема комплексообразования не требует участия коопе-
ративных процессов, как это имеет место в случае комплексо-
образования с амилозой. Поскольку поливинилпирролидон явля-
ется гибкоцепным нестереорегулярным полимером, следует счи-
тать маловероятным высказанное ранее [Oster G., Jmmergut Е.,
1954] предположение об образовании и в этом случае ком-
плексов, имеющих спиральную структуру.
Йодполисахариды. Взаимодействие йода с крахмалом явля-
ется очень чувствительной реакцией, которая протекает практи-
чески мгновенно, что упрощает приготовление йодкрахмальных
препаратов. Так, Мохначем [Мохнач В. О., 1962] описано приго-
товление таких комплексов непосредственно в аптеке.
Порошкообразная форма йодистого крахмала получается
путем распылительной сушки его водных растворов.
Антимикробная активность порошкообразного йодистого
крахмала такая же, как у исходного водного раствора. Изуче-
ние антимикробных свойств йодполисахаридов в сравнении
с раствором йода-йодида было проведено В. О. Мохначем
(1962). Исследованию были подвергнуты растворы, содержащие
около 1 % полимерного комплекса, которые последовательно
разбавлялись физиологическим раствором. Йодистый крахмал,
йодамилоза и йодамилопектин показали широкий спектр дей-
ствия, проявляя бактерицидный эффект в отношении различных
грамположительных и грамотрицательных бактерий.
114
^лица 33
Спектр антимикробного действия йодных комплексов полиса,*.
[Мохнач В. О., 1962] Кридов
Тест-культура МПК, мкг/мл
ЙОД — крахмал йод __ амидоза йод — амило- пектин З^од+ка- Ья йодид
S. aureus 3—10 2——5,4 10
Str. haemolyticus 5—10 2,7 16
Е. coli 10 1,4—- 2,7 10 —
Е. coli (энтеропатогенные) 10—20 2,7 16
S. typhi 10 2,7 — —
Sh. dyseteriae Sonne 20 5,4 — —
Ps. aeruginosa 10 5,4 — —
Pr. vulgaris 10 Ю,8 — —
Вас. mycoides 10 1,4 д 1 —
Sh. dysenteriae Flexner 10 5,4
Вас. mesentericus 10 —-Ч — —-
Антимикробное действие йодных комплексов полис
в ряде случаев превосходит действие водных раствор^ Ридов
йодида калия. Бактерицидное действие йодполисахарцд^ иода‘
является при концентрации йода 2,5—50 мкг/мл в т про‘
15-минутной экспозиции. Задержка роста наблюдается цпЧе11Ие
лее низких концентрациях, чем йода-йодидц. Наиболее Ql Ри °0’
антибактериальным свойством обладают йодные ^М^ексы
амилозы.
Йодистый крахмал и йодистый амилопектин проявЛя
сколько более низкую активность. Это различие в акти^и не’
обусловлено макромолекулярной природой комплексов н?сти
лоза образует более упорядоченную структуру, построец^ Ами’
цепочки атомов йода, создавая при этом высокую лс>цд^ю из
концентрацию поляризованных атомов йода. Вероятно, ^ьную
ствие более высокой локальной концентрации йода, a сл след‘
тельно, и более высокой окислительной способности вдова'
йодамилоза проявляет наибольшую антимикробную аКтиьЛекса
(табл. 33). „ Ность
ЙОДПОЛИВИНИЛОВЫЙ спирт. Комплекс ЙОда С ПОЛИВИнИл
спиртом, образующийся при действии на Поливиниловый овым
растворов, содержащих йод, служит субстанцией для ПрИрПИРт
ления йодсодержащих препаратов. Наиболее широкое Прр>°Т0В'
ние среди них в медицинской практике нашел йодинол мене-
ставляющий собой 1 % водный раствор комплекса, содер^ВРед‘
0,1 % йода и 0,3 % калия йодида и 0,9 % поливинь7;а1ЦИИ
спирта [Мохнач В. О., 1968]. ового
Для получения йодинола в виде порощка его 1 % в<\
раствор подвергают распылительной сушке. Полученный Дныи
кодисперсный препарат хорошо растворяется в воде и пВысо‘
стью сохраняет свою активность. Йодинол оказывает пдв°и
8*
115
одинаковое сильное антибактериальное действие как на грам-
положительную, так и на грамотрицательную микрофлору. Ми-
нимальные подавляющие концентрации, рассчитанные на со-
держание йода, для большинства исследованных тесткультур
оказываются в интервале 12—25 мкг/мл при 15-минутной экс-
позиции: |
Спектр антимикробного действия комплексов йода
с поливиниловым спиртом [Мохнач В. О., 1962]
Тест-культура M ПК, мкг/мл йода Тест-культура ьМПК, мкг/мл йода
S. aureus S. albus Str. haemolyticus Sarcina lutea E. coli E. coli (энтеропато- генные) S.typhi Sh. dysenteriae Sonne 12,5—2,5 12,5 12,5 25 12,5—16 12,5 12,5 25 t Sh. dysenteriae Flex- 25 пег Ps. aeruginosa 25 Pr. vulgaris 12,5 Вас. mesentericus 12,5 Вас. subtilis j 12,5 Вас. micoides 25 Вас. megaterium 12,5 Вас. cereus 12,5
С. H. Ушаков и E. M. Лаврентьева (1960) предложили и
пользовать комплексы йода с поливиниловым спиртом в виде
тиксотропного геля, расплавы которого вводятся путем инъек-
ций внутримышечно или подкожно. Тиксотропные гели полу-
чают при добавлении к растворам йодополивинилового спирта
борной кислоты, конго красного, буры, которые за счет водо-
родных связей образуют лабильные поперечные сшивки между
макромолекулами. Температура плавления тиксотропного геля
йодополивинилового спирта зависит от концентрации поливини-
лового спирта в растворе, его молекулярной массы и концен-
трации йода. В зависимости от количества вводимых сшивате-
лей и характеристик поливинилового спирта можно в широком
интервале изменять температуру плавления гелей. Подбирают
такое соотношение компонентов, при котором гели затверде-
вают при температуре 35.. .37'°C, а при 38.. .42 °C находятся
в виде расплава. Такие расплавы могут применяться при запол-
нении полостей, образовавшихся в результате хирургических
операций.
Длительность рассасывания такого геля в организме зависит
от вязкости расплава геля. При вязкости 20—30 сП срок расса-
сывания гелей и действие препарата в организме не превышают
10—11 дней. При увеличении вязкости до 50—60 сП время рас-
сасывания удлиняется до 8 нед [Богомолова Л. Г. и,др., 1964;
Рабинович И. М., 1972]. Для повышения содержания йода в геле
и увеличения времени его рассасывания в организме предло-
жены [Ушаков С. Н., 1961] «двухфазные гели», которые, наряду
с тиксотропным гелем йодполивинилового спирта, содержат
нерастворимую фазу — йодный комплекс сополимера винило-
116
вого спирта и метилолкротонамида. В отличие от свободного
йода гели йодполивинилового спирта так же, как и йодинол, не
оказывают на живые ткани обжигающего действия и обладают
более длительным пролонгированным действием, чем йодинол.
Свойства этих йодных препаратов подробно изучены И. М. Ра-
биновичем (1972).
Йодполивинилпирролидон. При взаимодействии поливинил-
пирролидона с металлическим йодом последний практически
полностью переходит в комплекс, теряет способность возго-
няться, при этом снижаются его токсичность и способность об-
жигать ткани. Полностью сохраняются бактерицидные и фун-
гицидные свойства йода. Наиболее устойчивый комплекс йода
с поливинилпирролидоном получается при механическом пере-
мешивании компонентов с последующим нагреванием. Полу-
чающийся при этом порошкообразный комплекс содержит от 9
до 12 % йода, он является субстанцией для приготовления боль-
шого числа лекарственных форм и препаратов различного на-
значения.
Йодполивинилпирролидон выпускается под названием «йодо-
видон» и «йодопирон», «повидон-йод» [Digenis G. et al., 1987].
Из порошкообразного препарата «йодопирона» у нас изготавли-
вается препарат «йодовидон», стабильный при хранении в тече-
ние 21/2 лет и представляющий собой водный раствор комплек-
са с содержанием активного йода 1 %. Этот препарат разрешен
к медицинскому применению. Широкое применение в медицин-
ской практике находят водные растворы комплекса и мази на
его основе, содержащие 0,75—1 % активного йода. Однако вод-
ные растворы весьма неустойчивы, при хранении концентрация
йода понижается. Основными причинами снижения концентра-
ции активного йода являются примеси, содержащиеся в поли-
винилпирролидоне (остаточный винилпирролидон, ацетальдегид
и др.), а также наличие активных функциональных групп в цепи
полимера, например кетонных, которые возникают при получе-
нии полимера в присутствии органических перекисей. В связи
с этим предложено несколько способов получения и стабилиза-
ции комплексов йод-поливинилпирролидон, проанализированных
в обзоре [Кирш Ю. Э., Соколова Л. В., 1983]. Например, ста-
бильные комплексы получаются, если предварительно готовят
водные растворы поливинилпирролидона и натрия йодида, ко-
торые подвергают распылительной сушке, и полученный при
этом порошок смешивают с металлическим йодом в течение
2—3 ч при комнатной температуре [Cantor A., Wonicov М.,
1975].
Предложен ряд других способов получения комплексов.
Помимо приготовления антисептических 1—2 % растворов из
порошкообразного комплекса, разработаны способы получения
устойчивых растворов, готовых к практическому применению
непосредственно из йода и поливинилпирролидона. Так, йод и
117
поливинилпирролидон растворяют в хлористом метилене, после
чего добавляют воду и отгоняют хлористый метилен из смеси.
При этом получаются готовые к употреблению растворы, содер-
жащие 1—3 % йода [Salkin N., 1980].
При введении в водный раствор натрия йодида и поливинил-
пирролидона различных окислителей, например перекиси водо-
рода, перманганата, бихромата калия и др., получается йод-
ный комплекс поливинилпирролидона, который непосредственно
может использоваться как антисептический раствор.
Предложена также аэрозольная форма йодного комплекса
поливинилпирролидона, где в качестве летучей жидкости ис-
пользуется 1,1,2-трихлор-1,2,2-трифторэтан [Frederick Р., Fran-
cis Н., 1973]. В водные растворы йод-поливинилпирролидона
вводят дополнительно различные добавки, например ПАВ нат-
рия гидрокарбонат, тринатрийфосфат и др. В качестве ПАВ
используют оксиэтилированные фенолы, жирные кислоты, доде-
цилсульфат, додецилбензолсульфонат и т. п. Они обеспечивают
высокие моющие средства композиций, которые используются
для обработки рук хирурга, операционного поля и т. п. На
основе этих композиций за рубежом выпускаются антисептиче-
ские растворы Betadine, Disadine, Pevidine.
Для лечения ожогов и открытых ран разработана компо-
зиция, включающая, помимо комплекса поливинилпирроли-
дон— йод углеводы — сахарозу, глюкозу, фруктозу и др. [Knut-
son Р., 1979]. Эта композиция является эффективным средством
для лечения инфицированных и неинфицированных ран, в том
числе и ожогов разной степени [Zamora J., 1986]. Выпускаются
также мази типа «Sugardine», содержащие углеводы, полиэти-
ленгликоль и комплекс поливинилпирролидон — йод. Разрабо-
таны хирургические биодеградируемые нити на основе поли-
капролактама и небиодеградируемые на основе полиэтилена и
полипропилена, которые содержат соответственно 25 % и 75 %
повидон-йодида [Dunn R., 1985]. Нити высокоактивны против
стафилококков, стрептококков, Е. coli и грибов рода Candida,
при этом препарат выделялся в течение 20 дней из полипропи-
леновых волокон и в течение 5 дней — из биоразрушаемых поли-
капролактамовых волокон. Иод образует также стабильные ком-
плексы с сополимерами винилпирролидона и винилового
спирта [Богомольный В. Я., 1983]. При этом обнаружено влия-
ние звеньев винилпирролидона на образование синего ком-
плекса с фрагментами поливинилового спирта в макромоле-
куле, что обусловлено композиционной неоднородностью сопо-
лимера. В таком сополимере Йоны 13~ связаны как со звеньями
винилового спирта, так и со звеньями винилпирролидона. На-
личие двух разных форм комплексов позволило получить мате-
риал, сочетающий в себе свойства комплексов йода с поливи-
ниловым спиртом и поливииплпирролидоном. Эти комплексы
показали высокую антимикробную активность против стафило-
118
кокка и кишечной палочки. При содержании йода 6—8 % зона
задержки роста тест-микробов составляла 20—25 мм при опре-
делении активности методом диффузии в агар. На основе этих
комплексов были получены также гидрофильные поливинил-
спиртовые пленки, равномерно йодированные по толщине. Вве-
дение глицерина в качестве пластификатора позволило полу-
чить высокоэластичные антисептические гидрофильные пленки,
которые показали высокую эффективность в экспериментах на
животных, при лечении открытых переломов и инфицированных
швов раны.
Частичное ацеталирование поливинилового спирта и введе-
ние в сополимер, наряду со звеньями винилпирролидона,
звеньев винилформаля позволяет увеличить содержание йода
в пленках, при этом до 60 °/о его связывается в комплекс [Бого-
мольный В. Я., 1987]. В настоящее время применяются для
лечения и профилактики раневой инфекции препараты на осно-
ве комплексов ПВП — йод — йодопирон и йодовидон. Йодопи-
рон относится к малотоксичным веществам. По данным
В. Е. Лиманова и др. (1982), ЛД50 йодопирона при внутримы-
шечном и подкожном введении 1% раствора составляет соот-
ветственно 95,8 мг/кг и 131,3 мг/кг, а при внутрижелудочном
1500 мг/кг. При интраперитонеальном введении 10 % раствора
ПВП — йод крысам и собакам отмечена быстрая абсорбция
йода [Zamora J., 1986]. При этом летальная доза составила
8 мл/кг, а максимально переносимая — 2 мл/кг.
Изучение хронической токсичности йодопирона на кроликах
показало [Лиманов В. Е. и др., 1982], что 1 % раствор препа-
рата не вызывает раздражения кожи при его нанесении 4 раза
в день в течение 6 мес. При применении компрессорной пробы
ежедневное наложение повязок с раствором йодопирона в тече-
ние 1 мес не вызывало раздражения кожи у кроликов. В то же
время используемый для сравнения 5 % спиртовой раствор йода
в обоих случаях вызывал сухость кожи, потерю эластичности,
образование геморрагических корок и отеки.
Изучение кожнораздражающего действия на других видах
лабораторных животных дало аналогичные результаты: ни
в одном случае при длительном контакте растворы йодопирона
не оказывали раздражающего действия на кожу, в то время
как настойка йода вызывала гиперемию и шелушение на 2—
4-й день ежедневного контакта.
Раздражающее действие препарата на слизистую оболочку
глаз было оценено в опытах на кроликах при постоянных за-
капываниях в течение 15 дней. Растворы йодопирона при по-
вторных введениях давали только транзиторную эритему.
Используемый в аналогичных опытах раствор Люголя, со-
держащий 1 % йода, уже после однократного введения в конъ-
юнктивальный мешок глаза вызывал выраженный гнойный
конъюнктивит, иногда отмечали помутнение роговицы.
119
Кожно-резорбтивное действие исследовано на кроликах и
морских свинках в течение 6 мес (4 ежедневные аппликации).
Отклонений в состоянии внутренних органов подопытных жи-
вотных выявлено не было. Следовательно, препарат практиче-
ски не всасывается, тогда как 5 % спиртовой раствор йода об-
ладает явным общетоксическим свойством. Он вызывает изме-
нения антитоксической функции печени, активности трансами-
наз, прибавки массы тела животных и морфологического состава
крови. В опытах на морских свинках 25 % рвстворы йодопирона
не пооявили аллергизирующего действия.
Комплексы йода с другими синтетическими полимерами.
Йод образует комплексы с рядом других полимеров, содержа-
щих в своей структуре гидроксильные и аминогруппы. Наибо-
лее интересными среди них оказались комплексы йода с поли-
мерными производными этинилпиперидола [Халиков Д. X. и др.,
1983]. Наличие амино- и гидроксильной группы в поли-2,5-ди-
метил-4-винилэтилпиперидоле-4 обеспечивает ему высокие ком-
плексообразующие свойства. В отличие от полисахаридов, поли-
винилового спирта и поливинилпирролидона этот полимер об-
разует с йодом комплекс состава 1:1, где каждое полимерное
звено связывает один ион I3-. Были получены также и водорас-
творимые комплексы, которые показали высокую антимикроб-
ную активность. По своему бактерицидному действию в мясо-
пептонном бульоне по отношению к золотистому стафилококку
эти комплексы оказались в 2—4 раза эффективнее йодопирона
и в 2—8 раз — йодинола, в физиологическом растворе эффек-
тивность их была еще выше. Преимущество новых йодных ком-
плексов по сравнению с йодопироном было выявлено также при
стерилизации хирургических инструментов, обработке рук хи-
рургов и операционного поля. Высокую активность против ста-
филококков и Е. coli показали также йодсодержащие мате-
риалы, полученные путем радиационной прививки винильных
производных пиперидола к целлюлозным волокнистым материа-
лам. Исследовано [Басова И. Г. и др., 1983] взаимодействие
поли-2-винил-5-метилпиридина с йодом в бензольном растворе.
Методом ИК-спектроскопии показано, что йод с полимером об-
разует комплекс с переносом заряда, возникающий в резуль-
тате донорно-акцепторного взаимодействия неподеленной пары
электронов азота пиридиновых звеньев и молекулы йода. Более
детальное исследование комплексообразования йода с поли-2-
винилпиридииом [Уставщиков О. П. и др., 1984] позволило уста-
новить, что комплекс с лучшими электрохимическими характе-
ристиками образуется при соотношении йод: полимер, равном
7:3, и относительной молекулярной массе полимера 5000—
10000. Таким образом, связывание йода в комплексы с природ-
ными и синтетическими полимерами обеспечивает сохранение
высокой антимикробной активности, существенно снижает его
токсичность и раздражающее действие, что позволяет значи-
120
тельно расширить области применения йода в медицине, создать
на основе этих комплексов новые высокоэффективные антисеп-
тические средства в различных лекарственных формах.
Свойства йодполивинилпирролидона можно улучшить добав-
лением плюроников — сополимеров окиси пропилена (ПО) и
окиси этилена (ЕО). Терапевтический эффект этой смеси при
лечении инфицированных стафилококком ран у морских свинок
был значительно выше, чем при применении коммерческого рас-
твора бетадина [Edlich В. F., 1973].
В ранах, инфицированных золотистым стафилококком
(106 КОЕ) и обработанных ПО-бетадиновой смесью, инфекция
не развилась ни у одного животного; в то же время 66,6 % ран,
обработанных бетадином, нагноились. При этом стафилококк
был выделен из всех ран, леченных бетадином, и только из
50 % ран, обработанных ПО-бетадиновой смесью.
Важно отметить, что плюроники образуют устойчивые, рас-
творимые комплексы с йодом. Эти комплексы очень перспек-
тивны, особенно с йодофорами, например, поливинилпирроли-
дон-йодом. В противоположность плюроникам поливинилпирро-
лидон не является сурфактантом и не обладает какой-либо
очищающей способностью. В этом плане создание комбиниро-
ванных антисептических смесей с использованием плюроников
является весьма перспективным.
3.2.2. ПОЛИМЕРНЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ СОЕДИНЕНИЙ
РТУТИ, СЕРЕБРА И ДРУГИХ МЕТАЛЛОВ
Соединения тяжелых металлов (сурьмы, кобальта, висмута,
олова) давно используются в медицинской практике как анти-
микробные препараты. В качестве противомикробных, прижи-
гающих и вяжущих средств в основном используют неорганиче-
ские соли таких металлов, как ртуть, серебро, медь, цинк. Ме-
ханизм антимикробного действия обусловлен их высокой спо-
собностью связываться с нуклеиновыми кислотами, белками и
образовывать стабильные комплексы с жизненно важными фер-
ментными системами бактериальной клетки. Основной мишенью
их в клетке являются ферменты дыхательной цепи, связывание
с которыми осуществляется путем взаимодействия с тиоловыми
группами. Из-за высокой токсичности для животных и человека
соединения тяжелых металлов применяются в основном для
лечения кожных заболеваний.
Полимерные производные соединений ртути. В медицинской
практике используются неорганические соединения ртути (HgO,
HgCl2, Hg2Cl2, HgNH2Cl, Hg(CN2), HgO) и органические — мер.
тиолат.
О-
SjoONa
121
В отличие от неорганических соединений ртути он менее ток-
сичен, не раздражает тканей и активен против бактерий и гри-
бов. Кроме того, он не инактивируется белками и липидами
макроорганизма. Мертиолат является довольно сильной кисло-
той и поэтому легко взаимодействует с катионными полиэлек-
тролитами, давая водорастворимые производные. Получены по-
лимерные соли мертиолата с гомо- и сополимерами йодэтилата
диметиламиноэтилметакрилата с содержанием мертиолата 2 и
13 % [Panarin Е. F., 1985].
0CH2CH2N(CH3)z ОСО-1^/’
. С2НЬ SHgC2Hb п
Исследование свойств этих полимерных производных мер-
тиолата [Заикина Н. А., Соловский М. В., 1985] показало, что
они хорошо растворяются в воде, характеризуются высокой
фунгистатической активностью и обладают широким спектром
действия. Минимальная фунгистатическая концентрация этих
производных зависела от содержания мертиолата в полимере и
от вида тест-культуры. Для мертиолата они составляют 0,05—
1,0 мкг/мл, а для полимерных производных, содержащих 2 или
13 % мертиолата,— 1—10 мкг/мл. Существенным для полимер-
ных производных оказалось то, что пары мертиолата из них
действуют на расстоянии (без контакта с питательной средой)
гораздо эффективнее, чем низкомолекулярный мертиолат, не-
смотря на то, что содержание мертиолата в полимере значи-
тельно ниже. Производное, содержащее 13 % мертиолата, пре-
дохраняло от зарастания 70—100 % поверхности питательной
среды, засеянной спорами плесневых грибов в течение 10 сут.
В этих же условиях в присутствии мертиолата зарастание по-
верхности на 100 °/о отмечалось уже через 4 сут. Полимерные
производные мертиолата сохраняют способность угнетать фер-
менты дыхательной системы, в частности каталазу (табл. 34),
они обеспечивают более продолжительный фунгистатический
эффект, чем мертиолат.
Высокая активность полимерных производных мертиолата
обусловлена усилением поглощения мертиолата мицелием гриба
в результате сорбции положительно заряженных макромолекул
на клеточной стенке и связанного с ними мертиолата. Это со-
здает высокие (в 100 раз больше, чем в контроле) локальные
концентрации антисептика в клеточной стенке. Вследствие этого
стенка гриба насыщается большим количеством антисептика, и
клетка гибнет в результате угнетения ее ферментных систем,
в частности каталазы и оксиредуктаз.
122
Таблица 34
Фунгистатическая активность мертиолата и его полимерных производных,
___________________действие антисептиков на каталазу _________________
t Тест-культура Минимальная фун- гистатическая кон- центрация, мкг/мл Степень ингибиро- вания каталазы в % к контролю
Мертио- лат Полимер- ное про- изводное, 13% мер- тиолата Мертио- лат Полимер- ное про- изводное, 13% мер- тиолата
Aspergillus niger 0,10 10 14,0 26,0
t Paeulomyces varioti 0,10 10 0,1 0,1
P. ochro-cloron 1,0 10 0 7г0
P. funiculosum 0,10 1 11,2 26,3
Trichoderma viride 0,10 1 12,0 8,6
Mucor mucedo 0,20 1 — —
t Glagosporium resinae 0,05
Scopulariopsis brevi — — 43,0 54,0
Penicillium cyclopium — — 13,0 35,0
Модификация мертиолата полимерами приводит к замет-
ному снижению его острой токсичности. ЛД50, определенная
для белых беспородных мышей при внутрибрюшинном введе-
нии, составила 46 мг/кг для мертиолата и 150 мг/кг — для его
полимерного производного.
Полимерные производные соединений серебра. В последнее
время возрос интерес к возможности клинического использова-
ния антимикробных свойств серебра [Державин А. Е. и др.,
1987].
Для соединений серебра характерны сильно выраженные
антимикробные свойства. Антимикробной активностью обла-
дают только ионы, а степень антибактериального эффекта пре-
паратов серебра определяется их концентрацией. Как антисеп-
тик наиболее широко применяется серебра нитрат, который,
взаимодействуя с белками, восстанавливается в металлическое
серебро, поэтому альбуминаты серебра приобретают черную
окраску. Хорошо известны препараты коллоидного серебра —
колларгол и протаргол, выпускаемые в РФ и зарубежных
странах. Колларгол содержит 70 % серебра, и для стабилиза-
ции дисперсии в качестве защитного коллоида в этом препарате
используются гидролизаты казеина. Другой коммерческий пре-
парат, выпускаемый рядом фармацевтических фирм — протар-
гол — содержит 8 % серебра, и в качестве защитного коллоида
в нем используются гидролизаты желатина с относительной мо-
лекулярной массой от 500 до 20000. Получены коллоидные
дисперсии ряда металлов, в том числе и серебра, при использо-
вании синтетических полимеров — поливинилового спирта и по-
ливинилпирролидона [Hirai Н., 1979] — путем восстановления
металлов в водном или спиртовом растворе. При этом обра-
123
124
Таблица 36
Острая токсичность (мг/кг) протаргола и повиаргола
при внутрибрюшинном введении животным
Показатели токсичности Мыши Крысы
Протаргол Повиаргол Протар гол | Повиаргол
МИД 50 250 62 375
ЛД50 170 750 156 525
ЛДюо 250 1500 375 1250
зуются коллоидные дисперсии металлов, например золота, се-
ребра, платины, палладия, с размерами частиц от 8 до 40 нм.
Для выяснения влияния природы полимера на антимикроб-
ные свойства коллоидного серебра нами получены водораство-
римые дисперсии серебра, где в качестве защитного коллоида
использовали полизилилпирролидон [Копейкин В. В., Афиноге-
нов Г. Е., 1983], и проведено сопоставление их антимикробных
свойств с протарголом и колларголом. Оказалось, что природа
защитного полимера не оказывает влияния на уровень активно-
сти. Выявлено существенное различие в активности протаргола
и колларгола. Несмотря па высокое содержание серебра, кол-
ларгол в 10—30 раз менее активен, чем протаргол. Коллоидные
дисперсии на основе поливчнилпирролидона с высоким содер-
жанием серебра, до 20—70 %, по своей активности были экви-
валентны колларголу. Наибольшую активность имели дисперсии
с 8 % серебра (табл. 35). Таким образом, установлено, что бак-
терицидная активность коллоидных препаратов серебра не за-
висит от природы защитного полимера, причем активность пре-
паратов определяется не общим содержании металла, а, ве-
роятно, степенью его дисперсности. С увеличением степени
дисперсности возрастает суммарная поверхность частиц до
6400 см2/г, а следовательно, и концентрация ионов серебра в рас-
творе, которые и проявляют антимикробные свойства. Новые
коллоидные дисперсии серебра, названные повиарголом, так же
как и известные препараты протаргол и колларгол, характери-
зуются широким спектром антимикробного действия. Они ак-
тивны также в отношении антибиотикоустойчивых штаммов
бактерий. Заслуживает внимания бактерицидная активность их
0,5—1 % водных растворов в отношении кишечной, паратифоз-
ной и дизентерийной палочек при 5-минутной экспозиции. Су-
щественными являются также более низкая их токсичность
(табл. 36) по сравнению с коммерческими препаратами, а также
отсутствие иммунореактивности, поскольку в качестве защит-
ного используется иммуноинертный полимер.
Проведенные исследования показали, что повиаргол, пред-
ставляющий собой композицию на основе поливинилпирроли-
125
дона, характеризуется в 4—6 раз меньшей острой токсичностью,
чем известный препарат -’ротаргол. Поведенческие реакции жи-
вотных, которым вводили препараты в максимально переноси-
мых дозах (МПД), не отличались от таковых у контрольных
животных. При изучении хронической токсичности 5 % раство-
ров протаргола и повиаргола были выявлены следующие зако-
номерности. На 7-й день аппликации кожа всех животных
имела обычный вид, отек и гиперемия отсутствовали. Гистоло-
гически эпидермис сохранялся. У животных, на которых испыты-
вали протаргол, в дерме отмечались густая клеточная инфиль-
трация за счет гистиоцитов, в меньшей степени лимфоцитов,
эозинофилов и нейтрофилов. Такой же клеточный инфильтрат
отмечали и вокруг сосудов подкожной клетчатки, при этом на-
блюдали усиление формирования волосяных влагалищ, а над
участком инфильтрата — некоторое утолщение эпителия. При
исследовании повиаргола воспалительных явлений не было,
эпидермис на всем протяжении был хорошо выражен.
У всех животных на слизистых оболочках глаза макроско-
пически и гистологически изменений не было. На 14-й день ап-
пликации макроскопически у всех животных кожа и слизистые
оболочки имели обычный вид, отек и гиперемия отсутствовали.
Гистологически у животных, подвергнутых действию про-
таргола, сохранялся отек кожи, эпидермис прослеживался на
всем протяжении. Отмечали инфильтраты из нейтрофилов,
эозинофилов, гистиоцитов, больше вокруг сосудов. Рост волос
был ограничен.
При нанесении повиаргола эпидермис был сохранен. В суб-
эпидермальных слоях имелась очень умеренная клеточная ин-
фильтрация, преимущественно за счет фибробластов с увели-
чением числа коллагеновых волокон в этой области. Волосяных
влагалищ было мало. Гистологически у всех испытуемых жи-
вотных слизистая оболочка глаз была без изменений.
Полученные результаты макро- и микроскопического иссле-
дования кожи и слизистой оболочки глаза кроликов при дли-
тельном ежедневном применении (в течение 14 дней) 5 % рас-
творов повиаргола показывают, что он не вызывает поврежде-
ния эпидермиса, дермы и слизистой оболочки глаза. В то же
время протаргол вызывает незначительную воспалительную ре-
акцию дермы. Исследовано влияние этих препаратов на иммун-
ную систему животных, на способность животных продуциро-
вать антитела. Полученные данные представлены в табл. 37.
Титры антител в сыворотке крови животных контрольной и
опытной групп практически не различались и составляли на
о 1 1 л 11-
3-и сутки -^-4--^—; на 4-е сутки ------на '"е СУТКИ
1 1
512 + 1024
126
Таблица 37
Влияние препаратов анаргол и протаргол
на количество антителообразующих клеток (АОК-10-3) селезенки
Относительное количество АОК-10-’
Время после им- муниза- ции, сут Контрольная группа Протаргол, 1 % раствор, в дозе Повиаргол, & % раствор, в дозе
1 опытная группа О,1ЛДбо II опытная группа ЛДьо III опытная группа 0,1ЛД5о IV опытная группа ЛД5о
3 65,7=1=10,2 п=9 64,5± 11,6 п=8 70,3±18 п—7 68,4± 13,6 п = 7 73,1=1=12,8 п—7
4 730=1=117 п = 6 678=1=110 п=6 743±69 п=6 755=1=168 п=6 74б±139 п=6
7 279±48 п=6 244±51 п = 6 294 ±70 п — 6 283±67 п=6 311=1=57 п=6
Действие серебросодержащих препаратов на Т-систему им-
мунитета оценивали по способности спленоцитов животных вы-
зывать локальную реакцию РТПХ. По результатам изучения
способности спленоцитов вызывать реакцию трансплантат про-
тив хозяина не установлено значимого достоверного воздействия
препаратов повиаргол и протаргол на функцию клеточного
иммунитета. Повиаргол при внутрикожном введении морским
свинкам по методу О. Г. Алексеевой и А. И. Петкевич (1972)
в максимально рекомендованной дозе практически не обладает
аллергенными свойствами.
Нами также изучена эффективность препарата повиаргола
при модельной подкожной стафилококковой инфекции в сравне-
' нии с известными бактерицидными серебросодержащими препа-
ратами протаргол и колларгол. Микробную культуру (стафило-
кокк штамм 1582) вводили животным подкожно в дозе 1 млрд
клеток, 3 % водные растворы препаратов вводили подкожно в
область заражения в объемах 2 мл через 1 ч после введения
культуры, а затем через 3 дня.
Состояние раны оценивали макроскопически на 6-й день,
определяли обсемененность в области введения микроба. Полу-
ченные результаты приведены в табл. 38.
Таким образом, среди изученных серебросодержащих препа-
ратов наибольшей эффективностью при подкожной стафилокок-
* ковой локализованной инфекции обладают препараты повиар-
гол и колларгол.
При микроскопическом изучении тканей в области инфекции
' на 6-й день после введения культуры у животных контрольной
группы в области введения микроба были видны крупные очаги
некроза с выраженной лейкоцитарной инфильтрацией. Отме-
i 127
Таблица 38
Влияние полимерных препаратов серебра
на развитие подкожной стафилококковой инфекции
у белых мышей
Препарат Количество животных Состояние раиы (макроскопиче- ски) Обсеменность в области вве- дения инферта (КОЕ/мл!
Контроль 3 Г НОЙ 22 000*
Протаргол 3 Гной (нек- роз) 20 000
Колларгол 3 Гноя нет —
Повиаргол 3 » » —
чали значительное поражение дермы и эпидермиса. Пролифера-
тивные изменения в окружающих очаг тканях были выражены
слабо. Аналогичную микроскопическую картину микропрепара-
тов наблюдали у животных, у которых в качестве лечебного пре-
парата применялся протаргол.
Гистологическая картина микропрепаратов животных, у ко-
торых применялись колларгол и повиаргол, была практически
одинаковой: по сравнению с контрольной группой животных во-
круг очагов некроза наблюдали выраженную пролиферативную
реакцию мягких тканей с формированием нежных коллагеновых
волокон, которая ограничивала очаг лейкоцитарной инфильтра-
ции. Таким образом, на модели подкожной локализованной
стафилококковой инфекции установлено, что введение повиар-
гола ослабляет и локализует развитие гнойного очага, а также
способствует более выраженным явлениям репарации тканей.
Протаргол таким свойством не обладал.
Полимерные производные олова и свинца. Олово и свинец-
органические соединения были получены более 100 лет назад,
но интенсивное изучение их свойств началось в 40-х годах. Бак-
терицидная и фунгицидная активность этих соединений была
обнаружена сравнительно недавно и исследована рядом авто-
ров [Ингам Р. и др., 1962; Кочкин Д. В., 1968].
Эфиры триалкилстаннанолов R3SnOH уксусной, никотиновой,
малеиновой, акриловой и других кислот подавляют рост грам-
положительных и грамотрицательных бактерий и грибов. В кон-
центрации 0,01—0,5 % они вызывают их гибель за 5 мин.
Д. А. Кочкиным и соавт. (1971) получены свинец- и олово-
органические акрилаты, малеинаты, а также их гомо- и сопо-
лимеры с другими винильными мономерами.
СО
О7
- п
128
I
Выраженные антимикробные свойства, характерные для низ-
комолекулярных олово- и свинецорганических соединений, со-
хранились и в полимерах, которые подавляли рост стафилокок-
ков, Е. coli, сенной и бруцеллезной палочек, ряда грибов
* (табл. 39). Наибольшую активность проявляли сополимеры, со-
держащие в . своей структуре фуппы (СНз)зЗп—;
(СгН5)з8п—; (C4H9)3Sn— и (СбН5СН2)з8п—. Антимикробная
активность этих полимеров обусловлена их медленным гидро-
лизом с постепенным выделением в окружающую среду низко-
молекулярного свинец- и оловоорганического соединения. Ука-
занные Выше полимеры образуют хорошие пленки и поэтому
Могут быть рекомендованы в качестве антимикробных пленкооб-
1 разующих защитных покрытий для стеклянных, металлических
й других поверхностей [Wang С., Sheetz D., 1972].
Антимикробные свойства проявлял и мыщьяксодержащцй
f полимер
—СН,,-С(СН3)~-
со
1
о
I
Таблица 39
Антимикробные свойства пленок тройных сополимеров стирола,
малеинового ангидрида оловоорганических соединений
Металлоргапическое соедине- ние (МОС) Содер- жание МОС, мг/см2 Стерилизующее действие ‘ покрытий Hi тёст-кулЬтуру, % РйРейи (время контакта), ч
S. aureus Е. coli (В. subtilis 1 Brucella sp.
(CH3)3SnOOCC (СНз) = С1Ь 2,1 84(48) 82,5(48) 100(24) 100(3)
(C2H5)sStiOOCC (СНз) = СЦ, 3,3 68(48) 92(48) 100(24) 100(3)
(С3НЩ5пООСС (СН3) * СН2 2,3 64(48) 10(48) —
(C6Hs)3SnOOCC(CH3) = CHi. 214 38(48) 19(48) — —
При взаимодействии полцмеров( содержащих ангидридные
и карбоксильные группы с оловоорганическими спиртами
R3SnOH, получены материалы, среди которых наибольшую
активность показали полимеры, полученные на основе
(C4M9)3SnOH. Последующая обработка этих полимеров
эпоксидными соединениями приводила к получению сшитых
материалов. Зона ингибирования роста бактерий такими мате-
, риалами зависела от степени сшивания полимерных цепей
[Subramanian R., 1984]. Полимерные металлоорганические со-
единения: амидооксипроизводные олова, кремния и германия,—
9—16 129
обладающие антимикробными свойствами, были получены при
модификации полиакрилонитрила [Carraher Ch., 1972].
cti? си - ciMcR.,
NHZ он
Jn
«ICH
z I
XOMeK3
n
где R = C4H9, СбНэ, СНзМе^Зп, Si, Ge.
Полимерные производные формальдегида и фенолов. Фор-
мальдегид давно используется в медицине как антисептическое
средство, которое действует на вегетативные и споровые формы
бактерий. Высокие антимикробные свойства формальдегида со-
храняются и у его полимерных производных, полученных кон-
денсацией формальдегида с мочевиной. Сополимер формальде-
гида с мочевиной HO[CH2NH—СО—NHCH2]n, имеющий торго-
вое наименование «Anafiex» [Donaruma L., 1974], используется
в клинике как антибактериальный агент. Он высокоактивен in
vitro против различных видов бактерий и оказался эффектив-
ным при лечении фурункулеза, гинекологических заболеваний,
инфицированных ран, грибковых и других инфекций. Его анти-
микробная активность обусловлена частичным выделением сво-
бодного формальдегида при гидролизе или биоразложении по-
лимера. Активными были также трополонформальдегидные
смолы, полученные конденсацией формальдегида с различными
замещенными трополонами [Donaruma L., 1969].
Полимерные производные фенола, полученные нами при аци-
лировании о-аминофенолов полиакриловым ангидридом, были
растворимы в воде и активны против Вас. megaterium, подав-
ляя рост при концентрации 1,5—3 мг/мл, а сами аминофенолы
были активны в концентрации 50 мкг/мл.
СН2 сн
-сно-сн -
2 I
'JOOH
ш
Таким образом, присоединение аминофенолрв к карбоцепно-
му полимеру-носителю привело к снижению активности фено-
лов. Антимикробная активность обнаружена также у поли-п-ви-
нилфенола и его производных [Uchibori Т., 1980].
К полимерным производным фенола относится природный
полимер лигнин, который входит в состав древесины и пред-
ставляет собой продукт поликонденсации фенола. Он имеет
относительную молекулярную массу 10000, не растворяется
в воде. Лигнин является основным компонентом известного пре-
парата полифепана, который обладает слабыми антимикроб-
ными свойствами, но способен сорбировать бактерии, что по-
зволяет его эффективно применять при различных заболеваниях
желудочно-кишечного тракта [Машковский М. Д., 1985].
130 1|
3.2.3. ПОЛИМЕРНЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ СУЛЬФАНИЛАМИДОВ,
Значительная роль в борьбе с бактериальными йнфекДий-йй
принадлежит сульфаниламидам, являющимся ингибиторами
синтеза фолиевой кислоты в клетке. Рядом исследователей
[Dawson D. J., 1976; Hofmann V., 1976] предприняты1 попытки
получения их полимерных производных как путем взаимодей-
ствия поливиниламина с N-ацетилсульфанилхлоридом, так и по-
лимеризацией акрилоильных и метакрилоильных производных
различных сульфаниламидов.
-сн2-сн —1 <• ch3cohh-cQ>-so2ci
к.
СН2-СИ--
NH
SO2- -ННС0СН3
Сульфаниламидные мономеры были синтезированы путем
ацилирования сульфаниламидов по свободной аминогруппе
акрилоил- и метакрилоилхлоридом. i '' * J
। 1
со
I , R.- И; СН3
ын- -so2nhr2
S /Чз /^З
- о -о -
'сн3
Ненасыщенные производные сульфаниламидов, содержащие
сульфаниламид, присоединенный через различные мостиковые
группы:
-ОСО- -С=Н- ; -ОСО- ^^-СОНИ- ;
—ОСО— (СН2)2—CONH—; —CONH—; —ОСОСН2СН2—N—
— (CH2)2CH2CONH—, получены с целью изучения возможного
метаболического отщепления сульфаниламида от полимера-но-
сителя. Наибольший интерес в этом плане представляют соеди-
нения, полученные путем конденсации п-формилфенилметакри-
лата и сульфаниламида. В этом случае можно ожидать отщеп-
ления сульфаниламида от полимера-носителя в физиологиче-
ских условиях вследствие лабильности азометиновой связи
сн2-с.(сн3)-
со
©-302№2
9'
131
Перечисленное ныше полимерные производные сульфанил-
амидов растворялись в воде лишь при высоких значениях pH и
осаждались из водных растворов при подкислении. Чтобы по-
лучить водорастворимые системы, провели сополимеризацию
этих мономеров с ненасыщенным аналогом диметилсульф-
оксида,
сн„-.с, соо (а L,' ><:i- 3
который является ускорителем всасывания, Сополимеры с мо-
лекулярной массой (14.. .50) X Ю3 хорошо растворялись в воде
и были менее токсичны, чем гомополимеры, .Однако они мед-
ленно выводились через йочки после введения мышам. В связи
с этим были получены биодеградируемые полимерные производ-
ные сульфаниламидов путем анионной полимеризации соответ-
ствующих мономеров.
СН?-СЯа-СО№-^- 5ОйМН2 CONH-<g>-SO?N»-]n
Эти полимеры содержали сульфаниламидные звенья в основ-
ной цепи и при гидролизе соляной кислотой давали производ-
ные сульфаниловой кислоты и р-аланина.
Взаимодействием сульфаниламидов с сополимером винилпир-
ролидона и кротонового альдегида были получены производные
[Капустянская А. М., Щуковская Л. Л., 1971; Капустян-
ская А. М., 197'2], которые проявляют антимикробную актив-
ность in vivo, обладают пониженной токсичностью и пролонги-
рованным действием. Этазол, присоединенный к сополимеру
винилпирролидона с глицидиловым эфиром р-оксиэтилакрилата
[Миразизов К. Д., 1973], обладал меньшей токсичностью и про-
лонгированным действием.
Выраженные антимикробные свойства имеют сульфанил-
амиды, присоединенные к сополимерам малеинового ангидрида
С винйЛаце’тйтом [Dong Van Luyen, 1987]. Эти производные,
малоактивные in vitro, в организме подвергаются гидролизу
с вксйобождением свободного сульфаниламида. Гидролиз
в организме животных происходит медленно, что и обеспечи-
вает значительный пролонгированный эффект. Низкая токсич-
ность использованного полимера-носителя (ЛД50 3880 мг/кг
йри внутрибрюшинном введении белым мышам) делает полу-
ченные соединения привлекательными в практическом отно-
шении.
Антимикробную активность, сопоставимую с активностью ис-
ходных сульфаниламидов, проявляют полимеры, полученные
конденсацией формальдегида с сульфапиридином, сульфабен-
замидом, сульфаниламидом (табл. 40) [Dombroski J., 1967; Do-
Таблица 40
Относительная энтибактерияльная активность сульфадрдамиг.
Дое (Mi и их сополимероа е формальдегидом.(П)
Тсрмэмиде.
naruma L., 1971] и ^^-Диаминодифенилсульфоном [Dombroski J.,
1967].
Полимеры имели небольшую относительную молекулярную
массу (4000—10000). Для 4,4'-диаминодифенилсульфонового со-
полимера было выявлено некоторое влияние величины молеку-
лярной массы на антибактериальную активность. У полимеров
с молекулярной массой 4700, 7600 и 10 000 относительные ак-
тивности были соответственно равны 1,4; 1,7 и 1,3.
Получены и исследованы антибактериальные свойства сопо-
лимеров диметилолмочевины с серией сульфаниламидных пре-
паратов: сульфаметаэмном, сульфатиазолом, сульфацетамидом,
сульфабензамидом, 4,4'-диаминоднфенилсудьфоном и 4-ами»М'’
нитродифенилсульфоном [Dombroski J., Donaruma L., 1971].
Было найдено (табл. 41), что антибактериальная активность
этих сополимеров близка к активности мономерных сульфанил-
амидов. Подобная же зависимость наблюдается и для сополи-
мера с формальдегидом, не выявлено существенных различий
в уровне активности обоих типов сополимеров. Эти данные
позволяют предположить, что антимикробная активность опре-
деляется не только содержанием сульфаниламидов в полимере.
Более того, при пересчете на содержание активного вещества
в сополимере наблюдалось даже некоторое повышение актив-
133
Относительная аят;:'акте ри ьльнгя активность сульфаниламидам:
И их сл;олим&роЕ с диметилолмочевиной
н Тест-кулътурк
В.haemo ly- 1. i < • u; •> E . co 1 i Ent.. aerogene st Ps.aeruginosa
7 l; II M II
Л-Н. NH (( )> N—7 \:н.( У.З 1.1 1,0 l,o 1,2 1,1 1,0
,NH <V?N 1,3 1,1 1,0 1,0 I,I 1,0 T.o
I.o 1,0 I,I 1,0 1,2 1,0 T T 1,0
NH - <<3O NO,, : .o 1,2 1,0 1,0 I,o 1,0 1,0 1,0
Н1Ю K']l.s ; ,0 1,3 1.0 1,3 1,0 * »L‘ 1.0
NH,, r /J i. > 1.1 1,0 1,0 1,0 I.3 1,0
NH - : .o 1,0 1,0 1,1 1,0
NHCO- <Q> i,i I .0 I,I T p 1,0 1,0 1,1
ности, которое обусловлено, вероятно, особенностями полимер-
ной структуры, обеспечивающей создание более высоких ло-
кальных концентраций активного вещества у мишени в клетке
по сравнению с мономером. Этот фактор, по-видимому, имеет
существенное значение для сульфаниламидов, если учесть, что,
например, для 50 % подавления синтеза дигидроптероиновой кис-
лоты из птеридина и п-аминобензойной кислоты в бесклеточном
экстракте Е. coli 20 молекул сульфаниламида конкурируют
с одной молекулой n-аминобензойной кислоты за связывание
с синтетазой тетрагидроптероиновой кислоты [Гэйл Э. и др.,
1975]. Возможна также частичная биодеструкция этих сополи-
меров с выделением формальдегида, что также может обуслов-
ливать наблюдаемое повышение удельной активности сополиме-
ров по сравнению с мономерами. В пользу этого предположе-
ния свидетельствует наличие антимикробной активности у
мочевино-формальдегидного сополимера и препарата «АпаПех»
134
[Donaruma L., 1974]. Потенциально биодеструктируемые
мерные производные стрептоцида, этазола, сульфадимеу^^ и
уросульфана были получены при полимеризации в их nf р^т‘
ствии N-карбоксиангидридов D, L-аланина и саркозина. е^*ри
соотношении карбоксиангидрида и сульфаниламидного адС*13'
рата 10:1 получались водорастворимые полимеры [АГ^д^а-
нян И. Е., 1975], у которых каждая полипептидная цепь с ^^р-
жит на конце сульфаниламид
NHSO, - <Q> -NH- -COCHNH-'
R2
Помимо синтетических полимеров, для модификации ГиЛЬ'
фаниламидов широко используются полимеры природной про-
исхождения— целлюлоза, декстран, крахмал. с
Для ковалентного связывания лекарственных веществ По-
лисахаридами последние модифицируют с целью введени^к их
структуру функциональных групп, способных к химич^Ч>МУ
взаимодействию с лекарственным веществом. Наиболее ^сто
используют метод окисления, который обеспечивает вв^ер Ние
альдегидных групп, позволяющих присоединять аминосо^ д^а-
шие лекарственные вещества азометиновой связью. При Зо аи‘
модействии диальдегидкарбоксиметилцеллюлозы с эт^^ом
получены водорастворимые азометиновые производные э< ^ла,
ОСН2СООКа •
NUs>„-<0}-N Of: -i:'
содержащие до 30 % этазола по массе. Они были активш/Лк от-
ношении стафилококка и протея, подавляя рост этих ку гУгур
при концентрации в 2—3 раза более высокой, чем этазоЛ Сд пи‘
саны азометиновые производные диальдегиддекстрана и «?en’
тоцида [Хомяков К. П. и др., 1965], в которых содер д^Ние
стрептоцида составляло 13,9 %. При этом модификации пс/^^рг-
лось лишь 50 % альдегидных групп полимера, что недоста^в **но,
учитывая высокие терапевтические дозы сульфаниламиде^ ’
Для хирургических целей представляет интерес модифициро-
ванная сульфаниламидами окисленная окислями азота 1ЛЛ?ЛЮ‘
лоза. Окисленная целлюлоза, часто называемая оксице/4О’Пл°-
зой, проявляет гемостатические свойства, что использоват (г.71"351
получения гемостатических перевязочных материалов 2Э1'/1ТИ’
бинты, марли, тампоны). Более широкие перспективы <о ры’
вает совмещение гемостатических свойств этих перевях'*Них
материалов с антимикробными, такие материалы, рассад^ ^аю-
135
щиеся в организме, упрощают проведение хирургических опера-
ций, способствуют ускорению заживления раны и профилактике
послеоперационных осложнений. Проведена модификация окси-
целлюлозы норсульфазолом, этазолом и сульфадимезином. По-
лагают [Долберг Е. Б., 1971], что в этом производном сульфа-
ниламиды связаны как с глюкопиранозными, так и с ангидро-
глюкозными звеньями за счет водородных связей. Причем на
100 звеньев первого типа приходится 0,5—2 молекулы, а вто-
рого типа — 9—10 молекул сульфаниламида.
Высокую бактериостатическую активность проявляют синте-
зированные недавно водорастворимые полимеры поли-(1-ви-
нилоксиэтокси-З-аминопропан-2-ола). Полимеры имели невы-
сокую степень полимеризации (п=10), хорошо растворялись
в воде и подавляли рост S. aureus 209 Р в концентрации
25 мкг/мл, а Е. coli 675 в концентрации 12,5 мкг/мл [Белозе-
ров Л. И., 1987].
Следует отметить, что собственную антимикробную актив-
ность проявляют не только катионные полиэлектролиты; анти-
микробная и противогрибковая активность обнаружена также
у полимера анионного типа сополимера малеинового ангид-
рида с дивинильным эфиром. L. Donaruma с сотр. (1985) син-
тезировали серию полимеров, содержащих тиосемикарбазидные
группы как в основной, так и боковой цепи макромолекулы.
Полимеры, содержащие тиосемикарбазидную группу в основной
цепи, синтезировали конденсацией диизотиоцианатов с дигидра-
зинами. Они были активны против Вас. subtilis, но не действо-
вали на Е. coli. При взаимодействии этих полимеров с солями
меди получены полимерные медные комплексу показавшие вы-
сокую активность против Е. coli. Активными против стафилокок-
ков оказались сшитые политиосемикарбазиды типа
/—\
к Nil о NH N N-NH С Nil *
II II
11 СП.,
- п
что связано, вероятно, с частичным гидролизом этого полимера
в условиях микробиологического эксперимента и выделением
низкомолекулярного вещества, которое и обусловливает анти-
микробную активность. Эти же авторы синтезировали ряд поли-
мерных производных тиосемикарбазидов путем присоединения
к поливиниловому спирту, поливинилхлориду, полиглицидил-
метакрилату и полиметакрилоилхлориду тиосемикарбазида, со-
держащего первичную гидроксильную группу.
C-HII-N N-N1HC Nil (Q)
сн^он 55
136
Среди синтезированных полимеров наибольшую активность
против стафилококков, кишечной палочки показал поливинил-
хлорид с присоединенным тиосемикарбазидом, тогда как моди-
фицированный поливиниловый спирт и полиглицидилметакрилат
были активны только против стафилококков. Этот факт указы-
вает на заметное влияние строения полимера-носителя на био-
логическую активность присоединенного к нему антимикроб-
ного вещества.
Антимикробную активность проявляют и другие полимеры,
содержащие гидразидную группу. Так, полученные нами [Пана-
рин Е. Ф., 1966] водорастворимые сополимеры гидразида акри-
ловой кислоты с виниловым спиртом, винилпирролидоном и
акриловой кислотой подавляли рост стафилококка и Е. coli при
концентрации 50—1000 мкг/мл. При этом сополимер с акрило-
вой кислотой был более активен против Е. coli, а сополимеры
с виниловым спиртом и винилпирролидоном были активнее
в отношении стафилококка. Высокую антимикробную актив-
ность проявляют также полимерные производные пиперазина
[Krkoska Р., 1979]. Антимикробные полимеры, содержащие био-
логически активный компонент в основной цепи, были полу-
чены путем конденсации 2,2'-тио-бис- (4,6-хлорфенола) с дикар-
боновыми кислотами (щавелевой, себациновой и др.) или их
хлорангидридами. Бисхлороформаты 2,2'-тио-бис- (4,6-хлорфе-
нола) легко конденсируются с диолами и диаминами, давая со-
ответственно сополикарбонаты и полиуретаны.
-ос сн2\o-o-c-
О
-NHCCH2 )1o-NH-C-O~
о
При конденсации с полиэтиленгликолем (относительная мо-
лекулярная масса 4000) получены водорастворимые полимеры.
Полимеры, содержащие этот антисептик, подвергаются гидро-
лизу со скоростью 1 % в день при 37 °C, чем и обеспечивается
их антимикробная активность. По этой же причине активными
были полимеры, полученные конденсацией диаминопиримидо-
нов с дигалоидными производными мышьяка [Carraher Ch.,
1976], которые обладали активностью против некоторых штам-
мов псевдомонад, но не действовали на стафилококки и Е. coli.
Гидролизуемыми в условиях микробиологического опыта ока-
зались также эфиры карбоксиметилцеллюлозы с трихлор- и
пентахлорфенолами, полученные путем ацилирования фено-
лов хлорангидридом карбоксиметилцеллюлозы [Шишленни-
кова Н. Ю. и др., 1984; Шишленникова Н. Ю., 1985].
137
Авторы показали, что антимикробные свойства этих поли-
меров обусловлены отщеплением хлорфенолов (константы ско-
рости гидролиза при pH 7,2 и 37 °C составляли соответственно
28Х10-6 и 32Х10~6 с для три- и пентахлорфенола).
Таким образом, включение антимикробного вещества в ос-
новную цепь макромолекулы или присоединение к боковым це-
пям гидролизуемыми (сложноэфирными, уретановыми и др.)
связями обеспечивает выделение активного вещества из поли-
мера в окружающую среду и проявление антимикробной актив-
ности.
Полимерные производные препаратов нитрофуранового
ряда. Соединения нитрофуранового ряда обладают широким
спектром антимикробного действия, их бактериостатический
эффект связан с ингибированием индуцибельных ферментных
систем путем блокирования стадии трансляции с повреждением
ДНК [Herrich Р., 1976]. Полимерные нитрофурановые производ-
ные с пролонгированным антимикробным действием получены
путем взаимодействия полиакрилоилгидразида с 5-нитрофури-
ловым альдегидом.
'-сн„-сн-
1 /°\
CONHN СН'К /) N°?
- ' ' п
Полученный полимерный гидразон показал in vitro актив-
ность против широкого ряда бактерий: стафилококков, Е. coli,
палочки сине-зеленого гноя, протея и др., подавляя их рост при
концентрации 12,5—25 мкг/мл [Ascoli F., Casini G., 1967]. По-
лимерные гидразоны были также активны in vivo, обеспечивая
пролонгирующий эффект до 72 ч.
При ацетилировании поливинилспиртовых волокон
[Вольф Л. А. и др., 1971] альдегидами нитрофуранового ряда
были получены полимерные ацетали со степенью ацетилирова-
ния до 18—25 мол.% и содержанием препарата более 28 % по
массе. При ацетилировании целлюлозных волокон этими альде-
гидами были получены производные, которые содержали лишь
4—5 % препарата. Поскольку ацетали достаточно лабильны, то
антимикробные свойства этих веществ обусловлены снятием
препарата с полимерной матрицы и постепенной диффузией его
в окружающую среду. Ацетильная связь в физиологических
условиях расщепляется с небольшой скоростью, этим обеспечи-
вается длительный антимикробный эффект.
3.2.4. ПОЛИМЕРНЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ ИОНОГЕННЫХ ПАВ
ПАВ широко применяются в различных областях народного
хозяйства в качестве смачивающих, флотирующих, моющих
средств, ингибиторов коррозии, пенообразователей и т. п. По
своему химическому строению они делятся на 2 группы — ионо-
138
генные и неионогенные. Первая группа веществ содержит
в полярной части молекулы функциональную группу, несущую
положительный или отрицательный заряд, в связи с этим они
подразделяются, в свою очередь, на катионные, несущие поло-
жительный заряд, анионные, несущие отрицательный заряд, и
амфотерные, несущие в полярной части молекулы положитель-
ный и отрицательный заряды. Неионные ПАВ в полярной части
молекулы содержат, как правило, гидрофильные, гидроксильные
или иные группы. Для медицинской практики важное значение
имеют ионогенные ПАВ, обладающие антимикробными свой-
ствами. Среди них наибольшую активность проявляют катион-
ные ПАВ.
Полимерные производные катионных ПАВ. Важным преиму-
ществом этих веществ перед другими антисептиками является
наличие у них выраженных моющих свойств, что позволяет со-
четать процесс обеззараживания с процессом очистки от загряз-
нений. Поэтому они чаще всего используются в хирургии для
обеззараживания инструментов, для мытья полов и стен в опе-
рационных и перевязочных. В последнее время они использу-
ются также для обработки больничного белья и придания ему
самодезинфицирующих свойств. Не менее важной является про-
блема предоперационной обработки хирургических инструмен-
тов, рук медперсонала и операционного поля. «Идеальный»
антисептик, используемый для этих целей, должен удовлетво-
рять следующим требованиям: отсутствие раздражающего дей-
ствия на кожу, бактерицидное действие на патогенные микро-
организмы, сохранение высокой активности в присутствии крови
и отделяемого, достаточно продолжительное действие. Этим
требованиям в значительной степени удовлетворяют катионные
ПАВ из ряда солей четвертичного аммония, высших алкилами-
нов и их солей, окисей аминов, производных гуанидина и амфо-
терные ПАВ [Calnan J., 1976].
rV ; R-K*-B2X" ; R-N —* О ; R-N*-R3-Y“
, 4 R I I ।
' 2 «3 % R2
Методы синтеза этих соединений, их структура, области при-
менения и биологические свойства обобщены в монографиях
[Jungermann, 1970; Attwood D., Florence A., 1983]. Максималь-
ными бактерицидными свойствами обладают четвертичные ам-
мониевые соли, содержащие цетиловый радикал, например це-
тилпиридиния бромид, триметилцетиламмония бромид и др.,
которые вызывают гибель вегетативных форм микробов в кон-
центрации 0,01 % за 10—30 мин. Активность четвертичных ам-
мониевых солей возрастает при наличии в их высшем радикале
непредельных связей. Еще больший эффект наблюдается при
139
наличии в молекуле радикалов с тройными -связями. Введение
в структуру аммониевых солей гидрофильных радикалов повы-
шает их растворимость в воде и снижает токсичность.
В настоящее время в РФ разрешены к применению в меди-
цинской практике для обработки инструментария, рук хирургов
и операционного поля антисептики из ряда солей четвертичного
аммония — роккал, атоний, дегмин, а также производное гуани-
дина— хлоргексидин-биглюконат и метацид [Машковский М. Д.,
1986].
Области применения катионных ПАВ в хирургической прак-
тике для профилактики и лечения раневой инфекции ограни-
чены в связи с их высокой токсичностью и кожно-раздражаю-
щим действием [Березовская И. В., 1978; Branemark Р., 1967].
При лечении экспериментальных ран у крыс цетилпиридиния
хлоридом и алкилдиметилбензиламмония хлоридом (роккал)
установлено (Bengmark S., Rydberg В., 1968], что эти препараты
в разведении 1 : 1000 вызывают необратимое повреждение кле-
ток, замедляющее заживление ран.
Однако это отрицательное действие уменьшается при более
низких концентрациях.
В связи с этим катионные ПАВ используются, главным об-
разом, как стерилизующие и дезинфицирующие агенты, а ис-
пользование их как лекарственных средств ограничено. Вместе
с тем можно было бы существенно расширить области их при-
менения, если бы снизить отрицательные эффекты. Поэтому
в последние годы проводятся интенсивные поиски методов сни-
жения токсичности катионных ПАВ, а также ведутся исследо-
вания по синтезу новых менее вредных соединений; таковыми
оказались хлоргидраты высших сложных эфиров аминокислот
[Лиманов В. Е. и др., 1984]. Одним из путей снижения токсич-
ности биологически активных веществ является модификация их
полимерами. В связи с этим модификации ПАВ природными и
синтетическими полимерами в последнее время уделяется боль-
шое внимание. При этом разрабатываются 2 направления [Па-
нарин Е. Ф., Афиногенов Г. Е., 1988; Pawidoff W., 1987]. Одно
связано с синтезом полимеров, содержащих в своей структуре
ковалентно связанные с основной цепью катионные ПАВ, а вто-
рое— с изучением взаимодействия полиэлектролитов с ионоген-
ными ПАВ и получением их полимерных комплексов. В этом
случае образуются обратимо диссоциирующие комплексы, со-
ставом и свойствами которых можно управлять в широком диа-
пазоне.
Полимерные ПАВ получаются двумя методами. Это синтез
соответствующих винильных аналогов и последующая их гомо-
ил и сополимеризация. Таким путем были получены мономерные
катионные ПАВ на основе аминоалкиловых эфиров метакрило-
вой кислоты, где винильная группа введена в молекулу ПАВ
через сложноэфирную группу.
140
с-о л
ОСН CH, N \К„ X
V ':"v ' Л.
V !io<i ' i-l"-.- (;Л
Сополимеризацией этих мономеров с винилпирролидоном
были получены водорастворимые полимеры [Соловский М. В.,
1974].
Другой метод заключается в алкилировании высшими га-
лоидными алкилами полимеров, содержащих аминогруппы. Та-
ким путем были получены полимеры, содержащие ковалентно
связанные с макромолекулой звенья N-алкилпиридиния хло-
рида и бромида [Kabanov V., 1986; Kavabata N., 1988] N-алкил-
акрилоиллупинина [Мирзахидов X. А., 1983].
СН3
С4и9
ВКН,-
Алкилированием сополимеров винилпирролидона с диметил-
аминоэтилметакрилатом высшими йодистыми алкилами [Пана-
рин Е. Ф. и др., 1977] получены водорастворимые полимеры,
содержащие в. боковой цепи ковалентно связанные молекулы
диметилалкилоксиэтиламМония. Осуществлен также синтез
привитых сополимеров целлюлозы, содержащих в боковых
цепях звенья катионных ПАВ [Колоколкина Н. В. и др.,
1985].
Исследование антимикробных свойств полимеров в сопостав-
лении с активностью их мономеров и низкомолекулярных ана-
логов показало значительное снижение активности ПАВ в поли-
мерной форме.
Ковалентное связывание катионного ПАВ с макромолекулой
приводит к значительному снижению антимикробной активно-
сти. Для полимеров характерен эффект выравнивания активно-
сти, т. е. активность практически не зависит от длины алкиль-
ного радикала у атома азота. Более того, прививка катионных
ПАВ на целлюлозу привела даже к полному исчезновению
у них антимикробных свойств. Наблюдаемое явление, по на-
шему мнению, обусловлено изменением подвижности ПАВ
в макромолекуле, связанным с конформационными изменениями
макромолекулы, когда гидрофобные алкильные заместители
введены в ее структуру. Вследствие гидрофобного взаимодей-
ствия ковалентно связанных с макромолекулой алкильных ра-
дикалов молекула принимает конформацию компактного
клубка так называемого полимыла, когда алкильные цепи за-
М1
МёСтителей локализованы во внутренней части клубка, а гидро-
фильные ионогенные группы находятся во внешней части
клубка. В такой форме макромолекула способна взаимодей-
ствовать с бактериальной клеткой только электростатически и
не способна проникать в мембрану в отличие от мономеров, ко-
торые достигают клеточной мембраны и дестабилизируют ее.
Максимальная активность наблюдается у мономеров с длиной
алкильной цепи С1бНзз. Таким образом, ковалентное связывание
катионного ПАВ с полимерами не обеспечивает получение ве-
ществ с высоким уровнем антимикробной активности,' для про-
явления которой необходимо увеличить подвижность молекул
ПАВ и обеспечить их переход от макромолекулы к клеточной
мембране. Это возможно лишь в случае, когда ПАВ образует
с макромолекулой обратимо диссоциирующий комплекс.
При смешении разбавленных водных растворов поликислот
и полиоснований с противоположно заряженными ПАВ наблю-
даются опалесценция раствора, изменение его pH и возможно
выпадение осадка. Эти изменения в свойствах раствора обус-
ловлены протеканием обменной реакции, приводящей к образо-
ванию комплексов полимер-ПАВ за счет электростатического
взаимодействия (схема).
СООН
СООН
- NHj
- NH2
2Н*-
Равновесие в этих реакциях сильно сдвинуто вправо, что
обусловлено кооперативным взаимодействием макромолекулы
с ионами ПАВ [Фельдштейн М. И., 1974]. Электростатическое
взаимодействие полимерных кислот с катионами ПАВ сопро-
вождается уменьшением плотности заряда вдоль полимерных
цепей и сильной их гидрофобизацией неполярными углеводород-
ными радикалами ПАВ, что приводит к существенным измене-
ниям конформации макромолекулы в растворе.
Макромолекула, имеющая в растворе форму рыхлого на-
бухшего клубка вследствие связывания ионов ПАВ и сильного
гидрофобного взаимодействия алкильных цепей между собой,
принимает форму более компактного клубка с расположением
гидрофобных фрагментов во внутренней части клубка. При свя-
зывании достаточно большого числа молекул ПАВ система на-
чинает опалесцировать и мутность ее сильно возрастает в связи
с сильной гидрофобизацией комплекса. Комплекс может вы-
пасть в осадок. При этом образуются комплексы коллоидной
дисперсности с радиусом частиц от 0,5 • 10~7 до 2,5 ИО-7 м.
Формирование таких частиц идет через стадию образования
внутримолекулярных мицелл.
142
Одйако при избытке ПАВ происходят СВёрхэквивалёйтНое
связывание ионов ПАВ в комплексе за счет гидрофобного свя-
зывания ПАВ, уменьшается мутность системы, и комплекс пере-
ходит снова в раствор. О конформационных превращениях
макромолекул при таком взаимодействии судят по изменению
вязкости растворов, изменению подвижности самой макромоле-
кулы с помощью специальных люминесцирующих зондов, при-
соединенных к ней. Поскольку указанные реакции сопровожда-
ются изменением pH и количество выделившейся при этом ще-
лочи или кислоты соответствует количеству солевых связей
между полимером и ПАВ, то исследование взаимодействия по-
лимер— ПАВ проводят методом потенциометрического титро-
вания, если в качестве полимеров используются слабые поли-
кислоты и полиоснования. По данным потенциометрического
титрования системы ПАВ — полиэлектролит можно определить
степень электростатического связывания 0, а также константу
связывания ПАВ-полимером.
Для изучения стабильности комплексов, состоящих из ПАВ
и сильных поликислот и полиоснований, разработан способ
оценки констант диссоциации комплексов на основе метода по-
ляризованной люминесценции [Паутов В. Д. и др., 1988]. В кон-
центрированных растворах взаимодействие исследуют калори-
метрическим методом, но этот метод не позволяет оценить ста-
бильность комплексов в условиях, близких к физиологическим,
когда применяются очень разбавленные растворы. Использова-
ние всех этих методов для изучения взаимодействия ПАВ с по-
лимерами, синтетическими и природными, позволило выяснить
основные факторы, влияющие на стабильность и свойства обра-
зующихся комплексов.
Количественная оценка стабильности образующихся ком-
плексов в зависимости от соотношения компонентов, их строе-
ния, наличия малых ионов в растворе необходима для управле-
ния свойствами образующихся комплексов, что чрезвычайно
важно знать для получения менее токсичных производных ПАВ
и при их практическом использовании. Кроме того, ПАВ ак-
тивно взаимодействуют с белками живого организма, изменяют
активность ферментных систем. Понимание особенностей их
взаимодействия с синтетическими полимерами, структуру кото-
рых можно широко варьировать, важно для объяснения неко-
торых эффектов ПАВ в отношении макроорганизма, которые
обусловлены их взаимодействием с белковыми макромолеку-
лами.
Для модификации катионных ПАВ наиболее целесообразно
использовать малотоксичные водорастворимые гомо- и сополи-
меры [Панарин Е. Ф., Афиногенов Г. Е., 1988]. Для этих целей
хорошо подходят сополимеры винилпирролидона с кротоновой,
акриловой, метакриловой и другими кислотами. Использование
сополимеров винилпирролидона обеспечивает, кроме того, полу-
чение водорастворимых комплексов, что важно при их Прак-
тическом применении. В связи с этим наиболее подробно иссле-
дованы особенности взаимодействия наиболее активных катион-
ных ПАВ-хлорида и бромида алкилдиметилбензиламмония
(аналоги роккала и катамина АБ), цетилпиридиния, а также
триметилцетиламмония.
Установлено, что степень стабильности комплексов возра-
стает с повышением степени заполнения полиэлектролитной
цепи, увеличением гидрофобности алкильной цепи ПАВ и блоч-
ности распределения функциональных групп по цепи. Образую-
щийся вследствие электростатического взаимодействия ком-
плекс стабилизируется сильным гидрофобным взаимодействием
алкильных цепей ПАВ, уже провзаимодействовавших с поли-
мерной цепью. Эти основные положения можно продемонстри-
ровать данными табл. 42, из которой отчетливо видно, что при
увеличении степени заполнения функциональных групп полимера
ионами ПАВ с 0,2 до 0,5 константа диссоциации комплексов для
додецилдиметилбензиламмония уменьшалась почти в 2 раза,
такая же картина наблюдалась при увеличении числа карбо-
ксильных групп в полимере. Наиболее сильное влияние на ста-
бильность комплекса полимер — ПАВ оказывает степень гидро-
фобности алкильного радикала ПАВ. В рассматриваемом при-
мере для сополимера винилпирролидона с кротоновой кислотой
81 : 19 константы диссоциации уменьшались в 5—9 раз при уве-
личении длины углеводородного радикала на одну метиленовую
группу (см. табл. 42).
Большое значение имеет ионная сила раствора, а также ко-
личество и характер распределения карбоксильных групп по
цепи макромолекулы, а следовательно, и связанных с ним мо-
лекул ПАВ. При блочном расположении групп в случае сопо-
лимера винилпирролидона с метакриловой кислотой стабиль-
ность комплексов возрастала почти в 2 раза по сравнению
с комплексами сополимера винилпирролидона с кротоновой
кислотой, где нет рядом стоящих карбоксильных групп. На ко-
оперативный характер связывания ионов катионных ПАВ поли-
электролитами указывает изменение внутримолекулярной по-
движности макромолекул в присутствии ПАВ (табл. 43).
М. К. Бейсебековым (1985) исследованы особенности взаи-
модействия хлорида и бромида цетилтриметиламмония с водо-
растворимыми сополимерами винилпирролидона с винилсуль-
фокисдотой (ВП-ВС), кротоновой (ВП-КК) и метакриловой
кислотами (ВП-МАК). Им были оценены константы электро^
статического связывания ПАВ полимерами в зависимости от
содержания карбоксильных групп, степени их ионизации (pH)
и характера распределения СООН-групп по цепи (табл. 44).
Связывание ПАВ полимером возрастает при повышении pH,
т. е. степени ионизации карбоксильных групп (увеличение чи-
сла зарядов на макромолекуле).
144
констчнт :;t"-- г.иоции комплекс-.! лим г-д !.-.ензилалкиламмоний
V :• '1 ПОЛИ“р. Л|н;уи - ЛИМО5..-,МИ никшшрролмдон» с кро-
тоновой и метчкрилжой кислотой [Паутов В.Д., 1988 ]
сн,
1+3
R- К ~ CH^Cl
СИз
СлрОПЦПь* ПОЛИЭЛАКТрОЛИТЭ Содер- жание иопоген- ных групп 3 полимере п R Кдасс* IQ4
Степень зэполнетш фужадоналымх групп
0,2 0,5
15 С12Н25 18 7,9
сн -сн—-1 -Г-сн—сн— 19 C12H2S 10 4,6
1 1 1 i 1 ( N CHI СООН за С12и251 6,1 | 3,5
LT ' п 50 С12Н25 16 6
J Ш 19 С10Н21 - 23
С,4Н29 0,7 0,5
СП , сн СН„-С!СНП)-]
1 ,N СООН < СТО 1 п > 5 С12И25 8,5 3,5
V - -! J
J tn
Таблица 43
СН3
I
Влияние структуры ПАВ R—N+—СН2С6Н5С1~
СНз
и сополимера на внутримолекулярную подвижность
макромолекул полимера-носителя
Полимер-иоситель xw, нс
Без ПАВ [ПАВ]/[СООН] = 1,5
R
СвН19 С13Н27
[ВП]87-[КК]13 27 22 73
[ВП]85,5— [МАК] 14,5 22 45 146
10—16
145
Таблица 44
Значение констант связывания цетилпиридиния бромида
сополимерами винилпирролидона с кротоновой и метакриловой кислотой
при соотношении [ПАВ]/ [полимер] = 1 : 1
[Бейсебеков М. К., 1985]
Сополимер ..-4 Мол. % СООН групп Константа связывания
рн
3.5 3,75 4,0 4,5
вп-кк 19 25,1 37,3 50,3
30 85,3 108,4 116,0
ВП-МАК 17 44,2 54,3 77,1 —
24 37,0 48,8 64,0 —
46 24,2 31,7 36,7 —
59 — — 11,3 39,4
Для сополимера с блочным распределением карбоксильных
групп (ВП-МАК) константа связывания цетилпиридиния бро-
мида понижалась с увеличением числа карбоксильных групп
в макромолекуле, тогда как для сополимера ВП-КК, где нет
рядом стоящих карбоксильных групп, степень связывания воз-
растала с увеличением числа карбоксильных групп в цепи до
30 мол. % [Бейсебеков М. К., 1983].
Повышение содержания карбоксильных групп от 30 до
50 мол. % приводит к снижению стабильности комплекса из-за
электростатического отталкивания с увеличением числа связан-
ных ионов ПАВ. Зависимость константы диссоциации комплекса
от состава сополимера носит экстремальный характер.
На связывание катионных ПАВ поликислотами большое
влияние оказывает также ионная сила раствора, при ее увели-
чении степень связывания существенно уменьшается (рис. 21).
Это связано с уменьшением плотности заряда на макромоле-
куле при увеличении ионной силы раствора.
В том случае, когда полиэлектролит является сильной поли-
кислотой, связывание ПАВ полимером проходит до более глу-
боких степеней превращения, что обусловлено высокой его иони-
зацией. Поскольку образующиеся комплексы полимер — ПАВ
являются обратимыми, причем стабильность комплекса может
варьировать, то, естественно, следовало ожидать и вариации их
антимикробных свойств, в зависимости от структуры комплекса
и полимера-носителя. Полученные комплексы, как и исходные
ПАВ, обладают высокой антимикробной активностью с широ-
ким спектром действия и в ряде случаев превосходят ПАВ.
Полимерные комплексы цетилпиридиния бромида (ЦПБ) и це-
тилтриметиламмония бромида (ЦТАБ) показали высокую ак-
146
Рис. 21. Изотермы электростатиче-
ского связывания цетилпиридиния
бромида сополимером винилпирроли-
дона с кротоновой кислотой в присут-
ствии ц = 0 (1); ц = 0,1 (2); р,—
= 1,0 (3).
I'TOjiHiia
Антимикоэбны3 гв V, ».пим‘’Г.'-’!;:: >' •мгл<>ке-,в ПАЕ
Полимер-нг житель МПК, мкг/мл
ПАВ cow.ww ПАВ/Иолимср S. аиг<?ия К. coli ДСС01Ш-- • E.coli И S.aureus
-СП -CU-- ? 1 SO3Na п ППВ о.; 0,5 1,0 2,0 4 1,25 1,25 1,25 32 20 40 40 16 40 20
ПРАВ 0.5 0,0 7?
сн., он - • 1 „ТО. / СТО) сп2-сн-- ЯО3Ыа 50 ЦГ1Е 0,5 1.0 4 2,5 1,25 80 20 40
50 :;тав 0,5 0,6 orz с. 9.5
<-Н., fill 6" '-сн—си - 1 1 соон 1 30 ТОГ ДМВАА?.' 0.1 0,5 1.0 4 2,5 0,5 64 160 20 16 10 10
If'.'AF 0,5 1,15 37,5 19
-сн-сн - -- 1 ах>н п ППЕ 0,1 0,5 1,0 3 5 2,5 54 80 160 4 IO
ТОав 0,5 0,6 3 /, ь с.:_
СИ, 1 J сн„-с- •• 1 соон п топ; 0,1 0,5 1.0 4 5 1.25 64 40 80 13
;;та? '?. г 1,15 75 ] ?
1Г.ЛИМ--?р:- ТО! ВТО Г .15 ТО"
10*
147
Рис. 22. Изотермы сорбции клетками
стафилококка цетилпиридиния хло-
рида (1) и его комплексов с поливи-
нилсульфатом (2) и сополимерами ви-
нилпирролидона с винилсульфатом,
содержащими 65 мол. % ВС (3) и
37,4 мол. % ВС (4); [комплекса] =
— 2,2 X 10~3 моль/л.
тивность также и против микробных ассоциаций, состоящих из
стафилококков и кишечных палочек. Это представляет значи-
тельный практический интерес, поскольку в клинической прак-
тике часто приходится иметь дело с ассоциациями различных
видов бактерий, а не с монокультурами. Как и в случае моно-
культур, при действии на ассоциации полиэлектролитные ком-
плексы определенного состава были более активны, чем ПАВ
в свободном состоянии. Наиболее активными были комплексы
ЦПБ и ЦТАБ с полиэлектролитами при соотношении компо-
нентов [ПАВ]/[ПЭ] = 0,6 (табл. 45).
Повышение активности ПАВ, связанного с полимером, обус-
ловлено созданием высоких локальных концентраций ПАВ на
клетке по сравнению со свободным ПАВ. В пользу этого пред-
положения говорят данные по адсорбции цетилпиридиния хло-
рида и его полимерных комплексов клетками стафилококка
[Бейсебеков М. К., 1985].
Как видно из рис. 22, в присутствии полиэлектролитов зна-
чительно возрастает связывание катионного ПАВ бактериаль-
ными клетками. При этом возможно образование полислоев ком-
плекса на поверхности бактериальной клетки, где концентрация
ПАВ очень велика. Ориентировочная оценка числа молекул
ПАВ, сорбированных клеткой, указывает, что в присутствии
полиэлектролита число сорбированных молекул ПАВ может
возрасти в 5—20 раз по сравнению со свободным ПАВ. Подобные
результаты получены Н. А. Заикиной и соавт. (1985), по связы-
ванию мертиолата клетками гриба в присутствии полиэлектро-
лита. Известно, что бактериальные клетки имеют общий отри-
цательный заряд, который уменьшается при взаимодействии
с катионным ПАВ вследствие нейтрализации отрицательно за-
ряженных групп клеточной стенки. М. К. Бейсебековым
(1985) было проведено исследование изменения электрокинети-
ке
Рис. 23. Изменение электрокинетиче-
ского потенциала стафилококка под
действием цетилпиридиния хлорида
(1) и его комплекса с сополимером
ВП-КК (30 мол. % КК) (2) и сополи-
мера ВП-КК (3).
ческого потенциала клеток золотистого стафилококка в присут-
ствии цетнлпиридиЕия хлорида и его полимерных комплексов.
При добавлении к бактериальным клеткам полимерных ком-
плексов катионного ПАВ также наблюдается снижение элек-
трокинетического потенциала, но оно происходит более резко,
что свидетельствует о кооперативности процесса взаимодей-
ствия комплексов с клетками в отличие от свободного ПАВ
(рис. 23).
Изменение электрофоретической подвижности стафилококка
наблюдается такжге и при взаимодействии с клетками поли-
мера-носителя. Однако при этом не происходит флокуляции
суспензии.
Таким образом, создание высоких локальных концентраций,
увеличение связывания ПАВ клетками в присутствии поли-
электролитов и способность переноса молекул ПАВ с полимера-
носителя на клетку обеспечивают не только сохранение, но
даже повышение антимикробной активности ПАВ в комплексе
с полиэлектролитами в отличие от ковалентного присоединения
ПАВ к макромолекуле. Существенным является также то, что
связывание катионных ПАВ в комплексы с полиэлектролитами
приводит к заметному снижению их токсичности. Значения ЛД50
для полимерных комплексов (табл. 46) в 1,5—7 раз выше ЛД5о
для свободных ПАВ. Токсичность зависит от состава комплекса,
полимера-носителя и снижается с уменьшением содержания
ПАВ в комплексе [Панарин Е. Ф., Афиногенов Г. Е., 1989]. На
основании этого эффекта нами создан антисептик «Катапол»—
полимерный компекс сополимера N-винилпирролидона с кро-
тоновой кислотой и диметилбензилалкиламмония. Токсичность
препарата была изучена на мелких и крупных животных
(табл. 47, 48).
При внутрибрюшинном и подкожном введении у крыс и кро-
ликов использовали 10—15 % растворы катапола.
Поведенческие реакции животных, которым внутрибрю-
шинно и подкожно вводили катапол в МПД, не отличались от
таковых у контрольных животных (без введения препарата).
149
Таблица 46
Показатели острой токсичности ПАВ и их полимерных комплексов
состава 1 : 1 при внутрибрюшинном введении белым мышам и крысам
Полимер-но- ситель Мол. % ионо- геггных групп ПАВ ЛДго мг/кг
Мыши Крысы
ВП-КК 6,7 13 30 30 ,, ДМБААХ ' ДМБААХ ЦПХ ЦТАБ 180±15 90±19 350±20 42,5±20 58,3±55
вп-вс 65 37 ЦПХ ДМБААХ ЦПХ ЦТАБ 22±8 25 70±3,75 100 85±9 25±3,1 33,1±1,9
Таблица 47
Сравнительные данные по токсичности катапола и катамина АБ
Показатели Катапол Катамин АБ
ЛД50 при внутрибрюшинном введении белым 90±19 22±8
мышам, мг/кг ЛДюо при внутрибрюшинном введении белым 125 85
мышам, мг/кг ЛД50 при подкожном введении белым мы- 196±7 47±1
шам, мг/кг ЛДюо при подкожном введении белым мы- 300 75
шам, мг/кг Порог кожно-раздражающего действия на 11 0,1
морских свинках, % Порог сенсибилизирующего действия на мор- 2,5 0,1
еких свинках, % Минимальная подавляющая концентрация в мкг/мл (экспозиция — 20 ч): стафилококк 6±1 6±1
кишечная палочка 75±14
синегнойная палочка 400±10 106± 18
протей 410±21 125±43
споровая палочка 68±14 32±12
кандида 5,6±1,0 2±0,4
Дозы, близкие к ЛД5о, вызывали незначительную возбуди-
мость животных, которая проходила в течение 10—30 мин, по-
сле чего поведение подопытных животных не отличалось от
поведения контрольных. Только введение максимально токсиче-
150
Таблица 48
Острая токсичность (мг/кг) катапола
Крыс! ,1 (30) Кролики (10)
Показатели токсичности Внутрибрю- шинно Подкожно Внутрибрю- шинно Под- кожно
мпд 250 1225 500 2000
ЛД50 350±20 1822±142 400 —
ЛДюо 500 2250 600 —
ских доз (близких к ЛДюо) сопровождалось нарастанием симп-
томов интоксикации (чередование возбудимости с адинамией,
одышка, боковое положение). Гибель животных от таких доз,
как правило, наблюдалась в течение 1-х суток, а при введении
доз, близких к ЛДзо, на протяжении 3—7 сут.
Полученные результаты макро- и микроскопического иссле-
дования кожи кроликов при длительном применении 1 % рас-
твора катапола, т. е. дозы, в 3 раза превышающей рекомендо-
ванную для клинического использования, показывают, что он
вызывает очаговые повреждения эпидермиса к 7-му дню наблю-
дения, которые быстро ликвидируются, и к 14-му дню отмеча-
ется полное его восстановление. К этому же сроку наблюдения
имеют место незначительные явления разрастания коллагеновой
ткани в дерме.
Введение 0,1 % раствора катапола в конъюнктиву глаза вы-
зывает реактивные изменения в виде незначительной пролифе-
рации клеточных элементов эпителия в первые 7 дней без явле-
ний воспаления, что доказывает его нетокспчность.
Кожно-раздражающее и сенсибилизирующее действие ката-
мина АБ известно [Еремеева Л. С., 1975; Березовская И. В. и
др., 1978]. Изучение кожно-раздражающего действия катапола
было проведено на 40 морских свинках. Животные подверга-
лись ежедневным аппликациям катапола в течение 15 дней.
При этом использовали постепенно снижающиеся концентрации
катапола: 11%, 7 %, 5 %, 2,5 %, 2 %, 1 %, 0,5 %. Установлено,
что катапол обладает раздражающим и сенсибилизирующим
свойствами. Порог раздражающего действия катапола соответ-
ствует 11 %, а сенсибилизирующего—2,5 %. Катапол в 11%
концентрации вызывал развитие гиперемии и инфильтрации
у всех животных после 3—4 аппликаций. Воспалительная реак-
ция сопровождалась умеренно выраженным шелушением. Раз-
витие воспалительной реакции на 3—4-й день явилось резуль-
татом раздражающего действия катапола на кожу. Аппликации
катапола в более низких концентрациях (7—2,5 %) вызывали
развитие реакции в более поздние сроки (12—14-й день).
О раздражающем действии свидетельствовало повышение
титра чувствительности к ПАВ у этих животных по сравнению
151
Таблица 49
Сроки возникновения (в днях) признаков воспаления кожи
в зависимости от концентрации препарата
Количество аппликаций препарата
ПАВ, %
Количество
животных
Гиперемия । Инфильтрация
i
0,5
1,0
2,0
2,5
5,0
7,0
11,0
12—14
12—14
7—10
3—4
12—14
12—14
7—10
3—4
с интактными (табл. 49). Для катапола 2,5% концентрация
является порогом сенсибилизирующего действия. В 2 % кон-
центрации препарат не вызывает развития сенсибилизации. Под
воздействием 2 % раствора катапола развития воспалительной
реакции при накожных аппликациях не наблюдалось.
Затем была изучена возможность использования катапола
в качестве моюще-дезинфицирующего средства личной гигиены,
для дезинфекции помещений и в качестве антибактериального
импрегнанта нательного белья. В эксперименте с испытателями
2 % водным раствором катапола пропитывали салфетки из
хлопчатобумажной ткани. Последние использовались испытате-
лями для мытья рук и в общем душе путем смачивания дози-
рованным количеством воды: для мытья рук — 300 мл, для об-
щего душа—10 л. Препарат обладает удовлетворительным
моющим свойством в отношении как кожи, так и волосистых
частей тела. Явлений раздражения кожи при непрерывном дли-
тельном применении (до 3 мес) препарата или сенсибилизации,
а также каких-либо признаков отрицательного воздействия на
организм не выявлено. Использование 0,1 % раствора катапола
в имитате морской воды в качестве моюще-дезинфицирующего
средства для 20 испытателей в течение 3 нед обеспечивало хо-
роший моющий эффект и надежную дезинфекцию кожи. При
этом не отмечалось отрицательного воздействия на кожу, сли-
зистые оболочки и организм человека в целом. Нательное белье,
импрегнированное 0,5 % раствором катапола, обеспечивало
снижение микробной обсемененности кожи, увеличивало бакте-
рицидные свойства кожи, не вызывая при этом раздражения
кожных покровов и неприятных ощущений.
В опытах in vivo сравнительное изучение антимикробной
активности катапола и катамина АБ проводили на модели ло-
кализованной внутрикожной стафилококковой (штамм 1582)
инфекции белых мышей. Препараты в соответствующих кон-
центрациях вводили в кожу спины животного сразу же после
152
Таблица 50
Влияние катамина АБ и катапола на развитие у белых мышей
гнойно-некротических поражений, вызванных стафилококком (штамм 1582)
Лечение Концент- рация препара- та, % активного вещества Коли- чество живот- ных Из них погиб- ло Всего жи- вых живот- ных Развитие гнойио- некротнческого процесса
в том числе по интенсивности
+ + + + + +
Контроль (без ле- чения) Катамин АБ — 36 4 32 23 7 2
0,03 30 30 0 10 16
Катапол 0,03 30 — 30 0 0 12
Продолжение табл. 50
Лечение Развитие инфильт- ратов Отсут- ствие пора- жения Сроки 33- ж явле- ния, сут Ин- деке пора- жения Обсемененность ста- филококком (коли- чество КОЕ/мл)
Лимфо- узлы п= 10 Селе- 3' ш;а и = 10
Контроль (без ле- чения) — — 15 33,7 36±7 20±5
Катамин АБ 3 1 8,0 8,2 16±4 8 ±2
Катапол 2 8 3,2 2,4 9±4 7±3
введения инфекта (0,1 мл — 2 млрд клеток). Индекс поражения
определяли по характеру и интенсивности гнойно-некротического
процесса, учитывали скорость заживления ран, обсемененность
стафилококком регионарных лимфоузлов и селезенки. У живот-
ных с локализованной стафилококковой инфекцией (табл. 50)
катапол по сравнению с катамином АБ в 3,4 раза эффективнее
снижал индекс поражения, в 2,5 раза уменьшал сроки заживле-
ния раны. Снижение интенсивности развития гнойно-некротиче-
ского процесса при использовании катапола подтверждает не
только его высокую специфическую активность, но и большую
безвредность по сравнению с катамином АБ.
Применение катапола приводило к уменьшению числа жи-
вотных, у которых отмечался рост стафилококка в лимфатиче-
ских узлах и селезенке по сравнению с действием катамина АБ
(см. табл. 48).
Затем в аналогичных условиях опыта сравнили терапевти-
ческую активность 0,1 % растворов катапола и ЦПХ. К 3-му
дню наблюдения площадь поражения у контрольных животных
(без лечения) была наибольшей, нарастала к 5-му и особенно
к 10-му дню наблюдения. В то же время соответствующие пока-
153
Таблица 51
Динамика развития и заживления дермонекроза у белых мышей
(п=10) при внутрикожном введении S. aureus (штамм 1582)
и Е. coli (штамм R-1)
Лечение Тест-ми проб Площадь поражения (мм5) по суткам наблюдения
3-и 5-е 10-е
Контроль (без ле- S. aureus 43±13 62±12 69±6,0
чения) Е. coli 52±9 70±11 56±8
ЦПХ, 0,1 % рас- S. aureus 22±3 39±6 7±2
твор Е. coli 21±6 38±7 28±5
Катапол, 0,1 % S. aureus 3±0,4 8±3 0
раствор E. coli 9±1 23±2 1 13±2
затели у животных, леченных антисептиками, были лучшими.
К 3-му и 5-му дню наблюдения площадь поражения у живот-
ных, леченных ЦПХ, была в 2 раза меньше, чем в контроле, и
значительно (в 7 раз по сравнению с контролем) снижалась
к 10-му дню. Наилучшие результаты отмечены у животных, ле-
ченных катаполом. В этом случае к 3-му дню наблюдения пло-
щадь поражения была в 4 раза меньше, чем в случае исполь-
зования ЦПХ. Эта тенденция сохранялась к 5-му дню наблю-
дения (разница в 4—5 раз). К 10-му дню явления дермонекроза
у всех животных, леченных катаполом, исчезли (табл. 51).
Тенденции в скорости заживления поражения,' отмеченные
выше при заражении стафилококком, сохранялись и в случае
применения Е. coli. По сравнению со стафилококковой инфек-
цией площади поражения были большими к 3—5-му дню на-
блюдения, а затем наблюдалось их уменьшение. При использо-
вании ЦПХ тенденция была такая же, однако площадь пора-
жения была в 2 раза меньше, чем в контроле. При лечении
катаполом скорость заживления в области поражения при всех
сроках наблюдения была выше в 2 раза по сравнению с лече-
нием ЦПХ и в 4 раза, чем в контроле.
Таким образом, использование катапола для лечения внутри-
кожной локализованной инфекции, вызванной грамположитель-
ными и грамотрицательными микроорганизмами, обеспечивает
в 2 раза большую скорость заживления по сравнению с этим
показателем при лечении ЦПХ — отечественным антисептиком,
широко применяемым в клинической практике.
К 3-му дню наблюдения показатели обсемененности дермо-
некроза были наивысшими у контрольной группы животных
(табл. 52). Введение ЦПХ снижало этот показатель на 2 по-
рядка, а катапола—на 3. Аналогичная тенденция отмечена и
154
в «
Таблица 52
О
X
о
о
* Et О II с о с? о о о о
г:
X
h О ф 0 X * 10 000 10 000 о о о ° 00 00 о о о
6 о о — сч оо о
X X сх п-1 +1+1 о 2 -н-н о о Н41 СЧ о
<0 ₽о ООО с© о
а. X со о о
о X О и 550 102 00 со 63
о
Q О. О
о
• Р о
щ s о о X о о сч
s IT* 5 м © со с» СО 00 со ь-
X щ 0) X 8 п—1 +1+1 +1+1 +1+1
582) и по; X X о о X X Под| BS о LQ о о о со ю Tf Г- 00 сч
Км о 00
Q X
о
5 * S «о св О 1 мл 5-е < О X о о о о о о 00 ООО ООО ОС
я х_ я СО О о о со о
Я »Х о ~ о О оо со ю
'**'/*. V о Э <л X X X п +н +1+1 +1+1
«о х S Ф а о о о о о о
-j X И ем X о о о о о о
св X СП О о о о о о о со сч о со
св X 3 Я. ъ сП Ш СЧ СО СЧ со о ю сч сч со
СЛ >>£ X § S о о
X “ X ° о
X X 9 <= о
© 2« X g X о 0 £ о О [| СО CN +т +1+1 +1+1
х е.Й Ф tf с 9 ° со о Ю LO
а х о Й V X X X По сч сч со сч
а х 5 Ч т}«
О X сг>
8 мА X -ч
Q О о
° е( X оо о о о
7-\ X СО О X о о о о о о О о о о
Нт со оо 00 9 о о
о X X о 7 -н-н о о со о -Н+1
а е о о о 9 о о
ie о о ег* О сч о
х 2 ч « X* СП оо 00 '.к Ю СО • Tf
5 Э со о СП со
л о л
X .
о К х* ? v>
Гест- ро< сч сч ’ч СЧ
о"~ О-
ф к Л S во
X Ч Ж o' к- Ь
X О <1> о О
о 5" ф Оц tr ь V X S 03 Л о \о цпх, аствор KaTaw ,1 % ра
сх О
aureus; 2 — Е. coli.
155
при изучении обсемененности тканей под некрозом. К 5-му дню
наблюдения при использовании ЦПХ обсемененность некроти-
ческого участка возрастала до уровня контроля, в то время как
при использовании катапола оставалась на уровне 3-го дня на-
блюдения. Соответствующая тенденция имела место при изуче-
нии обсемененности тканей под некрозом. К 10-му дню наблю-
дения при использовании ППХ обсемененность дермонекроза
уменьшалась на 3 порядка, а при использовании катапола —
на 5. В тканях под некрозом ни в одном случае микробов не
обнаружено.
К 3-му дню наблюдения обсемененность Е. coli некротиче-
ского участка была наивысшей у контрольных животных, не-
сколько ниже (в 5 раз) при использовании ЦПХ и наименьшей
(на 2 порядка ниже)—при использовании катапола. К этому
срок}7 применение ЦПХ не влияло на обсемененность области
под некрозом, в то время как при использовании катапола
этот показатель снижался в 15 раз по сравнению с контролем.
К 5-му дню наблюдения вышеназванные показатели во всех
группах достигали уровня контроля, а к 10-м суткам обсеменен-
ность области дермонекроза стабилизировалась по сравнению
с предыдущим сроком наблюдения. В то же время под некроти-
чески измененной тканью микробы отсутствовали.
Таким образом, сравнительное изучение ЦПХ и катапола
выявило существенные преимущества последнего по влиянию
на обсемененность дермонекротичесиого очага, вызванного ста-
филококком и кишечной палочкой (особенно в течение первых
3 дней после введения препаратов).
На модели подкожного гнойно-воспалительного очага
у крыс при инфицировании их полирезистентным штаммом ста-
филококка (штамм 1582) изучали бактерицидное действие пре-
паратов и их способность усиливать действие антибиотиков (на
примере ампициллина).
В очаг вводили по 0,5 мл концентрированной в 5 раз суточ-
ной бульонной культуры стаЛилококка штамм 1582, после чего
туда же инъецировали ампициллин (1 мл— 1000 мкг/мл) или
ПАВ (1 мл), или их смесь. Введение ампициллина повторяли
через 6 п. Такая схема лечения воспалительного очага была
ежедневной в течение трех дней. Забор экссудата производили
однократно ежедневно перед очередным введением препаратов;
после этого экссудат титровали в физиологическом растворе,
рассевалн на чашки с желточно-солевым агаром (табл. 53).
Таким образом, обсемененность стафилококком очага у крыс
в течение всего срока наблюдения (до 3 дней) была в 10 раз
чиже при лечении катаполом, чем при лечении катамнном АБ.
^олее высокий лечебный эффект катапола по сравнению с ката-
мином АБ отмечен и при использовании его в комбинации
с ампициллином (табл. 54).
По-видимому, более высокий лечебный эффект катапола по
156
Таблица 53
Антимикробное действие катапола и катамина АБ у крыс
в отношении полирезистентного штамма стафилококка
в гнойно-воспалительном очаге
Препарат (концентрация в пересчете на 100 % ПАВ) Обсемененность — количество клеток в 0,1 мл экссудата (М±т) через, ч
24 48 72
Контроль без лечения Катамин АБ, 0,01 % раствор Катапол, 0,01 % рас- твор (2,4±0,5) X Ю6 (2,1 ±0,3) ХЮ5 (2,7±0,5) ХЮ1 (6,3±0,6)ХЮ5 (4,6± 1,5) XI О4 (1,5±0,3)ХЮ3 (2,1 ±0,4) XI 0s (2,0±0,5)ХЮ3 (6,0±1,7)ХЮ2
Таблица 54
Антимикробное действие катапола и катамина АБ
в комбинации с ампициллином в отношении полирезистентного штамма
стафилококка у крыс в гнойно-воспалительном очаге
Препарат Обсем( 24 гиенность (М±т) 1 48 срез, ч 72
Контроль Катамин АБ, 0,01 % раствор Катапол, 0,01 % рас- твор (2,4±0,4) X Юс (3,3±1,0)ХЮ4 (7,1 ±0,9) ХЮ1 (2,4±0,5)Х106 (4,6± 1,3) X103 (4,5±0,8) X Ю2 (6,0± 1,5) ХЮ4 (7,4±1,7)ХЮ2 14±2
ЯИЮ
сравнению с действием катамина АБ связан и с детоксицирую-
щими свойствами полимера-носителя [Киселев П. И., 1971],
а также ингибированием катамином АБ основных ферментов
«агрессии» стафилококка — гиалуронидазы [Блинов И. П., Эль
Соккари А., 1969] и плазмокоагулазы [Ананьева Е. П., Афиноге-
нов Г. Е., 1977].
На модели микробно-загрязненной раны у белых мышей,
максимально приближенной к условиям клиники, проведено
сравнительное изучение активности катапола и широко приме-
няемых антисептиков: фурацилина и хлоргексидина биглюко-
ната.
При клинической оценке ран отмечено, что их заживление
в контрольной группе (без лечения) и при использовании фура-
цилина проходило под гнойно-фибринозным струпом, который
формировался в течение 1-х суток и держался до 10 сут.
К 14-му дню раны у животных обеих групп эпителизировались.
При использовании хлоргексидина гнойно-фибринозный
струп формировался к 3-м суткам, отмечались геморрагические
явления в санах к 10-му дню.
157
При использовании 0,5 % и 1 % растворов катапола обра-
щало на себя внимание ингибирование экссудативной фазы
воспаления, раны оставались сухими, чистыми в течение 24—
48 ч, заживление шло под сухим серозным, затем серозно-фиб-
ринозным струпом. Эпителизация ран в группе с хлоргексиди-
ном и 0,5 % раствором катапола наступила к 21-му дню,
в группе с 1 % раствором — к 14-му дню.
В табл. 55 представлены данные о сроках заживления ран.
При анализе микробной обсемененности ран выявлены неко-
торые особенности в зависимости от примененного антисептика
(табл. 56).
Так, в I фазе течения раневого процесса наиболее эффек-
тивными оказались хлоргексидин, 0,5 % i и 1% растворы ката-
пола. Отмечалось резкое возрастание уровня обсемененности
ран в группе с фурацилином и в контрольной на 7-е сутки,
а в группе с хлоргексидином — на 5-е сутки. В группе с 1 %
раствором катапола увеличение количества микроорганизмов
в ране медленно возрастало к 7-му дню. Наиболее стабильное
снижение обсемененности ран имело место при использовании
0,5 % раствора катапола. К 14-му дню раны во всех исследуе-
мых группах санировались.
При гистологическом исследовании в контрольной группе
через 24—72 ч определялись глубокий 'некроз и выраженный
отек всей дермы с толстым слоем детрита, а также распростра-
нение воспалительного процесса по подкожной клетчатке за
пределы макроскопической раны. К 7-м суткам сохранялись тол-
стый слой дефита и большое количество микроорганизмов на
его поверхноста. Начиналась пролиферация клеток.
В группе животных, леченных фурацилином, через 48 ч к яв-
лениям некроза присоединялись очаговые флебиты, имело место
раздражение клеточных структур на большом протяжении от
раны. Лейкоцитарная инфильтрация поверхностных слоев
дермы сохранялась до 10 сут. К 3—5-м суткам появлялась про-
лиферация фибробластов, на 14-е сутки четко выражена эпи-
телизация ран.
В группе животных, леченных хлоргексидином, через 48 ч,
наряду с некрозом дермы, также определялись очаговые фле-
биты. Имелось значительное число микроорганизмов в ране (но
меньше по сравнению с контролем). К 5-м суткам отмечались
явления пролиферации, полное заживление ран имело место
к 21-му дню.
В группе животных, леченных 0,5 % раствором катапола,
следует отметить, что толщина воспалительного инфильтрата
в сроки 48—72 ч была меньше по сравнению с другими сериями
животных в эти же сроки. Отмечалось значительное полнокро-
вие капилляров. С 3-х суток лейкоцитарная инфильтрация
уменьшалась, появлялись фибробласты, с 5-го дня — краевая
эпителизация, полное заживление ран отмечено к 21-му дню.
158
Таблица 55
Влияние антисептиков на динамику заживления ран
Антисептик Площадь ран, мм2 (М±т) по срокам
начальная ! 10 сут 14 сут 21 сут
Физиологический 121,9±9,1 44±5,0 Эпителиза-
раствор (контроль) ция
Фурацилин 1 :5000 126,6±6,1 5,0±1,4 > —-
Хлоргексидин 162,9±6,3 22,0±5,1 3,3±0,7 Эпители-
1 : 400 зация
Катапол, 0,5 % 1 15,7±6.2 30,6±10,9 6.0±1,1 »
раствор
Физиологический 73,2±1,8 18,6±4,1 Эпители-
раствор (контроль) Катапол, 1 % рас- 73,5±4,0 5,7±2,6 зация »
твор
Таблица 56
Обсемененность ран белых мышей в зависимости от вида антисептика
Обсемененность, кл/см2
Антисептик До лечения | 24 ч 48 ч 72 ч
Физиологический 3,0- 10' 1,2-105 5,1-104 4,0-104
раствор (контроль) ,
Фурацилин б,о-ю4 5,0-105 2,3-102 5,4-103
Хлоргексидин 4,2-10^ 9,6-102 1,8-102 2,8-103
Катапол, 0,5 % 4,8-104 0,9-102 5,6-109 2,1-103
Катапол, 1 % рас- 2,5-105 4,9-103 2,5-102 3,3-Ю4
"вер
Продолжение табл. 56
Обсемененность, кл/см2
Антисептик
5 сут 7 сут 10 сут 14 сут
Физиологический 1,9-103 3,3- ю5 3,5-103 0
раствор (контроль)
Фурацилин 8,6-103 5,0 - 10s 5-Ю2 0
Хлоргексидин 5,0-105 7,5-102 0,3-102 0
Катапол, 0,5 % 0,7-102 9-Ю2 3,6-103 0
раствор
Катапол, 1 % рас- 3,0-103 5,3-104 1,6-103 0
вор
При лечении 1 % раствором катапола в 1-е сутки отмечали
незначительную толщину лейкоцитарного вала на границе
с некротическими тканями (что указывает на отсутствие экссу-
159
Таблица 57
Обсемененность ран при отсроченном (через 24 ч)
применении 1 % раствора катапола
Антисептик До лечения 24 ч 48 ч 72 ч
Физиологический раствор (контроль) Катапол, 1 % рас- твор 1,1 > 10s 1,0- 10е 5-Ю6 1,4-103 4,8-104 1,2-103 1,7-106 2,0-105
дации). В поверхностных слоях зоны некроза определялись
диффузно расположенные грамположительные кокки в незначи-
тельном количестве. Через 48 ч появлялись экссудативные яв-
ления в виде нарастания лейкоцитарной инфильтрации и вы-
пота фибрина. Через 72 ч появлялся выстилающий рост эпи-
телия, имела место значительная пролиферация фибробластов
и гистиоцитов. Эпителизация ран наступала к 10—14-му дню.
Таким образом, клинические и гистологические данные дают
основание полагать, что 0,5 % и 1 % растворы катапола сни-
жают интенсивность экссудативной фазы раневого процесса, не
увеличивая при этом его длительности и не угнетая процессов
репарации. Более того, 1 % раствор катапола ускоряет сроки
эпителизации раны по сравнению с хлоргексидином и 0,5 %
раствором катапола. При отсроченной хирургической обработке
ран были выявлены следующие закономерности.
После инфицирования кожно-мышечной раны на рану на-
кладывали повязку с 1 % раствором катапола спустя 24 ч, ко-
торую меняли ежедневно.
Клинически раны заживали под сухим серозным струпом
без признаков усиления воспалительного процесса. Показатели
обсемененности ран представлены в табл. 57.
При отсроченном воздействии 1 % раствора на инфицирован-
ную рану (через 24 ч после инфицирования) отмечено отчетли-
вое снижение обсемененности ран в течение 2 сут от начала
лечения, что подтверждает целесообразность применения пре-
парата в подобных случаях.
Гистологически в этой серии дно раны было покрыто более
тонкой пленкой детрита, чем в контроле, а также имеет место
менее выраженная экссудация. Выявлена четкая эпителизация
раны (с одного края) через 72 ч. Таким образом, полученные
данные соответствуют результатам II серии опытов (1 % рас-
твором катапола). Известно, что репаративные процессы в ране
могут быть усилены при использовании различных покрытий из
природных полимеров (коллагена, полисахаридов), в частности
альгинатов.
В IV серии опытов (50 мышей) для лечения инфицирован-
160
Таблица 58
Обсемененность ран при использовании полимерной композиции
Полимерная композиция Фон 24 ч 48 ч 72 ч 5 сут 7 сут
Физиологиче- ский раствор (контроль) 6-Ю3 2,5-10» 7,1-10я 1,3-104 1,3-104 2-10я
Альгинат без антисептика 7,6-104 5,5-10я 3,0-10 1,7-104 8,3-103 1,7-106
Альгинат, 5 % раствор с катаполом 7,4-102 1,2-10 0 102 1,5-10® 5-102
ных ран применяли полимерную композицию на основе натрия
альгината, как в чистом виде, так и модифицированного анти-
септиком (катаполом). При этом перед наложением альгинат-
ной композиции рану орошали 0,2 мл 0,5 % раствора, катапола.
У 5 животных такое орошение не производилось; повязки в по-
следующем менялись ежедневно без предварительного ороше-
ния ран антисептиками. Животные выводились из опыта через
24 ч, 48 ч, 72 ч, на 5-е и 7-е сутки.
Клинически в контрольной группе заживление шло под гной-
ным струпом, аналогично другим сериям контроля. В группе
с использованием чистого альгината без антисептиков раны
оставались под серозной корочкой в течение 1—5 сут, затем по-
крывались гнойно-фибринозным налетом. В группе с 5 % рас-
твором альгината с катаполом раны заживали без явлений
острого гнойного воспаления, оставались сухими: й чистыми
в течение 1—7 сут, Следует отметить, что макроскопически еле*-
дов альгина.та на ранах обнаружить не удавалось,, при снятии
повязок (при их смене) не отмечалось кровотечения из ран.
Данные обсемененности ран в зависимости от сроков и вида
полимерной композиции представлены в табл. 58.
Наибольшая антимикробная активность отмечена при приме-
нении 5 % раствора альгината с катаполом, который подавлял
развитие микроорганизмов в ране вплоть до 7 сут со дня инфи-
цирования (при условии ежедневной смены повязок).
Гистологически в группе с чистым альгинатом в отличие от
контрольной группы наблюдали образование более тонкой
пленки детрита в сроки 24—48 ч, но к 3-м суткам имелась' тен-
денция к распространению воспалительного процесса за пре-
делы раны по подкожной клетчатке. У части животных к 7-му
дню раны полностью эпителизировались, у других же эпители-
зация была неполной и в центре раны выявлялись воспалитель-
ные изменения. Альгинат на поверхности раны определялся
лишь через 24 ч и в последующие сроки не обнаруживался.
В группе, у которой применяли 5 % раствор альгината с ка-
11-16
таполом, в сроки 24—48 ч выявлена незначительная лейкоци-
тарная реакция на границе с зоной некроза верхних слоев
раны, в эти же сроки в ране определяли фрагменты альгинат-
ной повязки в виде островков или узкой полоски. К 3-м суткам
отмечено нарастание лейкоцитарной реакции с образованием
лейкоцитарного вала. К 7-м суткам имела место выраженная
эпителизация ран. Следует отметить, что у некоторых живот-
ных к 7-м суткам имело место распространение лейкоцитарной
инфильтрации по подкожной клетчатке за пределы раны, од-
нако распространенность этой инфильтрации по сравнению
с группой, леченной только альгинатом, носила более ограни-
ченный характер.
Полимерные производные анионных ПАВ. В последние годы
анионные ПАВ начинают приобретать все большее значение
в медицинской практике в связи с высокой бактерицидной ак-
тивностью, способностью взаимодействовать с биологическими
мембранами и белками, вызывая денатурацию последних [Att-
wood D., Florence А„ 1983]. Анионные ПАВ влияют на морфоло-
гические и культуральные признаки микроорганизмов; изме-
няют их вирулентность и течение биологических процессов.
В связи с этим анионные ПАВ используются не только как
моюще-дезинфицирующие средства в составе косметических
средств и шампуней, но и входят в состав разрешенных к меди-
цинскому применению препаратов в качестве проводников ле-
карственных средств в ткани организма, одновременно активи-
руя их действие и улучшая специфические свойства. Они при-
меняются как эмульгаторы и компоненты диспергированных и
эмульгированных медикаментов, как носители лекарственных
средств. В нашей стране для медицинского применения разре-
шен и выпускается промышленностью препарат йодонат, пред-
ставляющий собой комплекс йода с сульфонатом (волгонатом).
Препарат содержит 4,5—5 % йода и вследствие сочетания двух
антисептиков обладает очень высокой бактерицидной активно-
стью и является полностью биоразлагаемым препаратом.
Йодонат предназначен для обеззараживания операционного
поля.
Бактерицидное действие анионных ПАВ прежде всего свя-
зано с их влиянием на структуру и функционирование клеточ-
ных мембран и локализованных в них белков. Так, под дей-
ствием додецилсульфата натрия изменяется транспортная
функция биологических мембран. В низких концентрациях
(10-6—10-9 г/мл) ДДС повышает устойчивость эритроцитар-
ных мембран, а в концентрациях 1 • 10~4—6-Ю-5 г/мл пони-
жает их устойчивость к литическому действию олеиновой кис-
лоты [Ганиткевич Я. В., 1978]. Анионные ПАВ влияют также на
физиологические процессы макроорганизма. Под действием
ДДС повышается проницаемость стенок мочевого пузыря для
воды, ускоряются процессы всасывания в желудочно-кишечном
162
тракте аминокислот, углеводов [Можаев А. Е. и др., 1978], одно-
временно с этим наблюдается и более быстрое выведение мета-
болитов из организма. Стимуляция этих процессов наблюдается
при относительно невысоких однократно введенных дозах (5—
50 мг/кг). Более высокие дозы и концентрации ПАВ 0,1 — 1 %
ведут к разрушению мембран и снижению скорости всасывания.
Обнаружено, что ДДС влияет также на процессы гуморальной
регуляции функции эндокринных желез. Он стимулирует секре-
торную деятельность поджелудочной железы и глюкокортикоид-
ную функцию надпочечников. Пролонгируется гипогликемиче-
ское действие инсулина. Эффект анионных ПАВ, видимо, свя-
зан с инсулинообразующей функцией поджелудочной железы и
повышением чувствительности к инсулину, которая, в свою оче-
редь, зависит от проницаемости клеточных мембран для глю-
козы [Хролинская Р. Е„ 1975]. Наличие широкого спектра био-
логической активности у анионных ПАВ, в частности алкил-
сульфатов, свидетельствует об активном . включении этого
класса веществ в процессы, происходящие как на уровне
клетки, так и на уровне макроорганизма в целом. Хотя анион-
ные ПАВ менее токсичны, чем катионные ПАВ из группы со-
лей четвертичного аммония, первичных, вторичных и третичных
алкиламинов и их окисей [Быков Л. А., Браттин В. В., 1975],
тем не менее анионные ПАВ при местном применении вызы-
вают у животных местный контактный дерматит, деструктивные
изменения придатков кожи, коллагеновых и эластических воло-
кон и др. Все это затрудняет использование анионных ПАВ
в качестве антимикробных средств для лечения инфицирован-
ных ран. В литературе описаны лишь единичные случаи приме-
нения анионных ПАВ в хирургии для профилактики и лечения
раневой инфекции [Атясов Н. И., Куприянов В. А., 1972].
В связи с этим проблема снижения токсичности анионных ПАВ
с целью расширения областей их использования в медицине и
применения для химиотерапевтических целей столь же акту-
альна,, как и для катионных ПАВ. Поэтому задача модифика-
ции ПАВ полимерами привлекает внимание большого числа
исследователей.
Для модификации анионных ПАВ также используются
2 пути: первый — это ковалентное включение молекулы ПАВ
в макромолекулу; второй — получение комплексов полимер —
ПАВ. При этом преследуются не только задачи создания менее
токсичных соединений, но ставится более общая''задача иссле-
дования особенностей взаимодействия дифильных ионов, како-
выми являются большинство лекарственных веществ, с макро-
молекулами белков, поскольку это взаимодействие лежит
в основе многих жизненно важных процессов. Поэтому ком-
плексы синтетический полимер — ионогенное ПАВ1 представ-
ляют собой интересные и полезные модельные системы, в’ Кото-
рых можно в широком диапазоне варьировать свойствами и
11* JG3
структурой взаимодействующих компонентов. Включение
анионных ПАВ в структуру макромолекулы посредством кова-
лентных связей представляет собой более сложную задачу, чем
в случае катионных ПАВ. Для введения в структуру макромо-
лекулы были взяты высшие ненасыщенные кислоты олеиновая
и. ундецилленовая, последняя обладает выраженной антимик-
робной активностью. Эти кислоты содержат ненасыщенные
двойные связи, и путем их радиационной сополимеризации
с винилпирролидоном были получены водорастворимые поли-
меры, содержащие до 20 мол. % звеньев этих кислот. Структура
полученных полимеров была подтверждена методом ЯМР-
спектроскопии на ядрах !3С и Н [Ушакова В. Н., 1988].
-сн------сн—
I I
(сн„;„ (сн,)-
। Z ( । Z !
СН3 соон
—сн„-сн— '
2 I
(сн„)п
। Z о
со<ж
•*п
Полимеры давали устойчивые растворы в щелочной среде
при pH 8—9, когда наблюдалось максимальное развертывание
полимерных клубков. Однако полиэлектролитное набухание
было небольшим вследствие компактизации полимерного клубка
из-за сильного взаимодействия гидрофобных алкильных ради-
калов. Оценка антимикробных свойств полученных полимеров
показала, что слабую антимикробную активность против ста-
филококка проявляет лишь сополимер, содержащий звенья ун-
децилленовой кислоты. При этом она была существенно ниже,
чем ундецилленовой кислоты. Таким образом, ковалентное
включение анионных ПАВ в полимерную цепь приводит
К сильному снижению антимикробной активности, однако сопо-
лимеры оказались нетоксичными и представляющими интерес
как полимеры-носители, обеспечивающие гидрофобное связыва-
ние лекарственных веществ.
В связи с этим наиболее обещающим является второй путь,
заключающийся в связывании анионных ПАВ в комплексы
с водорастворимыми катионными полиэлектролитами. Процесс
комплексообразования синтетических катионных полиэлектроли-
тоа и катионных полипептидов с анионными поверхностно-актив-
ными веществами исследован многими авторами [Фельд-
штейн М. М., Зезин А. Б., 1974; Зезин А. Б., 1976; Бекту-
ров Е. А., Легкунец Р. Е., 1983; Бектуров Е. А. и др., 1986;
Паутов В. Д.» 1988].
Результаты исследования показали наличие кооперативного
электростатического связывания отрицательно заряженных
ионов ПАВ с положительно заряженной макромолекулой. Вве-
дение в раствор катионного полиэлектролита — полиэтилен-
имина- додецилсульфата натрия — уменьшает т-потенциал си-
стемы имин — додецилсульфат (ПЭИ — ДДС) и указывает, что
164
реакция электростатического взаимодействия полиэтиленимина
с ДДС приводит к конформационному переходу макромолекул
от развернутой конформации к компактной. Сильная компакти-
зация наблюдается также при взаимодействии катионных по-
лиэлектролнтов с солями высших жирных кислот — олеиновой,
лауриновой, стеариновой,— отличающимися длиной гидрофоб-
ного углеводородного радикала [Александровская С. А., 1984] и
степенью диссоциации в водном растворе. В качестве катион-
ного подиэлектролита авторы использовали бромид поли-М-бу-
тил-2-метил-5-винилпиридиния.
“CH2-Ctt-
6. -
“С4Н.ЧПг
J п
В результате взаимодействия этого полимера с калиевыми
солями, жирных кислот образуется малодиссоциированным
трудно растворимый комплекс. С ростом длины углеводород-
ного радикала карбоновой кислоты увеличивается количество
ее молекул, связанных с ионогенными звеньями полимера,
а избыточное содержание в комплексе не связанных с полимер-
ной цепью ионов кислоты обусловлено гидрофобным взаимодей-
ствием углеводородных радикалов. Образующиеся комплексы
высших жирных кислот с катионными полиэлектролитами не
растворяются в воде.
Методом потенциометрического титрования исследовано
взаимодействие алкилсульфонатов натрия (С12—С)8) с синте-
тическим полиэлектролитом полидиметиламиноэтилметакрила-
том и полипептидами, полилизином и полиорнитином и также
показано, что с увеличением длины углеводородного радикала
ПАВ характеристические константы связывания ионов ПАВ
с полиэлектролитами возрастают [Фельдштейн М. М., 1974,
1975]. В этом случае изменение конформации макромолекулы
полиэлектролита также приводит к компактизации полимерного
клубка вплоть до образования нерастворимых комплексов.
Для получения водорастворимых полимерных комплексов
при любом соотношении полимер — ПАВ нами были использо-
ваны сополимеры винилпирролидона с виниламином, диэтил-
аминоэтил метакрилатом и йодэтилатом диэтиламиноэтилмета-
крилата [Соловский М. В. и др., 1980]. Следует отметить, что
интерес к катионным полиэлектр^литам на основе сополимеров
винилпирролидона обусловлен, во-первых, тем, что эти поли-
меры при содержании в них ионогенных групп до 20—25 мол.%
являются малотоксичными веществами, в отличие от полили-
зина, полиэтиленимина и полиэлектролитов на основе четвер-
тичных аммониевых солей поливинилпиридина. Во-вторых, по-
165
лучаемые на их основе комплексы обладают хорошей раствори-
мостью в воде в широком диапазоне pH и соотношений поли-
мер— ПАВ. В данном случае ионы ПАВ в растворе взаимодей-
ствуют только со звеньями цепи, несущими положительный за-
рядки выпадения в осадок образующегося при этом комплекса
не происходит благодаря наличию в структуре полимера гид-
ратированных гидрофильных звеньев винилпирролидона, не
участвующих в комплексообразовании. Исследовано взаимодей-
ствие сополимеров винилпирролидона с йодалкилатами N.N-ди-
метил (диэтил) аминоэтилметакрилата (ДМАЭМ) с додецил-
сульфокислстой потенциометрическим, кондуктометрическим и
спектротурбидиметрическим методами [Мусабеков К. Б., Спи-
цина Н. И., 1984], и была оценена степень электростатического
связывания (0) ионов ДДС с полиэлектролитной цепью. Уста-
новлено, что при увеличении содержания в сополимере от 6,6
до 72 мол.% звеньев (ДМАЭМ • С2Н5ОН), несущих заряжен-
ную четвертичную аммониевую группу,-степень связывания (0)
возрастает от 50 % до 80 %. Образующийся комплекс поли-
мер — ПАВ остается в водном растворе. При этом отмечено, что
увеличение длины одного из алкильных радикалов при четвер-
тичном атоме азота при равном содержании ионизирующегося
сополимера приводит к уменьшению степени электростатическо-
го связывания.
Полимерные комплексы ДДС, растворимые в воде во всей
области изменения pH, были получены при взаимодействии
ДДС с синтетическими полимерными амфолитами — статистиче-
скими сополимерами 1,2,5-триметил-4-винилэтининилпиперидола
и акриловой кислоты и регулярного сополимера стирола с N,N-
диметиламинопропиламидом малеиновой кислоты
В этом случае связывание ионов ПАВ осуществляется
в основном за счет электростатических взаимодействий, ком-
пактная структура поликомплекса стабилизируется гидрофоб-
ными взаимодействиями длинных алкидных радикалов ПАВ
и удерживается в растворе за счет не участвующих в комплек-
сообразовании противоположно заряженных звеньев поли-
амфолита [Бектуров Е. А., 1984]. Более полная инфор-
мация о процессе формирования комплексов анионных
ПАВ из ряда алкилсульфатов и алкилбензолсульфонатов
с катионными полиэлектролитами — сополимерами винилпир-
166
ролидона — была получена при исследовании процесса взаимо-
' действия полимер — ПАВ методом поляризованной люми-
несценции [Ануфриева Е. В., Панарин Е. Ф., 1977]. Для
использования этого метода к сополимерам винилпирролидона
4 с виниламином (9:1) предварительно была присоединена дан-
зильная (диметиламинонафталинсульфамидная) метка. Для по-
вышения гидрофобности сополимера в него были введены ал-
кильные радикалы С4Н9, C8Hi7, С12Н25, С14Н29, С1бН33 путем ал-
килирования по аминогруппам. В качестве ПАВ были исполь-
зованы алкилсульфаты (AC) ROSO3Na, где R = C8Hi7; СюН21
и С14Н29 и CisH3i; С1бН33. Для установления конформационных
превращений молекул полимера под действием алкилсульфа-
< тов исследовали внутримолекулярную подвижность полимера,
которая чувствительна к различным типам конформационных
превращений макромолекул [Anufrieva Е., Gotlib J. J., 1977].
( Исследовано изменение внутримолекулярной подвижности со-
полимеров при взаимодействии их с алкилсульфатами в водных
растворах при различных соотношениях реагирующих компонен-
тов. Для всех исследованных сополимеров установлено умень-
шение внутримолекулярной подвижности (рост значений времен
релаксации tw заторможенности движения полимерной цепи)
при введении в раствор алкилсульфатов. Внутримолекулярная
подвижность полимера уменьшалась как с увеличением длины
алкильного заместителя (R) у адома азота аминогруппы сопо-
лимера, так и при увеличении длины углеводородного радикала
алкилсульфата. При взаимодействии полимер — ПАВ внутримо-
! лекулярная подвижность макромолекул резко уменьшалась с
увеличением соотношения [nAB]’/[NHR] от 0 до 1 (рис. 24),
4 что свидетельствует об усилении их воздействия на макромоле-
кулы. Это связано не только с посадкой ионов алкилсульфата
на полимер, но и с гидрофобным взаимодействием алкильных
е радикалов ионов ПАВ после их посадки на макромолекулу.
При этом установлено, что для каждого алкилсульфата в за-
висимости от длины его гидрофобного алкильного радикала
имеется оптимальное соотношение [ПАВ]/[ионогенная группа],
при котором достигается максимальная заторможенность мак-
ромолекулы. Для тетрадецилсульфата это значение составляет
0,6, а для додецилсульфата оно равно 2. Наличие максимума
на кривых tw — [nAB]/[NH2R] указывает на существенное изме-
нение межмолекулярных взаимодействий в растворах поли-
мер— ПАВ, что не было обнаружено при исследовании дру-
гими методами. Отсюда следует, что в водном растворе в за-
висимости от соотношения [ПАВ]Дполимер1 реализуется 2 вида
комплексов (рис. 25). Первый комплекс (I) представляет со-
бой структуру, в которой ионы алкилсульфата электростатиче-
ски связаны с исногенными группами полимера, а гидрофобное
взаимодействие их алкильных радикалов между собой обеспе-
чивает их стабилизацию. Этот комплекс образуется при экви-
167
рис. 24. Зависимость значе-
ний времени релаксации
(tw) для сополимера вииил-
пирролидоиа с виниламииом
(BNH2) состава ' 90 : 10
в водном растворе от соот-
ношения .{ПАЭДДДМНз] для
различных алкилсульфатов
ROSO3Na.
Рис. 25. Схема строения
комплексов подиэлрктро-
лит — ПАВ в зависимо-
сти от соотношения [по-
лимер}/[ПАВ]. Объясне-
ние в тексте.
молекулярном соотношении ионогенных групп на полимере и
ионов ПАВ. Комплекс другого строения (II) образуется при
избытке алкилсульфата в растворе и представляет собой ми-
целлу, образованную ионами алкилсульфата, которая электро-
статически взаимодействует с заряженными группами поли-
мера. Превращение комплекса I типа в комплекс II типа можно
рассматривать как мицеллообраэование ПАВ на полимере, и
оно происходит тем эффективнее, чем больше длина алкильного
Рис. 26. Схема строения
< комплексов полиэлектро-
лит — ПАВ зависимости
от структуры полимера.
Объяснение в тексте.
<
t
радикала алкилсульфата, выше концентрация ПАВ и ионная
сила раствора.
Для исследования структуры комплексов и механизма их
формирования была исследована подвижность алкильных ради-
калов ПАВ при взаимодействии их с сополимерами винилпир-
ролидона, и было установлено, что для сополимера с винил-
амином, содержащим первичную аминогруппу, осуществляется
парная посадка ионов ,ПАВ (рис. 26,1), а для сополимера
с N-винилалкиламином и ДМАЭМ (т. е. имеющим алкильный
заместитель у атома азота)—одиночная (рис. 26,11).
Таким образом, введение заместителей в аминогруппу изме-
няет тип комплекса и механизм его формирования. Исследовано
взаимодействие алкилсульфатов с сополимером винилпирроли-
дона с аллиламином, который отличается от сополимера с ви-
ниламином распределением аминогруппы по цепи макромоле-
кулы. В этом сополимере исключена вероятность блочного рас-
положения аминогрупп, что приводит к заметному снижению
стабильности комплекса с ДДС. Проведен сопоставительный
анализ по влиянию характера заместителей у атома азота на
взаимодействие с адкилсульфатами для сополимеров винилпир-
ролидона с диметил- и диэтиламиноэтилметакрилатами и их
четвертичными аммониевыми солями, имеющими различные
заместители у атома азота [Паутов В. Д. и др., 1987]. При этом
установлено, что при наличии заместителей —С2Н5, —СН3
у атома азота затрудняется (вследствие стерических препятст-
вий) взаимодействие иона ПАВ с ионогенной группой на цепи
макромолекулу. Это приводит к снижению стабильности ком-
плекса. Лишь введение длинных алкильных заместителей
(С14Н2э) приводит к некоторой стабилизации образующегося
комплекса и то лишь в том случае, если 2 других заместителя
являются метильными радикалами. Определение констант дис-
социации образующихся комплексов показало существенную
роль не только распределения ионогенных групп по цепи мак-
ромолекулы и дестабилизирующую роль заместителей у атома
азота аминогруппы, но и существенное влияние длины алкиль-
ного радикала алкилсульфата. В ряду децил-, додецил- и тетра-
децилсульфатов при увеличении числа СН2-групп в ПАВ от 10
до 14 константа диссоциации комплекса уменьшалась почти на
2 порядка. Стабильность комплексов возрастает также по мере
увеличения степени заполнения (числа связанных с макромоле-
кулой ионов ПАВ) макромолекулы ионами ПАВ (табл. 59).
169
Таблица 59
Значения констант диссоциации комплексов алкилсульфатов Roso3Na
с катионными сополимерами винилпирролидона й воде
Полимер
Кт.„.,х1О моль/л
ЛИС-.
6>
0,2 ~
*•<’11, .“СП— . Ст 91 —СП. -СИ— ' 1 NH 9 С1ОН21 С12Н25 С14Н29 ИЗ 1,7 0,3 1,0 0,06
СИ., СН - 1 Ж 92 снг, сн 2 1 -Ц NH,, /. 8 С12Н25 33 -
сн.,* си - - z 1 Сг] 87 -сн2 с сн;1 (WCH, — 13 С12Н25 7,4 3,8
С"2 ™ (У 87 сн„ с сн, 2 1 ссхк:п. 11 + _ ,СЛ1 N1 СН 1 С1 . Л ,1 л С12Н25 II 5,5
СН., CoCH.J
И I 3 ,
(XXK:».><:h.1N((:„H, l.,Cl
Л 21 /. 5 /.
С14Н29
Наибольшей стабильностью обладают комплексы сополи-
мера винилпирролидона с виниламином, а комплексы сополи-
меров с аминоакрилатами и аллиламином менее стабильны.
Более того, введение в аминогруппу дополнительных замести-
телей (—СН3; —С2Н5) или высших алкилов (С14Н29) затруд-
няет взаимодействие алкилсульфата с полимером вследствие
стерических затруднений, создаваемых объемными заместите-
лями. Таким образом, меняя структуру полимера носителя,
а также степень заполнения, можно в широком диапазоне уп-
равлять стабильностью комплексов, а следовательно, и их
170
Таблица 60
Антимикробная активность и острая токсичность
полимерных комплексов ДДС и сульфонола (ДБС) и ТДС
Полимер-иоситель ПАВ Анисе'104 МОЛЬ/Л при 0=0,5 ЛДМ мг/кг МПК, мкг/мл; S. aureus, штамм
комплекса ПАВ в ком- плексе 666 132 1582
ТДС 0,06 25 25 25
[ВП]90—[BNH2] ю ДДС 1,0 1125 400 175 350 350
ДБС — 850 300 45 25 20
[ВП]90- ТДС 5,3 925 300 175 175 175
[ДЭАЭМЬо ДБС 1 •—. 700 250 45 45 45
[ВП]80- ДДС 26 855 260 700 350 700.
[ДЭАЭМ-С2Н81]2о ДБС — 45 45 100
ДДС 190 100 160 160
Контроль ДБС — — 175 50 25 25
ТДС 10 12,5 50
биологической активностью. Определение антимикробной ак-
тивности [Соловский М. В., 1980] полимерных комплексов
анионных ПАВ (додецилсульфата и додецилбензолсульфо-
ната — сульфонола) показало, что они активны только в отно-
шении стафилококков (табл. 60). Связывание анионного
ПАВ в комплексы привело к снижению острой токсичности
ПАВ в 1,5—2 раза, причем степень снижения токсичности
(ПАВ в комплексе) коррелировала со стабильностью ком-
плексов. Наименьшей токсичностью обладали наиболее ста-
бильные комплексы сополимеров винилпирролидона с винил-
амином. С повышением константы диссоциации полимерного
комплекса ДДС токсичность возрастает. Снижение ток-
сичности связано, вероятно, с уменьшением скорости всасыва-
ния ПАВ в комплексе по сравнению со скоростью всасывания
свободного ПАВ, а также с его постепенной диссоциацией и
конкуренцией за связывание ПАВ между полимером-носителем,
белковыми молекулами и мембранами клеток.
Следует отметить, что комплексы ДДС на основе полнвннил-
пирролидона (в которых отсутствует электростатическое связы-
вание с макромолекулой), полученные в тех же условиях, что
и комплексы с полиэлектролитами, имели в 2 раза более вы-
сокую токсичность (ЛД50 430 мг/кг), чем полиэлектролитные
комплексы сополимера ВП—BNH2. Таким образом, связывание
171
Таблица 61 Обсемененность стафилококком (штамм 1582) гнойно-воспалительного очага у крыс после лечения ПАВ, ампициллином (А) и их комбинациями (А±ПАВ) Обсемененность (М±т) количество клеток/0,1 мл экссудата через, ч СМ < о X +1 © © ПАВ ! А + ПАВ сч — о о XX -н-н СО €4 io со
к , я ж 3* си т и из О X о +1 ci ю О О XX S'So —"o' -н-н о о сч сч
00 < Ь X © +1 яр 2 X tp © -+I СО © СО < Е + * гО1Х (I‘O=FZ‘I) e0IX(l‘0=F8f)
к я X 1» 3* 1» л О» из ой Е IO U5 О О XX 00 GO do -н-н ю to сч еч 'W'SW'
1 к я X 3* V ел & X © +! СМ «0 © ©” +1 со < С + < со < Е (4,1 ±1,2) ХЮ5 (2,6±0,5)ХЮ5 (3,6±0,6)ХЮ5 (9,1±1,2)ХЮ3
Препарат (концентрация а пересчете на 100 % ПАВ) ТДС, 0,1 % раствор Полимерный комплекс ТДС, 0,1 % раствор
анионных ПАВ в комплексы с
катионными полиэлектролита-
ми позволяет сохранить их ан-
тимикробную активность на
достаточно высоком уровне, но
существенно снизить токсич-
ность, что позволяет расши-
рить область терапевтического
использования анионных ПАВ.
В опытах in vivo полимер-
ный комплекс на основе сопо-
лимера N-винилпирролидона с
виниламином и тетрадецил-
сульфата проявлял активность
на уровне низкомолекулярного
аналога, в 2 раза снижая ин-
декс поражения при локализо-
ванной внутрикожной стафило-
кокковой инфекции у белых
мышей. Еще больший бакте-
рицидный эффект этот поли-
мерный комплекс проявлял в
условиях гнойно-воспалитель-
ного очага у крыс, как само-
стоятельно, так и в сочетании
с ампициллином (табл. 61).
В сочетании с ампициллином
его бактерицидная активность
была выше в 10 раз по срав-
нению с ТДС.
Взаимодействие ПАВ с
компонентами микробной клет-
ки. Использование полимер-
ных комплексов ПАВ в каче-
стве лекарственных средств
указывает на необходимость
переноса молекул ПАВ с по-
лимера-носителя на мишень
(белок или клеточную мембра-
ну). Следовательно, предпола-
гается существование конку-
рентного взаимодействия меж-
ду полимером-носителем и
биологической мишенью за свя-
зывание молекул ПАВ. Преж-
де чем рассмотреть вопрос о
конкурентном взаимодействии
макромолекул различного
172
строения за связывание ПАВ, коротко остановимся на особен-
ностях взаимодействия ПАВ с белками и биологическими мем-
бранами, которые являются основными мишенями в клетке.
Взаимодействие ПАВ с мембранами. Биологические мем-
браны чрезвычайно сложные системы, включающие белки, ли-
пиды, полисахариды, ионы металлов, воду и т. п. ПАВ, связы-
ваясь с биологическими мембранами, взаимодействуют со всеми
основными компонентами, входящими в нее,— фосфолипидами,
белками и др. Поэтому для понимания механизма действия
ПАВ на мембраны исследуют взаимодействие ПАВ с основ-
ными компонентами, входящими в мембрану, а также с мо-
дельными системами. Липидные бислои и липосомы представ-
ляют собой модели мембран и часто используются при изучении
механизмов взаимодействия ПАВ с мембранами.
Когда ПАВ добавляется к суспензии фосфолипидных липо-
сом, молекулы ПАВ частично связываются с бислоем, а ча-
стично остаются в свободном состоянии в растворе. При даль-
нейшем увеличении концентрации ПАВ бислойная система ста-
новится насыщенной ПАВ и дополнительное количество ПАВ
вызцвает образование смешанных мицелл. При промежуточном
соотношении ПАВ/липид бислои насыщаются молекулами
ПАВ, а мицеллы, в Свою очерень, насыщаются фосфолипидами.
При дальнейшем увеличении концентрации ПАВ в растворе
происходит фазовый переход, при котором все фосфолипиды
переходят в смешанные мицеллы. Смешанные мицеллы сильно
различаются по размерам и структуре в зависимости от при-
роды ПАВ и соотношения ПАВ/липид.
Суммируя все сказанное, можно представить следующие ста-
дии взаимодействия ПАВ с мембранами; 1:) связывание' ПАВ и
включение его в бислойную систему вызывает изменение ее фи-
зических свойств, например, проницаемости; 2) насыщение би-
слойной системы ПАВ и образование смешанных мицелл
ПАВ — фосфолипид, вызывающих фазовые переходы в системе;
3) после завершения фазового перехода увеличивается содер-
жание ПАВ в смешанной мицелле и размеры их уменьшаются,
наконец, происходит солюбилизация фосфолипидов, когда со-
отношение ПАВ/липид в мембране достигает величины 1,8
[Helenius A., Simons К., 1975]. При взаимодействии с клеточной
мембраной дифильные ионы ПАВ вызывают различные струк-
турные перестройки [Конев С. В., 1977], связываясь как с фос-
фолипидами, так и с белками, локализованными в мембране,
влияя на их ферментную активность.
Структурные перестройки в мембране под действием ПАВ
иногда приводят к ее стабилизации, предупреждая осмотиче-
ский, механический и кислотный' лизис. Так, ДДС защищает
эритроциты от осмотического шока при концентрации' 1-.ПУ~4-—
6-10—5 моль/л [Ганиткевич Я. В., 1978; Helenius A., Simons К.,
1975], но при более высоких концентрациях ДДС вызывает ли-
173
зир, Стабилизация мембраны под действием дифильных ионов
сопровождается расширением ее площади, причем в зависимо-
сти от заряда дифильного иона наблюдается растяжение или
внешнего, или внутреннего слоя бислойной мембраны, в резуль-
тате чего клетки изменяют свою форму [Sheetz М., Singer S.,
1974]. Относительно высокие концентрации ПАВ (приблизи-
тельно в 2 раза более низкие, чем требуемые для полного ли-
зиса) вызывают заметное увеличение проницаемости для воды,
ионов и других низкомолекулярных компонентов. Эти концен-
трации называются прелитическими. Когда же из клетки начи-
нают выходить макромолекулы, наступает лизис. Лизис под
действием ПАВ хорошо изучен, главным образом, для эритро-
цитов, так как процесс может быть легко количественно иссле-
дован путем определения выхода гемоглобина из клеток [Hut-
chinson Е., 1968]. Литический процесс включает стадии адсорб-
ции ПАВ и проникновения его в мембрану, где молекулы ПАВ
вызывают структурные изменения в организации мембраны.
Это ведет далее к изменению проницаемости и, наконец, к вы-
делению гемоглобина после разрушения ориентации липидов
в бислоях и образования смешанных мицелл ПАВ — липид.
Литический эффект анионных ПАВ из ряда алкилсульфатов
определяется гидрофобностью их алкильных радикалов и воз-
растает с увеличением длины алкильного радикала. Так, лизис
75 % эритроцитов наблюдался при концентрации децилсуль-
фата 2-10~3 моль/л, ДДС—16,5 •10-4 моль/л и тетрадецил-
сульфата— 5 ИО"5 моль/л [Hutchinson Е., 1968]. Литическое
действие катионных ПАВ проявляется при значительно более
низких концентрациях.
Взаимодействие ПАВ с белками. Как и в случае синтетиче-
ских полимеров, взаимодействие ПАВ — белок осуществляется
в соответствии с термодинамическим законом равновесия. Свя-
зывание молекул ПАВ с растворимыми белками осуществля-
ется по дискретным местам связывания и определяется свобод-
ной концентрацией ПАВ в равновесии с белком. На этот про-
цесс влияют температура, pH, ионная сила раствора и некото-
рые другие факторы. При низких концентрациях белка и ПАВ
показано [Steinhardt J., 1959], что они связываются в мономер-
ной форме, а не в форме мицелл. Следует отметить, что анион-
ные ПАВ, в частности ДДС, связываются в большем количестве
и с большим сродством, чем катионные и неионные ПАВ.
Когда концентрация ПАВ возрастает выше той, которая тре-
буется для насыщения, ионы ПАВ начинают связываться дру-
гими участками белковой молекулы. При этом связывание ДДС
носит кооперативный характер и при избыточном связывании
ДДС образуются частицы, размеры которых приблизительно
пропорциональны молекулярной массе белка. Это связывание со-
провождается конформационными изменениями белковой моле-
кулы [Grourke М., Gibbs Н., 1967], приводящими к денатурации
17,4
белка. Однако не все белки денатурируются додецилсульфатол*
при комнатной температуре. Например, пепсин и папаин коопе'
ративно не связывают додецилсульф ат, даже если его концен-
трация близка или выше критической концентрации мицелло-
образования (ККМ) [Nelson С., 1971]. Большинство мембранно-
связанных белков денатурируются под действием додецилсуль-
фата натрия. Цитохром С денатурируется ДДС и связывает
максимально 1,4 г ДДС на 1 г белка [Reynolds J., 1970]. Неко-
торые белки связывают еще большее количество ДДС. Это яв-
ляется основой для использования гелевого электрофореза
в ДДС натрия для определения молекулярной массы белков и
полипептидов.
Следует отметить, что некоторые бактериальные ферменты
отличаются устойчивостью к действию ДДС натрия, например
фосфолипаза А1 из мембраны Е. coli [Sandella С., Kornberg А.,
1971], в то время как стафилококковая пенициллиназа активно
угнетается действием ионогенных ПАВ [Блинов Н. П.,
Строев С. С., 1968]. ДДС натрия ингибирует также стафилокок-
ковую транспептидазу [Mirelman D., Sharon N., 1972], которая
локализована на цитоплазматической мембране и осуществляет
сшивку пептидогликановых цепей в процессе синтеза клеточной
стенки.
В клиническом аспекте большое значение имеет пеницилли-
наза, инактивирующая р-лактамные антибиотики. В связи
с этим достаточно детально исследовано ее взаимодействие
с алкилсульфатами [Афиногенов Г. Е., Панарин Е. Ф., 1976].
Поскольку пенициллиназа является катионным белком и содер-
жит 43 лизиновых и 4 аргининовых аминокислотных остатка из
257 аминокислот [Ambler R., 1975], то, подобно катионным поли-
,электролитам, она активно связывается с анионными ПАВ. Ока-
залось [Панарин Е. Ф., Афиногенов Г. Е., 1978], что алкилсуль-
фаты и алкилбензолсульфонаты являются конкурентными инги-
биторами этого фермента. При этом степень ингибирования
пенициллиназы алкилсульфатами определяется длиной алкиль-
ного радикала (см. гл. 2). Так, при концентрации 100 мкг/мл
октил- и децилсульфаты не влияют на активность пеницилли-
назы в течение 1 ч, тогда как тетрадецил- и гексадецилсульфаты
вызывают ингибирование фермента за 10 мин.
Ингибирующие свойства алкиларилсульфонатов также оп-
ределяются длиной алкильного радикала. Так, толуолсульфо-
кислота образует нестабильный комплекс с пенициллиназой и
ее ингибирующие свойства проявляются лишь в концентрации
более 1 %. Увеличение длины алкильного радикала до Сю—
Сю в случае алкилбензолсульфонатов приводит к повышению
способности ингибировать пенициллиназу. Самым активным ин-
гибитором из этого ряда оказался додецилбензолсульфонат, Ki
для которого равна 1,06* 10~4 моль/л. Высокую ингибирующую
способность проявляет сульфонол, представляющий собой смесь
175
алкилбензолсульфонатов С длиной алкильной цепи бт Сз ДО
Си (более 54 % в этой смеси составляют производные
с Сц—Cis радикалами), который’ вызывает полное ингибирова-
ние пенициллиназы концентрации до 0,01 %. Менее чувствитель-
ной к сульфоиолу и его Полимерному комплексу была стафило-
кокковая плазмокоагулаза, активность которой в отличие от
пенициллиназы подавлялась 2—6 % растворами.
Следует подчеркнуть, что при концентрациях, значительно
превышающих значение Ki, ингибирование пенициллиназы ал-
килсульфатами перестает быть конкурентным. В этих; условиях
механизм ингибирования усложняется, анионное ПАВ начинает
связываться не только с активным центром фермента, но и
с другими участками молекулы фермента, что приводит к суще-
ственному изменению его конформации и денатурации.
Как уже было отмечено Выше, применение полимерных ком-
плексов ПАВ, в которых молекулы ПАВ связаны с молекулой
полимера-носителя в обратимо диссоциирующий комплекс, пред-
полагает возникновение конкуренции за связывание ионов
ПАВ между молекулами белков и молекулами полимера-носи-
теля. Если учесть сложность многокомпонентного белкового со-
става1 биологических жидкостей, то представляется чрезвычайно
сложным предсказать и определить оптимальный полимер-яоси-
тель. В связи с этим целесообразно исследовать основные зако-
номерности этого взаимодействия, определяемые структурой
конкурирующих полимеров, па модельных системах, используя
для этого синтетические полимеры регулируемого строения,
а также природные, структура которых хорошо изучена. При
изучении конкуренции разных макромолекул за связывание
алкилсульфатов нами были исследованы 2 системы конкури-
рующих полимеров. Одна система состояла из синтетических
полимеров-носителей различного строения — сополимеров ви-
нилпиррблидона и фермента пенициллиназы [Панарин Е. Ф.,
Афиногенов Г. Е., 1977], другая—-из двух синтетических поли-
меров [Ануфриева Е. В., Панарин Е. Ф., 1979].
Поскольку стабильность образующихся комплексов опреде-
ляется гидрофобным взаимодействием, можно полагать, что по-
лимеры, имеющие в своей структуре гидрофобные заместители,
будут интенсивнее связывать алкилсульфаты- и в большей сте-
пени снижать их ингибирующее действие на пенициллиназу по
сравнению с полимерами, где таких заместителей нет. Сопо-
ставление ингибирующих свойств полимерных комплексов ДДС
и тетрадеци л сульфатов показало, что ингибирующие свойства
сохраняются у комплексов сополимера винилпирролидона с ви-
ниламином, аминоакрилатами. Найденные при этом значения
Ki 4,9 • 10“-4 и 1,1 • 10-4 моль/л были соответственно для ком-
плекса ДДС и ТДС близки к значениям Ki самих алкилсульфа-
тов. При использовании в качестве полимеров-носителей, содер-
жащих алкильные заместители R,
176
у
С-0
I >/?.ПЬ
CH?i;H2NiR X
<:2ПЬ
10
где К = СН2СбН5; С12Н25; С^Нзз, ингибирование отсутствовало
или было слабым. Более того, эти полиэлектролиты оказались
даже способными активизировать ингибированную додецил-
сульфатом натрия пенициллиназу. Введение в раствор ингиби-
рованной пенициллиназы эквимолекулярного по отношению
к ДДС количества полиэлектролита приводило к восстановле-
нию активности фермента до 75—85 % от исходной. Это под-
тверждает наличие конкуренции за связывание ДДС между
ферментом и полимером-носителем. Сопоставление активирую-
щей способности полимеров показало, что она находится в пря-
мой зависимости от степени гидрофобности заместителя у атома
азота аминогруппы. Полимеры, имеющие в качестве заместите-
лей бензильный, лаурильный и гексадецильный радикалы, вы-
зывали быструю и максимальную активацию фермента, тогда
как полимер, имеющий незамещенную NH2-rpynny, не активи-
ровал фермент даже при 6-кратном избытке (рис. 27).
При этом оказалось, что полимеры с гидрофобными замести-
телями начинают активировать фермент только после дости-
жения определенного соотношения [ДДС]/[1МНК]; максимальное
восстановление активности наблюдается в узком диапазоне со-
отношений [ДДС]/[ПНК] 1,5. ..1,3, что указывает на кооператив-
ный переход ионов ДДС от фермента к полимеру. Следова-
тельно, можно создать полимеры-носители, которые способны
также кооперативно отдавать ионы ПАВ на фермент, т. е. уси-
ливать ингибирующие свойства алкилсульфатов.
Результаты, полученные в ходе изучения особенностей инги-
бирования пенициллиназы полимерными комплексами ДДС на
основе полимеров-носителей различного строения, были под-
тверждены в многокомпонентной системе при оценке чувстви-
тельности пенициллиназопродуцирующих штаммов стафило-
кокка к системе пенициллин — алкилсульфат (табл. 62).
Сопоставили 2 полиэлектролита ВП-ВМН2 с незамещенной
аминогруппой и ВП-ВМНС12Н25 с лаурильным радикалом
у атома азота. Молярное соотношение компонентов в исследо-
ванной системе было 1: 1. Оказалось, что полиэлектролит
ВП-ВМН2, который не активировал пенициллиназу, ингибиро-
ванную ДДС, не влияет на чувствительность пенициллиназопро-
дуцирующих штаммов стафилококка к системе пенициллин —
алкилсульфат. Полиэлектролит ВП — BNHC12H25, напротив, об-
разуя стабильный комплекс с алкилсульфатом, способствовал
восстановлению устойчивости стафилококков до уровня исход-
12—16 177
Рис. 27. Активация пенициллиназы
сополимерами винилпирролидона ВП-
BNHR после ингибирования додецил-
сульфатом (Е) = 20 ЕД/мл; (ДДС) =
= 1,4 X 1С-2 моль/л; [ДДС]/[МНК] =
= 1:1; А — активность пеницилли-
назы.
Таблица 62
Влияние полиэлектролитов иа чувствительность
пеиициллииазопродуцирующих штаммов.
S. aureus к системе пенициллин — ТДС
Полиэлектролиты Антибиотик МПК. мкг/мл, для тест-культур S. aureus, штамм
132 179 2171 1235 1582 8325Р
ВП—bnh2 Бензилпеницил- 5.0 10,0 20.0 10,0 2,5 10
ЛИН Ампициллин 6,2 6,2 3 1 12,5 3,1 50
ВП —BNHC12 Н25 Бензилпеницил- 1000 125 1000 1000 250 1000
ЛИИ Ампициллин 500 125 1000 500 250 500
Без полиэлек- Бензилпеницил- 3,1 12,5 6,2 3,1 12,5 ;.О
тролита ЛИН Ампициллин 2,5 3,1 5,0 0,4 12,5
ной. Таким образом, показана сложность процессов, происходя-
щих при ингибировании пенициллиназы полимерными комплек-
сами алкилсульфатов. Исследованные полимеры-носители по
характеру конкуренции с пенициллиназой за связывание алкил-
сульфата можно разделить на 2 группы. Первую группу состав-
ляют полимеры-носители, стабильность комплексов которых
с алкилсульфатами сопоставима или ниже стабильности ком-
плексов пенициллиназы с алкилсульфатами. Это гидрофильные
178
Рис. 28. Зависимость количества
ионов ДДС, взаимодействующих с со-
полимером ВП-ВМНг, от соотношения
конкурирующих сополимеров [ВП-
BNH2]/[Bn = BNHR] и от строения
заместителя у атома азота.
1 — R = Н; 2 — R = С8Н17; 3 — R = СН2С6Н6:
4 — R = С16Н33; 5 — R = Ci2H25.
полимеры, не имеющие больших гидрофобных заместителей
в цепи. Они осуществляют перенос алкилсульфата на фермент
и могут быть использованы как полимеры-носители. Другую
группу, составляют полимеры, имеющие гидрофобные фраг-
менты, которые образуют более стабильные комплексы с алкил-
сульфатами, чем пенициллиназа, и они не могут быть использо-
ваны для ингибирования пенициллиназы, но, возможно, они
представляют интерес для переноса алкилсульфатбв на другие
более гидрофобные, чем пенициллиназа, белки. Подобные зави-
симости были получены и при исследовании второй системы,
где использованы синтетические конкурирующие полимеры
ВП-BNHR, где R = C8Hi7, СН2С6Н5, С12Н25, СюНгь В этом слу-
чае для исследования конкурентного взаимодействия алкилсуль-
фатов с полимерами использовали метод поляризованной лю-
минесценции. В качестве полимера-носителя был взят сополи-
мер ВП-ВИНг (винилпирролидон — виниламин), содержащий
в боковой цепи ковалентно присоединенную люминесцирующую
данзильную метку. Это позволило легко выделить этот полимер
среди других компонентов в многокомпонентной полимерной си-
стеме и разделить все полимеры-конкуренты на 2 группы по
характеру конкурентного взаимодействия. В первой группе ока-
зались полимеры, конкурирующие за взаимодействие с ионами
алкилсульфата при малых количествах вводимого в раствор
полимера-конкурента. Для этих полимеров (рис. 28) характерно
плавное увеличение части ионов ДДС, связанных с ними, по
мере повышения концентрации полимера-носителя в растворе
(кривые 1, 2, 5). В эту группу входят сополимеры ВП-BNHR
с заместителями, характеризующимися относительно невысокой
гидрофобностью (—СвН17; —СНгСбНй). Ко второй группе отно-
12* 179
сятся полимеры, действие которых проявляется только после
достижения ими определенного содержания в растворе, близ-
кого к содержанию полимера-носителя [BNHR]/[BNH2]^ 1, при
этом доля ионов ДДС, связанных с ними, изменяется коопера-
тивно в узком интервале соотношения конкурирующих полиме-
ров [BNHR]/[BNH2]~ 1. Эти полимеры содержат в своей струк-
туре гидрофобные высшие алкильные заместители.
Антимикробные свойства полимерных комплексов ПАВ бу-
дут в значительной степени зависеть от способности переносить
ПАВ на биологическую мишень — бактериальную клетку. Для
проверки этого предложения были поставлены специальные
эксперименты [Solovsky М., 1982], в которых можно было бы
зафиксировать процесс переноса ДДС с полимера-носителя на
бактериальные клетки. С этой целью в раствор полимерного
комплекса ДДС вводили различное количество клеток Е. coii и
тестировали изменение внутримолекулярной подвижности поли-
мера в комплексе по величине деполяризации люминесценции
(1/Р). Установлено, что при увеличении микробной нагрузки
раствора с 1,4- 107 до 1,6 • 108 внутримолекулярная подвижность
полимера увеличилась (1/Р возросло с 10,5 до 11,9); это свиде-
тельствовало о переходе молекул ПАВ от полимера-носителя на
бактериальные клетки. Переход молекул ПАВ с полимера-но-
сителя на бактериальные клетки подтверждается и наличием
у комплексов высокой антимикробной активности (см. выше).
Следует подчеркнуть, что активность комплексов анионных
ПАВ, как и в случае катионных ПАВ, зависела от соотноше-
ния компонентов и возрастала с увеличением доли ПАВ
в комплексе, т. е. при снижении стабильности комплекса.
Активность достигала максимального значения при соотноше-
нии (AC)/(BNH2) =2,24-3,6 для тетрадецилсульфата и додецил-
бензолсульфоната. Этот эффект повышения активности обус-
ловлен, вероятно, повышением локальной концентрации ПАВ
в комплексе и кооперативным переносом молекул ПАВ с поли-
мера-носителя на бактериальную мембрану.
Таким образом, в зависимости от строения полимера-носи-
теля и полимера-конкурента или биологической мишени, на ко-
торую осуществляется перенос молекул ПАВ, можно получить
различные характеристики процесса переноса — кооперативный
(скачкообразный) или плавный (статистический). Это, безус-
ловно, отражается на биологических свойствах комплексов — их
антимикробной активности, токсичности и способности ингиби-
ровать бактериальные ферменты. Следовательно, изменяя строе-
ние полимера-носителя и ПАВ, соотношение компонентов в ком-
плексе, можно изменить биологическую активность анионных
ПАВ.
180
3.2.5. ПОЛИМЕРНЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ САЛИЦИЛОВОЙ КИСЛОТЫ
Салициловая кислота активна против широкого ряда пато-
генных бактерий, нитчатых грибов и дрожжей. Препараты на
ее основе используются для лечения различных инфекций и
воспалительных процессов [Сызганов А. Н., Левченко С. Н.,
19801. Однако существенный недостаток салициловой кислоты
состоит в необходимости использования больших суточных доз,
в связи с чем реальна угроза повреждающего действия. Пред-
принимались многочисленные попытки модификации ее поли-
мерами с целью увеличения длительности действия. Водорас-
творимые полимерные производные ацетилсалициловой кислоты
были получены при действии на растворимый крахмал хлоран-
гидрида ацетилсалициловой кислоты [Kratzl К., Kaufman Е.,
1961].
Этим же путем были получены ацетилсалициловые эфиры
декстрана [Panini Р., 1969]. Присоединение ацетилсалициловой
кислоты к декстрану снижает ее токсичность. На основе поли-
винилового спирта были синтезированы поливиниловые эфиры
ацетилсалициловой кислоты, а при взаимодействии с ацетилса-
лициловым альдегидом — ацетилсалицилали [Кропачев В. А.,
1969].
Поливинилсалицилаль по своим биологическим свойствам от-
личается от аспирина, он имеет более низкую токсичность, уд-
линяет время свертывания крови. Преимущество поливинилаце-
тилсалицилаля заключается в том, что он может быть введен
внутривенно. Конденсацией салициловой кислоты и ее галогено-
производных с формальдегидом получены сополимеры, содер-
жащие звенья салициловой кислоты в основной цепи [Ciampa G.,
1966]. Осуществлен синтез серии винильных аналогов салици-
ловой кислоты и ее производных. Так, многостадийным синте-
зом получены 3-винил(I), 4-винил(II) и 5-винил(III) салицило-
вые кислоты и их метиловые и ацетилсалициловые эфиры [Tir-
rel D., Vogl О., 1980].
Винильные аналоги салициловой кислоты легко полимеризо-
вались в присутствии инициаторов радикальной полимеризации
и вступали в реакцию сополимеризации с другими винильными
мономерами, такими как акриловая, метакриловая кислоты,
стирол и др. При сополимеризации с метакриловой кислотой
были получены водорастворимые полимеры.
181
Гомополимеры и сополимеры винилсалициловых кислот об-
разуют стабильные комплексы с металлами — медью, железом
и др. Мономерные и полимерные винилсалициловые кислоты,
а также их сополимеры с метакриловой кислотой состава 85 : 15
оказались бактерицидными [Albertson А., 1985]. Полимерные ви-
нилсалициловые кислоты более активны против Е. coli, чем
против стафилококка. Особенно высокую активность против
Е. coli показали сополимеры 5-винилсалициловой кислоты с ме-
такриловой кислотой. Метиловые эфиры винилсалициловых кис-
лот и их сополимеры с метакриловой кислотой антимикробной
активностью не обладали. Это указывает на необходимость на-
личия свободной карбоксильной группы для проявления анти-
микробной активности этими соединениями. Следует отметить,
что в случае поливинилсалициловых кислот активность прояв-
ляет вся макромолекула в целом, а не выделившаяся вслед-
ствие гидролиза салициловая кислота, поскольку звенья сали-
циловой кислоты присоединены к полимерной цепи стабиль-
ными углерод-углеродными связями.
3.3. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛИМЕРНОГО АНТИСЕПТИКА
КАТАПОЛА В ВЕТЕРИНАРНОЙ ХИРУРГИИ
3.3.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АНТИМИКРОБНОЙ АКТИВНОСТИ
АНТИСЕПТИКОВ
Прежде чем приступить к сравнительному изучению тера-
певтических свойств антисептиков (фурацилина, низкомолеку-
лярного ПАВ-этония и полимерного ПАВ-катапола), была оп-
ределена их антимикробная активность [Афиногенов Г. Е. и др.,
1984; Видении В. Н., 1986]. При этом были выбраны 3 экспози-
ции: 5 мин, 1 ч и 24 ч — для определения МПК в отношении
культур стафилококка, протея и Е. coli. Практическое значение
имеют показатели МПК при коротких экспозициях, поскольку
в условиях первичной хирургической обработки имеет место
кратковременный контакт антисептика с микроорганизмами.
182
Следует отметить, что если в отношении штаммов стафило-
кокка все 3 испытанных антисептика были достаточно актив-
ными, то в отношении грамнегативных бактерий и их ассоциа-
ций со стафилококком отчетливо обнаруживалось преимущество
полимерного антисептика.
Что касается этония, то его МПК (20 мг/мл) в отношении
протея и Е. coli при 5-минутной экспозиции были выше кон-
центрации, которая разрешена Фармакологическим Комитетом
М3 СССР для лечения ран.
Анализ бактерицидного действия изученных антисептиков
(МБК) при различных экспозициях выявил следующие законо-
мерности. При 5-минутной экспозиции в отношении штаммов
стафилококка МБК была выше у фурацилина—(3,1 ±
±1,4) мг/мл, чем у этония—(0,20±0,04) мг/мл и катапола —
(0,22±0,09) мг/мл.
При экспозиции антисептиков и тест-культур стафилококка
1 ч МБК у фурацилина составила (2,7±0,8) мг/мл. У поверхно-
стно-активных антисептиков эти показатели были достоверно
(р<0,02) меньшими: у этония в среднем в 16 раз—(0,17±
±0,06) мг/мл, у катапола — в 27 раз — (0,10±0,02) мг/мл.
При экспозиции 24 ч МБК у фурацилина составила (0,61 ±
±0,38) мг/мл. У катапола и этония эти показатели были мень-
шими в среднем соответственно в 13 и 12 раз— (0,047±0,02) и
(0,05±0,01) мг/мл.
Таким образом, при всех указанных экспозициях в отноше-
нии стафилококка поверхностно-активные антисептики были эф-
фективнее фурацилина. При этом необходимо отметить, что
в процессе увеличения экспозиции по сравнению с МБК (после
5-минутной экспозиции) этот показатель фурацилина снижался
соответственно в среднем в 1,1 и в 5 раз. Эти изменения в по-
казателях МБК ПАВ были недостоверными при 60-минутной
экспозиции и достоверными — при 24-часовой.
Можно предположить, что и при обработке ран поверхно-
стноактивные антисептики будут более эффективны в отноше-
нии стафилококка, чем фурацилин, поскольку их антимикробная
активность сохраняется не только при короткой, но и при дли-
тельной экспозиции.
При изучении антимикробной активности антисептиков в от-
ношении грамотрицательных бактерий (Е. coli и протея) были
выявлены следующие закономерности. При 5-минутной экспози-
ции не удалось выявить МБК у фурацилина в отношении дан-
ных микроорганизмов, поскольку она была выше предельно рас-
творимой концентрации препарата.
У этония в отношении штаммов Е. coli МБК была (8±
±1,22) мг/мл, а этот же показатель у катапола был в среднем
в 4,5 раз меньшим— (1,75±0,31) мг/мл.
При 60-минутной экспозиции МБК у фурацилина не выяв-
лена по вышеуказанной причине, в то время как у этония она
183
составила (1,12±0,13) мг/мл, а у катапола—(0,75±0,13) мг/мл,
т. е. в среднем в 1,5 раза меньше, чем у этония.
При 24-часовой экспозиции показатели МБК фурацилина
в отношении штаммов Е. coli составили (1,37±0,31) мг/мл. Со-
ответствующий показатель у этония составил (1,62±0,38) мг/мл.
У катапола он был меньше, чем у фурацилина, в среднем
в 6 раз и составил (0,22±0,04) мг/мл. При этом бактерицидная
активность катапола была достоверно (р<0,05) выше, чем
у этония, в 7 раз.
По действию на штаммы протея фурацилина наблюдались
аналогичные закономерности. Не удалось выявить МБК этого
препарата при 5- и 60-минутных экспозициях из-за того, что
этот показатель превышал уровень растворимости препарата.
При 5-минутной экспозиции этония МБК препарата для
штаммов протея составила 40 мг/мл, в то время как у катапола
этот показатель был (5,75± 1,84) мг/мл, т. е. в среднем в 7 раз
меньшим, чем у этония.
При 60-минутной экспозиции МБК этония составила (9,5±
±2,97) мг/мл, катапола— (1,56±0,87) мг/мл, т. е. была в сред-
нем в 6 раз меньшей (р<0,05). При 24-часовой экспозиции в от-
ношении штаммов протея МБК фурацилина составила (7,5±
±3,51) мг/мл. Соответствующий показатель у детергентов был
меньшим: у этония (3,65±1,8) мг/мл, у катапола (0,25±
±0,02) мг/мл, т. е. в 30 раз меньшим.
Таким образом, при всех указанных экспозициях в отноше-
нии грамнегативных бактерий поверхностно-активные антисеп-
тики были активнее фурацилина. Последний проявлял бакте-
рицидную активность только при 24-часовой экспозиции. При
сравнении активности самих поверхностно-активных антисепти-
ков в отношении грамнегативных микроорганизмов полимерный
катапол на коротких экспозициях был эффективнее (р<0,05),
чем низкомолекулярный этоний. Это свидетельствует о перспек-
тивности применения поверхностно-активных антисептиков (осо-
бенно полимерных) в условиях их кратковременного однократ-
ного применения для профилактики гнойных воспалений в усло-
виях in vivo.
Влияние антисептиков на лечение экспериментальных мик-
робно загрязненных ран. В следующей серии опытов изучали
влияние антисептиков на течение раневого процесса эксперимен-
тальных микробно загрязненных ран (стафилококком или про-
теем) .
Изучение терапевтической активности антисептиков прово-
дили на модели кожно-мышечной микробно загрязненной раны.
Для этого было использовано 34 клинически здоровых коровы
в возрасте 5—6 лет, массой 550—600 кг, черно-пестрой породы.
Всем животным в области средней трети шеи наносили
резаную кожно-мышечную рану длиной 6 см и глубиной 2 см,
которую инфицировали суточной культурой стафилококка
184
(штамм 1582) или протея обычного (штамм 142) в объеме
1 мл с концентрацией 1 млрд КОЕ/мл.
У животных контрольной группы через 3—4 мин после ин-
фицирования рану промывали 10 мл стерильного изотонического
раствора натрия хлорида или фурацилина (1 : !з000). У подопыт-
ных животных после соответствующей экспозиции рану промы-
вали 10 мл испытуемого антисептика (0,5 °/о растворами этония
или катапола). После орошения рану зашивали наглухо.
Показано, что ПАВ (этоний и катапол) эффективнее сни-
жают обсемененность ран стафилококком по сравнению с изото-
ническим раствором натрия хлорида и фурацилином — этоний
соответственно в среднем в 6 и 2,5 раза, катапол в 580 и
242 раза, причем удается достичь довольно низких абсолютных
величин; при использовании этония—(293±30) и катапола —
(6±3,4) микробных тел на 1 см2. В отдельных случаях наблю-
дали полное отсутствие роста микроорганизмов, что может сви-
детельствовать о достижении стерильности раневых поверхно-
стей при обработке ПАВ, чего не отмечено ни в одном из слу-
чаев использования фурацилина. Следует отметить, что такой
эффект выявлен в 4 случаях из 10 только после обработки ка-
таполом.
В результате микробиологических исследований показано,
что все антисептики достоверно снижают обсемененность экс-
периментальных ран. Однако обнаружились существенные раз-
личия в количестве оставшихся бактерий. Так, при обработке
фурацилином их оставалось (12,12±4,2) %, этонием—(4,83±
±0,4) %, а катаполом (0,05±0,027) %. В контроле—(29±
±4,8) %. Следует отметить достоверные различия по количе-
ству оставшихся микроорганизмов между всеми четырьмя экс-
периментальными группами. При этом обнаружена положитель-
ная корреляция показателя обсемененности ран от минималь-
ной подавляющей концентрации антисептиков (г = 0,99), что по-
зволяет судить о благоприятном влиянии этого фактора на ре-
зультаты обработки ран.
При клинических исследованиях (табл. 63) установлено, что
в первые 4—5 дней от начала опыта у животных всех шести се-
рий эксперимента раны заживали практически с одинаково вы-
раженными признаками воспаления. В области раны наблюдали
отек тканей, а также гиперемию кожи и резкую болезненность.
Воспалительный отек распространялся диффузно в радиусе от
6 до 8 см. Кожа была напряжена и в складку не собиралась,
ее ткани на ощупь были плотные, горячие, края раны, как пра-
вило, были сближены и закрыты фиброзной спайкой.
Однако начиная с 4—5-го дня отмечали различные (харак-
терные для каждой из серий) признаки ослабления остроты
в течении воспалительного процесса. Так, в группе животных,
раны которых обрабатывались раствором натрия хлорида, на
6—7-й день с начала эксперимента наблюдали не только умень-
185
Таблица 63
Виды заживления микробнозагрязненных ран
при обработке их различными антисептиками
Антисептик Число жи- вот- ных При инфицировании стафилококком При инфицировании протеем
первич- ным на- тяжением вторич- ным натя- жением п первич- ным на- тяжением вторич- ным натя- жением
Изотонический рас- твор натрия хлорида 8 — 8 — — —
Фурацилин (1 : 5000) 8 — 8 — — ——
Этоний (0,5 % рас- твор) 8 5 3 3 1 2
Катапол (0,5 % раствор) 10 6 4 3 2 1
шение воспалительного отека, но и резкое ослабление болез-
ненности. Температура в области раны была в пределах физио-
логической нормы, кожа слабоподвижна и с трудом собиралась
в складку. К 7—10-му дню у всех животных этой группы обра-
зовались абсцессы, причем у двух животных они были множе-
ственными. В 4 случаях из 8 при пальпации ощущалась крепи-
тация содержимого абсцессов, которые были от 4 до 5 см в диа-
метре. В 6 случаях к концу срока наблюдения швы разошлись
на участке от 2 до 3 см, а из полости раны выделялся сметано-
образный гной со слабым ихорозным запахом.
При гистологическом исследовании установлено, что в группе
животных, раны которых обрабатывали раствором натрия
хлорида, на 8-е сутки была выражена воспалительная ре-
акция в тканях, окружающих раневой канал. При этом регене-
рирующий эпителий не покрывал всю рану.
При обработке ран фурацилином на 5—6-й день с начала
эксперимента наблюдали значительное уменьшение. признаков
воспаления. Однако в целом он имел такой же характер, как и
при обработке раствором натрия хлорида. Отмечены гнойное
расплавление краев раны и расхождение швов. Кроме того, при
внешнем осмотре иссеченной раны отмечено наличие абсцессов
величиной от 4 до 6 см в диаметре.
Обработка ран фурацилином мало изменяла гистоморфоло-
гическую картину раневого процесса в сравнении с таковой при
обработке раствором натрия хлорида.
Раны, обработанные этонием, заживали несколько по иному
типу. Начиная с 5—6-го дня отмечалось не только значительное
уменьшение признаков воспаления или даже их отсутствие, но
и хорошо выраженное слипание краев раны. При попытке их
разделения отмечалось кровотечение. К 7—8-му дню темпера-
тура кожи возвращалась к норме, воспалительный отек отсут-
186
ствовал и кожа вокруг раны сравнительно легко собира^ась
в складку. У 4 животных обнаружены небольшие абсцессы (д0
2 см в диаметре). Гистологическими исследованиями уста!*ов'
лено, что эпителий у краев раны у 4 животных из 5 хорошоРе„'
генерирует, как правило, на всем протяжении ран. В подкож4044
клетчатке отмечали образование соединительнотканного ру/ца-
На отдельных участках встречались остаточные явления boi413'
лительных реакций, которые проявлялись в виде незначит<ль'
ного пропитывания лейкоцитами краев раны или в виде ско1,ле'
ния их вокруг сосудов.
При обработке ран катаполом наблюдали следующую раР*
тину. Начиная с 4—5-го дня отмечали резкое ослабление iiP44'
знаков воспалительного процесса. Воспалительный отек 1,Ь4Л
ограниченным, причем в большей степени, чем у других гр/пп
животных. Кожа была более подвижной й легче, чем у других
опытных животных, собиралась в складку. Температура к<’жи
в области раны была в пределах нормы или незначительно п2'
вышена, а к 6-му дню была одинаковой с таковой у тка11еи’
окружающих рану. В 3 случаях из 8 наблюдали осумкован141516
абсцессы величиной до 2 см в диаметре.
При анализе результатов изучения размеров воспалитСль'
ного отека всех 6 групп установлено, что в первые дни течеЯ44Я
раневого процесса достоверных различий его значений не оЙна"
руживается. Однако начиная с 6-го дня наблюдали достойеР'
ные различия этого показателя у контрольных и опытных ^и"
вотных (леченных этонием и катаполом). На 8-й день гистс1,740'
гическими исследованиями установлено, что воспалительяая
реакция при введении катапола в область раны в 3 случаях й3 5
выражена слабо пли отсутствует. У 4 животных из 5 элите/14414
регенерировал в основном полностью на всем протяжении рйН6‘
вой поверхности. В подкожной клетчатке в местах бывших гй044’
ников встречались остатки воспалительных инфильтрайов>
скопления микробов. Такие участки были окружены лейке4444-
тами (в основном нейтрофилами), а также фибробластаМ44,
Микробные очаги, таким образом, были локализованы.
В эксперименте с заражением раны протеем фурацилина не
применяли, учитывая его низкую антимикробную активн<7сть
в отношении данного вида микроорганизмов. Анализируя вл44Я„-
пие антисептиков из группы ПАВ на течение эксперименталь/4044
микробно загрязненной протеем раны, можно отметить, чт0
в обеих группах достоверно снижалась обсемененность ран б*ак;
териями после обработки (р<0,05). Так, в группе, лечен/4044
этонием, до хирургической обработки (ХО) обнаружено
(46 665± 18 559) микробных тел, а после обработки—(5 00^—
±3 609) микробных тел. В группе с использованием катап^ла
до ХО (142 533+128 752) микробных тел, а после обработка4
(115±57).
Клиническими наблюдениями установлено, что в первые
187
6 дней различий между двумя сериями экспериментов практи-
чески нет, а по интенсивности течения воспаления они несколько
меньше выражены в сравнении с вышеописанными группами
(инфицированные стафилококком). В каждой из групп было по
одному клинически выраженному нагноению, однако в группе
с использованием этония оно проявилось в виде расхождения
краев раны, в то время как в группе с катаполом нагноение
выразилось в виде небольшого абсцесса, диаметром 2,3 см.
Кроме этого клинического признака, различий в последующие
дни наблюдений не отмечено.
При гистологическом исследовании отмечено, что у живот-
ных раны после обработки различными ПАВ имеют в целом
одинаковую гистоморфологическую картину. Однако по отдель-
ным показателям обнаружили различия. В ранах, обработан-
ных этонием, в 2 случаях из 3 заживление проходило с образо-
ванием соединительного рубца, а в 1—в ране имелся абсцесс.
При применении катапола заживление раны проходило также
с формированием рубцовой ткани у 2 животных и образованием
абсцесса — у 1.
В мышечной ткани в отличие от предыдущей группы (с ис-
пользованием этония) лишь в отдельных местах наблюдаются
скопления лейкоцитов вокруг раневого канала, который запол-
нен рубцовой тканью. Она состоит в основном из сформировав-
шихся волокон, что может свидетельствовать о степени закон-
ченности регенераторных процессов в ране.
Результаты гистологических исследований позволяют отме-
тить, что полимерный антисептик катапол в отличие от низко-
молекулярного этония более способствует локализации гнойно-
некротического очага, развившегося в условиях модели микроб-
но загрязненной (протеем) кожно-мышечной раны у крупного
рогатого скота.
3.3.2. ПРИМЕНЕНИЕ АНТИСЕПТИКОВ
ПРИ ЛЕЧЕНИИ СВЕЖИХ ИНФИЦИРОВАННЫХ РАН
Полученные результаты экспериментальных исследований
послужили основанием для клинического применения поверхно-
стно-активных антисептиков для профилактики гнойно-воспали-
тельных осложнений ран.
Бактериологическими анализами при первичной хирургиче-
ской обработке установлено, что после травмы рана у живот-
ных обсеменена большим количеством микроорганизмов. Не-
обходимо отметить, что обсемепенность ран через 20—24 ч по-
сле травмы была в 10—100 раз большей, чем через 8—12 ч
(табл. 64).
При сравнении антимикробной активности препаратов ока-
залось, что при использовании поверхностно-активных антисеп-
тиков во время первичной хирургической обработки в ряде слу-
188
Таблица 64
Влияние антимикробной активности антисептиков
на обсемененность и сроки заживления резаных и резано-рваных ран
Число животных Время ПХО пос- ле трав- мы, ч Антисептик Количество микробных клеток, выделенных с 1 см2 поверхности ран
до обработки после обработки
8 8—12 Фурацилин 104 375±2008 412±117
9 20—24 IX юб 606±98
8 8—12 Этоний 12 512±672 10Ц-0, у 4 животных рост
не получен
10 20—24 IX ю6 66±13
у 8—12 Катапол 10912±1529 104-0, у 7 животных рост
не получен
11 20—24 IX ю6 56±10
Продолжение табл. 64
Число животных Время ПХО пос- ле трав- мы, ч Антисептик % от ИС- ХОДНОМ Вид заживления * Сроки заживле- ния, сут
1 2 3
8 8—12 Фурацилин 0,4 4 2 2 15,9±1
9 20—24 0,06 2 4 3 24.2±0,7
8 8—12 Этоний 0,08 5 — 3 12,4±0,5
10 20—24 0,07 6 1 3 15,1±0,5
9 8—12 Катапол 0,09 8 — 1 9,9±0,5
11 20—24 0,06 8 — 3 12,9±0,5
* 1—Первичным натяжением; 2 — вторичным натяжением; 3 — по
смешанному типу.
чаев посевы из ран были стерильными. При использовании
этония у 4 животных из 8, катапола — у 7 из 9 наблюдали от-
сутствие микробов на обработанных поверхностях. Эта законо-
мерность была достоверна только в случае применения анти-
септиков при первичной хирургической обработке через 8—12 ч
после травмы.
Видовой состав микроорганизмов, находящихся в ране, был
представлен стафилококками, стрептококками, а также кишеч-
ной и синегнойной палочками, обычным протеем, аэробными и
анаэробными споровыми видами бактерий. Практически все ис-
следуемые раны содержали ассоциацию, состоящую из грампо-
ложительных и грамотрицательных бактерий.
При проведении первичной хирургической обработки через
8—12 ч после травмы наименьшие показатели обсемененности
ран отмечены при использовании детергентов (0,08—0,09 % от
189
Таблица 65
Зависимость характера заживления ран
от вида применяемого антисептика
при лечении резаных и резано-рваных ран у коров
Антисептик Число животных Характер заживления ран Сроки за- живления, сут
Первичным натяжением (%) Вторичным натяжением (%) По смешан- ному типу (%)
Фураци- лин (кон- 17 6 (35) 6 (35) 5 (30) 20±1
троль Этоний 18 Н (61) 1 (5,6) 6 (34) 13,8±0,5
Катапол 20 16 (80) - (-) 4 (20) 11,6±0,4
Таблица 66
Влияние антисептиков иа сроки заживления
рваных и резаных свежих инфицированных ран
Антисептик Число жи- вотных Сроки заживления (дни)
Резаные раны Рваные раны
п М±т п М±т
Фурацилин 7 3 17±1,4 4 26,5±1,2
Этоний 8 4 15,5±0,8 4 17,8±0,9 *
Катапол 7 3 8±1,0* 4 15,5±0,7 *
* р<0,05 при сравнении со сроками заживления ран у животных,
леченных фурацилином.
исходной), наибольшие фурацилина. Обсемененность в этом
случае была в 50 раз большей и составила 0,4 % от исходной.
Если первичная хирургическая обработка проводилась через
20—24 ч, то аналогичный эффект от ПАВ сохранялся. Досто-
верных различий в антимикробной активности между этонием и
катаполом не было, фурацилин был в 10 раз менее активным.
Следует отметить, что водные растворы ПАВ, помимо выра-
женного антимикробного действия, достаточно хорошо вымы-
вали раневое ложе, освобождая его от сгустков крови, свернув-
шегося фибрина, т. е. субстрата, в котором развиваются мик-
робы, причем такие свойства значительно лучше выражены
у ПАВ. Обработка ран ПАВ облегчала дифференцировку тка-
ней. В совокупности все эти факторы способствовали более ка-
чественному выполнению первичной хирургической обработки
в сравнении с условиями при использовании фурацилина, что
отразилось на сроках заживления ран (табл. 65, 66). Так, если
раны контрольных животных (в условиях применения фураци-
лина) заживали в среднем за 20 дней, то при использовании
детергентов сроки были меньшими. Проведение первичной хи-
190
рургической обработки в сочетании с этонием приводило к за-
живлению за 13,8 дня; это в среднем на 6 дней быстрее, чем
при использовании фурацилина, но на 2 дня дольше, чем при
обработке ран катаполом. Обнаружена достоверная положи-
тельная корреляция между сроками заживления свежих инфи-
цированных ран и их микробной обсемененностью после пер-
вичной хирургической обработки (г=0,97).
Анализируя клинические показатели заживления ран, сле-
дует отметить, что в первые 3—4 дня после первичной хирурги-
ческой обработки существенных отличий в проявлении призна-
ков воспаления между отдельными группами животных не
выявлено. Эти различия появились через 4—5 дней после хи-
рургической обработки.
Снижение отека, болезненности, местной температуры ран
наиболее интенсивно проявлялось у животных, чьи раны были
обработаны поверхностно-активными антисептиками, и в мень-
шей степени — у контрольных животных. Так, показатель отека
ран к 9-му дню наблюдения у животных подопытных групп был
достоверно в среднем на 2 см меньшим, чем у контрольных
(р<0,05).
У контрольных животных раны заживали первичным натя-
жением в 35 %, вторичным в 35 % и по смешанному типу —
в 30 % случаев. В условиях применения этония первичным натя-
жением раны заживали в 61 % случаев, вторичным — в 5 %, по
смешанному типу — в 34 % случаев. При использовании ката-
пола заживление проходило только первичным натяжением
(80 % случаев) и по смешанному типу (20 % случаев).
Сроки заживления рваных ран имеют четко выраженную
зависимость от антимикробной активности препаратов (г =
=0,98... 0,99). Это подтверждает общеизвестные данные о том,
что с повышением степени повреждения тканей области раны
снижается их резистентность к микробам, что обусловливает
роль антисептиков при первичной хирургической обработке.
Так, чем ниже МБК антисептика, тем выше его терапевтиче-
ская активность при таких повреждениях.
Сроки заживления ран зависели от времени проведения пер-
вичной хирургической обработки (см. табл. 64). При лечении
ран фурацилином через 8—12 ч после ранения заживление на-
ступало. через (15,9±1) дней, что достоверно (р<0,05) на
8,3 дня быстрее, чем при первичной хирургической обработке
через 20—24 ч. При использовании этония через 8—12 ч после
ранения заживление наступало через (12,4±0,5) дня, что досто-
верно (р<0,05) на 2,7 дня быстрее, чем при терапии через 20—
24 ч (15,1 ±0,5). В случаях использования катапола через 8—
12 ч после ранения заживление наступало через (9,9±0,3) дня,
а при первичной хирургической обработке через 20—24 ч после
ранения процесс заживления замедлялся и длился (12,9±
±0,3) дня.
191
При применении поверхностно-активных антисептиков не
было обнаружено клиническими, гистологическими, гематологи-
ческими исследованиями каких-либо признаков интоксикации,
проявляющихся ухудшением общего состояния животных, раз-
дражением кожи или тканей раны, а также изменениями обще-
клинических признаков (изменения температуры тела, состоя-
ния сердечно-сосудистой и дыхательной систем, а также желу-
дочно-кишечного тракта).
В заключение этого раздела можно отметить, что примене-
ние антисептиков из группы ПАВ (особенно катапола) способ-
ствует заживлению по первичному натяжению благодаря ком-
плексному воздействию на возбудителя гнойного осложнения и
на ткани раны.
Предварительными исследованиями проницаемости меченого
флюоресцентной меткой катапола в ткани кожно-мышечной
раны у коров показано, что этот полимерный антисептик может
проникать, по-видимому, лимфатическими путями в волосяные
фолликулы, потовые железы, подкожную клетчатку и мышцы.
Проникновение антисептика в кровь и молоко не установлено.
3.3.3. ПРИМЕНЕНИЕ АНТИСЕПТИКОВ
ПРИ ГРЫЖЕСЕЧЕНИИ У ТЕЛЯТ
Известно, что иммунная система телят в 1—2-месячном воз-
расте еще несовершенна, что, по-видимому, предопределяет по-
вышенную реактивность их при гнойно-воспалительных ослож-
нениях. В связи с этим операционные раны при грыжесечении
в большинстве случаев сопровождаются гнойными осложне-
ниями, особенно у бычков при пупочных грыжах. Этому способ-
ствуют близость препуция, постоянное загрязнение операцион-
ной раны, развитие вторичной инфекции в ней. Исходя из этого
изучаемые антисептики были испытаны при таких операциях.
Основные результаты применения детергентов изложены
в табл. 67—68.
Анализируя данные, представленные в таблицах, можно от-
метить, что в каждой из групп в большинстве случаев (кроме
контроля) раны заживали по смешанному типу (40—50 %).
Однако имеются количественные и качественные отличия в рас-
пределении остальных 60—50 % животных. Если при использо-
вании антибиотиков вторичным натяжением заживало 33 % ран,
этония — 30%, то при лечении катаполом—11 %. Следует от-
метить и значительные различия в течении заживления по сме-
шанному типу. Раны при применении поверхностно-активных
антисептиков заживали с преобладанием пролиферативных про-
цессов над альтернативными, в то время как у животных дру-
гих групп наблюдалась обратная картина. Примечательно, что
у телят всех четырех групп заживление проходило хуже со сто-
роны препуция. Во всех случаях нагноение начиналось с угла
192
Таблица 67
Характер и сроки заживления операционных ран
в зависимости от применяемого антисептика
Антисептик Всего жи- вотных Вид заживления ран
Первичным натяжением Вторичным натя- жением
п, % Л1±т, сут п, % Л1±т, сут
Контроль (без 6 — 5(83) 24,8±0
антисептика) Антибиотики 12 2 (17) 10±0 4(33) 23 ±0
Этоний 10 3 (30) 10,3±0,34 3(30) 17,5±0,6
Катапол 28 13 (46) 9,5±0,5 3(И) 16±0,7
Продолжение табл. 67
Антисептик Всего жи- вотных Вид заживления ран По смешанному типу Средние сроки заживления ран, сут
п. % ! М±т, j сут 1
Контроль (без антисептика) 6 1(17) 19±0 24±1,33
Антибиотики 12 6(50) 18±0,8 18,8±1,46
Этоиий 10 4(40) 14,25±1 14,8±0,56
Катапол 28 12(43) 13,6±0,4 12,1±0,47
Таблица 68
Размеры воспалительного отека вокруг раны
в условиях использования различных антисептиков (см)
Антисептик Дни после операции
3-й 6-й 9-й
Контроль (без антисептика) 5,1 ±0,1 6,5±0,8 5,2±0,8
Антибиотики 5,4±0,6 4,2±0,8 5,6±0,9
Этоний 4,8±0,4 4,6 ±0,6 6,4±1,3
Катапол 3,7 ±0,6 1,8±0,2 2,6±1,0
Примечание. В каждой группе было использовано по 6 животных.
раны возле препуция, распространяясь в той или иной мере на
остальную часть операционной раны.
Анализируя результаты изучения антимикробной активности
антисептиков при обработке операционного поля, можно отме-
13—16 193
Тйть, 4Y0 использование способа Гроссиха— Филончикова1 и
детергента этония не приводило к изменению видового состава
микроорганизмов до и после обработки. В то же время при ис-
пользовании катапола после обработки не обнаруживали роста
стафилококка, который присутствовал до обработки, а Е. coli,
протей и некоторые другие представители, преимущественно
грамотрицательных бактерий, оставались на коже. Следует от-
метить, что в 4 случаях из 7 поле операции было свободным от
микробов при применении катапола, а при использовании это-
ния— в 1 случае из 13.
При обработке операционной раны раствором катапола сте-
рильность ее также была обнаружена в 4 случаях из 7, в слу-
чае загрязнения в ране оставались только Е. coli и протей.
При использовании этония в одном случае видовой состав
микрофлоры не изменился (до и после обработки операционной
раны). В одном случае, несмотря на обработку препаратом,
микроорганизмы появились в ране после операции.
В ранах, не обработанных антисептиком, состав микрофлоры
либо не менялся, либо расширялся за счет других видов бак-
терий.
Анализ результатов изучения влияния антисептиков на об-
семененность поля операции позволяет отметить, что все они
были эффективны и достоверно снижали обсемененность.
При отсутствии обработки операционной раны (способ Грос-
сиха—Филончикова) отмечается достоверное увеличение коли-
чества микроорганизмов в ране к концу операции.
Таким образом, как традиционный способ, так и применение
поверхностно-активных антисептиков эффективно снижают об-
семененность поля операции. Однако обсемененность операци-
онной раны после обработки ее катаполом была достоверно
меньшей, чем при использовании антибиотиков. Катапол эффек-
тивнее подавлял грампозитивные и грамнегативные виды бак-
терий.
ПАВ наиболее эффективны для обработки операционной
раны, и здесь выявлено преимущество полимерного антисептика
катапола, который при короткой экспозиции значительно умень-
шал видовой состав микрофлоры и обсемененность раны, в то
время как у животных контрольной группы эти показатели
к концу операции значительно увеличивались. При использова-
нии катапола к концу операции не было случаев суперинфици-
рования ран.
Между сроками заживления операционных ран и их обсе-
мененностью существует корреляция, при применений антибио-
тиков г = 0,56, этония г = 0,89, катапола — г = 0,75. Кроме того,
установлена положительная корреляция сроков заживления ран
от МПК антисептиков (г = 0,98).
1 Спирт +5 % спиртовый раствор йода.
194
В первые дни послеоперационного периода практически
у всех животных отмечали повышение температуры тела ,на
0,5—2 °C, однако она редко выходила за пределы верхних, гра-
ниц (40,0 °C). Отмечено повышение количества лейкоцитов на
(0,5...1) • 109/л от исходных уровней. У животных контрольной
группы и при использовании антибиотиков такое повышение
лейкоцитов наблюдали в течение 7—10 дней, а при применении
поверхностно-активных антисептиков — в течение 4—6 дней.
У последних не наблюдали существенного нарушения аппетита,
и практически все животные были достаточно подвижны; в то
же время в контрольной группе и в группе с применением .анти-
биотиков начиная со 2-го дня у большинства (9) животных на-
блюдали понижение аппетита, залеживание, гиподинамию, ко-
торые продолжались в течение 4—5 дней после операции.
Анализ показателей отека свидетельствует о том, что при
применении поверхностно-активных антисептиков этот признак
воспаления к 9-му дню наблюдения был значительно меньше,
чем у животных контрольной группы и с применением антибио-
тиков. В первые 3 дня размеры отека операционных ран досто-
верно не отличались друг от друга и составляли: в контрольной
группе — 5,1 ±0,1 см, в группе с антибиотиками — 5,4±0,57 см,
4,8±0,38 см при обработке этонием и 3,7±0,56 см — катаполом.
К 6-му дню наблюдения у животных контрольной группы
отек составил (6,5 ±0,8) см, что было на 2,3 см больше, чем при
применении антибиотиков, и на 1,9 см больше, чем при терапии
этонием. При применении катапола отек составил (1,8±
±0,24). см, что достоверно меньше этого показателя к этому
сроку наблюдения у других животных.
На 9-й день воспалительный отек у контрольных животных
составил (5,2±0,08) см, в условиях применения антибиотиков —
(5,6±0,95) см, этония—(6,4+1,33) см. При использовании по-
лимерного антисептика катапола этот показатель составил
(2,6±0,97) см и достоверно отличался от такового в контроле.
Наблюдения за характером течения раневого процесса сви-
детельствуют о том, что раны, обработанные катаполом, зажи-
вают несколько иначе в сравнении с ранами у других групп
животных. Так, если наблюдалось нагноение, то оно имело бо-
лее ограниченный характер, а воспалительные признаки были,
как правило, менее выраженными.
Совокупность вышеизложенных факторов отразилась на сро-
ках заживления операционных ран, которые у контрольных
животных в среднем составили (24± 1,3) дня, при использова-
нии антибиотиков—(18,8+1,46) дня, при обработке ран ката-
полом— (12,2±0,47) дня. При применении этония раны зажи-
вали за (14,8+0,56) дня, в среднем на 2 дня дольше, чем при
применении катапола (р<0,05).
Следует отметить, что при анализе сроков заживления ран
первичным натяжением не обнаружено достоверных различий
13* 195
между отдельными группами животных. В то же время при
заживлении ран вторичным натяжением отмечены достоверные
различия между показателями в группах контрольной и с при-
менением поверхностно-активных антисептиков (р<0,05).
Установлено, что между сроками заживления операционных
ран и их обсемененностыо существует корреляция. Так, при
применении антибиотиков г=0,56, этония г = 0,89, катапола —
г = 0,75. Кроме того, установлена корреляция сроков заживле-
ния ран и МПК антисептиков (г = 0,98 ]).
В заключение можно отметить, что при использовании ката-
пола 46 % ран заживает первичным натяжением и гораздо
реже — при применении других антимикробных средств.
В результате обработки операционных ран катаполом за-
живление проходило первичным и вторичным натяжением,
а также по смешанному типу. Гистоморфологическая картина
заживления была во многом схожа с таковой при использова-
нии этония. Имелись лишь незначительные различия в виде бо-
лее выраженных регенеративных процессов.
В случае заживления первичным натяжением эпителий по-
крывает рану на всем ее протяжении. Атипичных разрастаний
клеток обнаружено не было.
В коже и подкожной клетчатке раневой канал был заполнен
соединительной тканью. В отдельных местах в грануляционной
ткани встречались еще не сформировавшиеся волосяные луко-
вицы. В более глубоких слоях дермы и в подкожной клетчатке
найдены отдельные очаги скоплений экссудата, в котором со-
держался фибрин. Такие скопления были окружены молодыми
фибробластами, среди которых встречались в небольшом коли-
честве лейкоциты. Остатки экссудативных процессов присут-
ствовали в основном в задней части раны.
При заживлении вторичным натяжением регенерирующий
эпителий доходил до краев раны и был представлен в виде 1 —
2 рядов клеток. В отдельных местах он углублялся до мест
скопления лейкоцитов. В коже и подкожной клетчатке был об-
наружен рост фибробластов.
В случаях заживления раны по смешанному типу в поверх-
ностных ее слоях гистоморфологическая картина была анало-
гична таковой при первичном натяжении, а нижних — при вто-
ричном.
Таким образом, при использовании катапола обнаружива-
ется более выраженное разрастание соединительнотканных кле-
ток, что может свидетельствовать о локализации гнойно-некро-
тических процессов в ране.
1 При расчете взяты значения МПК при 5-мииутной экспозиции.
196
ГЛАВА 4
КЛИНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
ПРИМЕНЕНИЯ АНТИМИКРОБНЫХ ПОЛИМЕРОВ
4.1. ВЛИЯНИЕ АНТИМИКРОБНЫХ ПОЛИМЕРОВ
НА РАННИЕ ЭТАПЫ
ИНФЕКЦИОННОГО ПРОЦЕССА В РАНЕ
При всех инфекциях, входными воротами которых являются
открытые полости или поверхности (инфекция с фекальным,
оральным и респираторным механизмами передачи, инфекция
наружных покровов), начальным этапом является адгезия (при-
крепление) бактерий к тканям с последующим их размноже-
нием. Этот этап получил название колонизации. Благодаря ко-
лонизации в области входных ворот создается своеобразный
«плацдарм» для накопления особей и захвата дальнейших уча-
стков тканей вплоть до инвазии через кровь и лимфу в отдален-
ные органы [Костюкова Н. Н., Езепчук Ю. В., 1984]. Факторы
адгезии и колонизации изучаются сравнительно недавно. К ним
относятся ферменты, расщепляющие защитные субстанции сли-
зистых оболочек (нейраминидаза, IgA-протеаза и др.), антифа-
гоцитарные структуоы (капсула, М-протеин стрептококков
группы А, протеин А стафилококков, гликолипопротеин сине-
гнойной палочки и др.), адгезины [Езепчук Ю. В., 1985].
Адгезины — поверхностные структуры бактерий, специфиче-
ски соединяющиеся с соответствующими, комплементарными им,
рецепторами эпителиальных клеток и обеспечивающие прикреп-
ление бактерий к эпителию хозяина, что является необходимым
условием колонизации.
Морфологическими органеллами бактериальной клетки,
содержащими адгезины, у грамотрицательных бактерий явля-
ются фимбрии, или пили, у грамположительных микроорганиз-
мов— поверхностные фибриллы, например липотейхоевая кис-
лота (ЛТК) стрептококков. Пили гонококков состоят из линей-
ных структур — пептидов. Роль адгезинов могут выполнять и
белки наружной мембраны, что отмечено у менингококков, го-
нококков, микоплазм.
Адгезины взаимодействуют с поверхностью эукариотической
клетки по типу взаимодействия растительных лектинов, осуще-
ствляющих углевод-белковое узнавание. Обычно лектинами на-
зывают белки и гликопротеины, способные специфически узна-
вать полисахариды, гликопротеины, гликолипиды и другие угле-
водсодержащие полимеры, локализованные на клеточных
поверхностях. Взаимодействие адгезинов с рецепторами на по-
верхности эукариотической клетки относится к категории ли-
ганд-рецепторного взаимодействия, при котором функции ли-
ганда выполняет адгезии, а рецептора — соответствующая
197
структура на поверхности клетки-мишени. Для того чтобы пре-
одолеть отталкивание между двумя поверхностями, имеющими
отрицательный заряд, бактериальная клетка и клетка-мишень
взаимодействуют своими поверхностно расположенными гидро-
фобными молекулами. Незаряженные молекулы поверхности
бактериальной клетки вступают во взаимодействие с гидрофоб-
ными фосфолипидами, входящими в состав липидного биослоя
мембраны клетки животного или человека.
Рассматривая бактериальную инфекцию на клеточном
уровне, можно сказать, что она представляет собой результат
взаимодействия бактериальной клетки с клеткой ткани орга-
низма-хозяина, где после необратимого прикрепления к клет-
кам этой ткани и последующей ее колонизации формируется
первичный микробный очаг. В связи с вышеизложенным, по на-
шему мнению, поиск и применение эффективных антиинфек-
ционных агентов должны вестись с учетом их антиадгезивных
свойств, т. е. тех препаратов, которые защищают макроорга-
низм от начальных стадий инфекционного процесса—адгезии
и колонизации. Можно предположить, что многие ПАВ, в том
числе и их полимерные производные, связываясь с клеточной
стенкой бактерии и изменяя заряд ее клетки, способны подав-
лять функцию адгезии и колонизации. Это подтверждается анти-
адгезивной активностью ряда соединений, их способностью из-
менять электрофоретическую подвижность бактериальных кле-
ток, ингибирующим действием ПАВ в отношении ферментов
гиалуронидазы и плазмокоагулазы стафилококков, способно-
стью подавлять мембранно-связанные ферменты, инактивирую-
щие антибиотики — хлорамфеникол и аминогликозиды.
Свойства различных ПАВ ингибировать активность фермен-
тов и токсинов бактерий известны [Афиногенов Г. Е., Бли-
нов Н. П., 1987]. Особый интерес представляют работы [То-
moeda et al., 1974] по изучению влияния ДДС натрия на эли-
минацию R- и F-плазмид у клеток протея с F-фактором (ДНК—
«мужской» половой фактор, способный передаваться при конъю-
гации): при этом возникали клетки, утратившие одновременно
трансмиссивнссть и чувствительность к «мужскому» фагу, и
сегреганты, сохранившие одну из этих особенностей. Специфи-
ческое действие ДДС на R+ и F+ клетки авторы предположи-
тельно объясняют тем, что поверхностно-активный агент перво-
начально вызывает повреждение пилей и утрату донорской ак-
тивности, а затем, при более длительном воздействии, может
повреждать и сами плазмиды, тесно связанные с мембраной.
Не меньший интерес представляет способность анионных
ПАВ (в том числе и полимерных) подавлять генетический пере-
нос R-плазмид у бактерий в процессе трансдукции и конъюга-
ции [Афиногенов Г. Е., Блинов Н. П., 1987]. Было высказано
предположение, что алкилбензолсульфонат в суббактериостати-
ческой концентрации (0,0005 %), не ингибирующей трансдуци-
198
рующие стафилококковые бактериофаги, очевидно подавляет
передачу вследствие изменения поверхностного натяжения на
границе фаг — клетка, уменьшения адсорбции бактериофага и
способности его проникать в микробную клетку.
В последнее время [Езепчук Ю. В., 1985] появились сведе-
ния о том, что полианионные компоненты, такие как полифос-
фаты, инозитолгексафосфат и гексасульфат, нуклеотид ди-,
три- и тетрафосфаты ингибируют адсорбцию дифтерийного
токсина на чувствительных клетках. Этот эффект обусловлен
взаимодействием полианионов с так называемым P-сайтом диф-
терийного токсина, который локализован на С-конце молекулы
и заряжен положительно. В ряде случаев адсорбция вирусов
предотвращается или уменьшается благодаря использованию
веществ, мешающих установлению тесных контактов между ви-
русом и клеткой в связи с конкуренцией за рецейторы того или
иного участника процесса адсорбции [Соловьев В. Д., Балан-
дин И. П., 1973]. К таким веществам относятся молекулы с вы-
соким отрицательным зарядом. Вирусы, образуя комплексы
с этими соединениями, теряют в дальнейшем способность адсор-
бироваться клеткой, поскольку становится невозможным элек-
тростатическое взаимодействие между ними и клетками. Такого
типа ингибиторами являются сульфатированные полисахариды
(сульфатированная полиглюкоза, декстрансульфат, поливинил-
сульфат, хондроитинсульфат). Нейтрализация отрицательного
заряда этих соединений поликатионами (ДЭАЭ-декстраном,
протамином) подавляла их вирусоингибируюший эффект.
Все вышеизложенное, в том числе и то, что анионные и ка-
тионные ПАВ энергично взнаимодействуют с фосфолипидами и
белками, локализованными в мембране, свидетельствует о по-
тенциальной способности поверхностно-активных антисептиков,
в том числе и полимерных, а также самих полимеров (напри-
мер, катионных полиэлектролитов) подавлять активность фер-
ментов, расщепляющих защитные субстанции слизистых оболо-
чек, блокировать антифагоцитарные структуры и адгезины, т. е.
воздействовать на механизмы, ответственные за формирование
инфекционного очага.
Поэтому предупреждение 'формирования микробного очага
путем прерывания адгезии можно вести на основе следующих
принципов:
— блокировать рецепторные структуры тканей, связав их
лигандом либо его аналогом, одна из разновидностей такого
подхода — заселение слизистой оболочки автогенными бакте-
риями, механизм прилипания которых сходен с механизмом
адгезии патогенных возбудителей [Исаков Ю. Ф. и др. , 1982];
— удалить рецепторы или изменить их состояние путем об-
работки открытых поверхностей биологически активными веще-
ствами;
— - изменить состояние лигандных структур бактерий, бло-
199
кируя их субстанциями, способными связываться с поверхно-
стью бактерий.
При поиске ингибиторов адгезии для патогенных стрептокок-
ков мы остановили свой выбор на двух последних вариантах,
считая первый пока недостаточно изученным. Участие ЛТК как
лиганда в адгезии патогенных стрептококков на многих типах
эпителия можно считать доказанным, хотя остаются недоста-
точно расшифрованными для разных видов стрептококков тон-
кие механизмы молекулярных взаимодействий ЛТК и эпителия.
Были сделаны единичные успешные попытки блокировать экс-
периментальную инфекцию, вызванную стрептококком группы В,
у новорожденных крысят чистым препаратом ЛТК. Однако,
учитывая высокую токсичность этого вещества для тканей, спо-
собность ЛТК взаимодействовать с большинством тканей и
вероятность индукции аутоиммунного процесса, использовать
указанный препарат для профилактики стрептококковых инфек-
ций преждевременно. В то же время можно попытаться приме-
нить такие препараты, которые могут оказывать влияние на
адгезию благодаря способности их взаимодействовать и с ли-
гандом, и с рецептором одновременно. В хирургической прак-
тике для обработки загрязненных поверхностей или рук хи-
рурга, также, в ряде случаев, и для обработки инфицированных
ран используются биологически активные вещества с антисеп-
тическими свойствами. При этом для оценки этих веществ слу-
жат данные по определению их бактерицидной активности
(МИК) и степень токсичности препаратов (МТК), определяе-
мая in vivo на экспериментальных животных.
Г. Е. Афиногенов и соавт. (1985) поставили своей целью,
используя метод адгезии, исследовать токсичность низкомоле-
кулярных и полимерных производных ПАВ для тканей. Изучено
влияние биологически активных соединений на адгезивность
стрептококков, выращенных в их присутствии, на чувствитель-
ность эпителия к адгезии, а также на возможность предупреж-
дать инфекцию исследуемых тканей при совместной инкубации
ткани и стрептококка. В работе использованы ПАВ ка-
тионного типа (роккал, хлоргексидин, катамин, катапол), анион-
ного типа (ДДС натрия и йодонат), а также амфотерный —
амфолан. В качестве тест-культур — стрептококки группы А,
штамм № 59, тип М2, № 10/69, тип М22, и стрептококк груп-
пы В, штамм № 114325, тип 1а. Тест-системой для адгезии слу-
жили перевиваемая культура ткани НЕр-2, а также суспензии
человеческих эпителиальных клеток влагалища здоровых до-
норов.
Из результатов, приведенных в табл. 69, видно, что препа-
раты различаются по своей токсичности. МТК50 одного и того
же препарата меняется в зависимости от длительности обра-
ботки ткани и особенностей клеток (растущая монослойная
культура или нормальные слущивающиеся клетки слизистой обо-
200
Таблица 69
Сравнительная токсичность ПАВ
для нормальных и перевиваемых клеток эпителия
Испытуемые ПАВ MTKso, мкг/Мл
Нормальные клетки Перевиваемые клетки
30—90 мии 24 ч 30-“-90 мин 24 ч
Катионные: роккал 50 1
хлоргексидин 100 — 50 2
катамин АБ — — 10
катапол 100 50 120—25 10
Амфотерный: амфолан 50 10
Анионные: йодонат — - 10 2
ДДС 100 50 50—30 —
Таблица 70
Сравнительная антибактериальная активность ПАВ
Испытуемые ПАВ МИК, мкг/мл
Стрептококк группы А Стрептококк группы В
90 мии 24 ч 90 мин 24 ч
Катионные: роккал 10 5
хлоргексидин 5 — —-
катамин АБ 0,025 —
катапол 20 25
Амфотерный: амфолаи - -- 0,5 2,5
Анионные: ДДС 10 20 25 25
йодонат — 30
лочки влагалища). Обращает на себя внимание относительно
высокая токсичность йодоната, роккала и хлоргексидина, про-
являющаяся при длительной инкубации ткани. На одном уровне
(10 мкг/мл) проявляется токсичность катамина и амфолана,
а также йодоната при сокращении времени инкубации клеток
НЕр-2. Существенно снижается токсичность катапола по срав-
нению с катамином, что очень важно для его характеристики.
Вагинальные клетки в целом оказались более резистентными
к действию ПАВ. Антибактериальная активность наиболее вы-
ражена у катионных ПАВ (табл. 70). Самым активным оказал-
ся катамин, на втором месте амфолан.
201
Таблица 71
Эффективность ингибирования адгезии стрептококков,
инкубированных с биологически активными веществами
Испытуемые ПАВ Стрептококки Доза ПАВ Эффектив- ность инги- бирования адгезии, °/о
сравни- тельно с МИК мкг/мл
Катионные:
роккал Гр. А 59 М2 1 : 10 0,5 99
1 : 20 0,25 37
хлоргексидин Гр. А 59 М2 1 : 5 1,0 100
катамин АБ Гр. А 10/69 1 : 2,5 0,01 " 74
1 : 5 0,005 ’ 47
катйпол Гр. А 10/69 1 : 2 10,0 86
1 : 20 1,0 82
Гр. В 114 325 1 : 2 10,0 94
1 :4 5,0 0 г
Амфотерный: амфолан Анионный: Гр. А 59 М2 Г: 2 0,25 76—98'
ДДС Гр. А 59 М2 1 : 2 10,0 32
Гр. В 114 325 1 : 2 10,0 87
.1:4 5,0 о 1
Стрептококки, инкубированные в течение 16—24 ч в бульоне,
содержащем суб'ингибирующие их' рост концентрации ПАВ,
сравнивали по показателям прилипания с необработанной куль-
турой. По разнице индексов инфицирования [эпителиальных кле-
ток в контроле и опыте вычисляли эффективность ингибирова-
ния адгезии и выражали в процентах по отношению к контролю,
принятому за 100 % (табл. 71). :
Интересно отметить, что антиадгезивные свойства некоторых
ПАВ проявляются в концентрациях, более низких, чем бакте-
риостатические. Так, по нашим данным, антиадгезивный эф-
фект катапола проявляется в присутствии ’До МИК, а; у боль-
шинства остальных препаратов в дозах, близких к МИК,—Уг-А
../Д. Необходимо отметить также то, что небольшие различия
между антиадгезивной дозой и дозой, ингибирующей рост бак-
терий, не являются препятствием к использованию препаратов
на биологической системе, так как для отбора препаратов
с этой целью более важным является отсутствие токсичности
для тканей.
Результаты экспериментов, в которых оценивалась способ-
ность ПАВ изменять чувствительность тканей к прилипанию
стрептококков, приведены в табл. 72, из которой видно, что пре-
инкубация эпителия в присутствии субтоксических доз ПАВ за-
метно изменяет чувствительность его к прилипанию стрептокок-
ков. Сопоставляя уровни ингибирования адгезии (процент по-
давления) и выбирая эффективные концентрации (т. е. такие,
которые обеспечивают ингибирование адгезии не мцнее чем на
202
Таблица 72
Эффективность ингибирования адгезии стрептококков к эпителию,
проинкубированному с ПАВ
Испытуемые ПАВ Эпителий Время обработ- ки, мин Доза БАВ Эффектив- ность ин- гибирова- ния адге- зии, %
сравни- тельно с М.ТК50 мкг/мл
Катионные:
роккал НЕр-2 30 1 : 200 0,25 83
хлоргексидин НЕр-2 1 :2 25,0 83
1 : 5 10,0 0
катамин АБ НЕр-2 1 :2 5,0 97
1 : 10 1.0 53
катапол НЕр-2 1 :5 20,0 86
1 : 10 10,0 52
1 : 20 5,0 42
Вагинальный 60 I : 5 20,0 • 64
Амфотерный:
амфолан НЕр-2 30 1 : 4 0,25 80
Вагинальный 60 1 50,0 68
1 :2,5 20,0 32
1 : 10 0,5 45
Анионный:
ДДС НЕр-2 30 1 : 50 1,0 93
1 : 200 0,25 52
Вагинальный 60 1 100,0 61
1 : 2 50,0 52
1 :4 25,0 58
1 : 10 1,0 0
50 % по сравнению с контролем), видим, что чувствительность
рецепторов к воздействию ПАВ зависит от типа ткани. Так, эф-
фективная концентрация ДДС для НЕр-2 составила ’/200 МТК,
а для вагинального эпителия в 50 раз больше (’/4 МТК). Весьма
эффективным для обработки клеток НЕр-2 оказался роккал
(72оо МТК). Остальные препараты проявляли свою активность
приблизительно на одинаковом уровне — 1/5—’/го МТК.
Введение препарата прямо в систему адгезии более прибли-
жает модель к условиям макроорганизма, где должно происхо-
дить взаимодействие между всеми компонентами: ткань, мик-
роб и ПАВ.
Из табл. 73 видно, что ПАВ заметно снижали индекс инфи-
цирования ткани, при этом дозы, лимитирующим фактором для
использования которых являлась лишь цитотоксичность, в ряде
случаев заметно превышали минимальные концентрации, инги-
бирующие рост стрептококка. Следовало ожидать дополнитель-
203
Таблица 73
Эффективность ингибирования адгезии стрептококков
к эпителию в присутствии ПАВ
Препарат Система взаимодей- ствия (эпнте- лий/бактерни) Время инкуби- рования, мин Дозы ПАВ Эффек- тивность ингибиро- вания ад- гезии, %
мкг/мл Сравнительно с:
MTKso МИКюо
Роккал НЕр/гр. А 30 0,25 1 : 200 1 :20 83
Хлоргекси- 50,0 1 10 94
ДИН 30 25,0 1 :2 5 83
5,0 1 : 10 1 97
1.0 1 : 50 1 : 10 56
Катамин АБ НЕр/гр. А 30 10,0 1 400 100
1,0 1 : 10 40 53
0,5 1 : 20 20 40
Катапол НЕр/гр. А 30 20,0 1 :5 1 86
10,0 1 : 10 1 :2 52
5,0 1 : 20 1 : 4 42
Ваг./гр. В 60 15,0 1 :7 ? 70
Амфолан Ваг./гр. В 60 50,0 1 100 68
20,0 1 : 2,5 40 45
0,5 1 : 10 1 32
ДДС НЕр/гр. А 30 50,0 1 100 94
5,0 1 : 10 10 74
Ваг./гр. В 60 50,0 1 1 : 2 43
10,0 1 :5 1 :2,5 0
кого обеззараживающего эффекта за счет гибели бактерий, при-
липших к эпителию. Это подтверждалось изменением окраски и
морфологии возбудителей (появления раздутых форм вслед-
ствие нарушения проницаемости клеточной стенки микроба).
Показана, таким образом, принципиальная возможность исполь-
зования антиинфекционных агентов, значение которых связано
не только с бактерицидным действием, но и со способностью
изменять состояние лигандов и рецепторов эпителия в суббак-
териостатических концентрациях. Дозы, которые следует исполь-
зовать в клинике, должны быть ниже токсической (МТК50) не
менее чем в 2 раза. Если используемые при этом дозы равны
или больше МИК, следует ожидать двустороннего эффекта на
ткань и возбудитель, что может повысить терапевтическую цен-
ность препарата. Представленная система оценки антиинфек-
204
Таблица 74
Адгезивные свойства бактерий
к культуре клеток различного происхождения
Микроорганизм Штамм Адгезивность на культуре ткани (индекс инфицирования)
мдск *' RH *2 Vero *3 вэкч ♦’ НЕр-2
Псевдомонас 150 281 2450 2050 6030 1970
182 485 1500 2000 — —
Стафилококк 8325 10 10 3320 204
209 10 77 — 1520 49
1582 10 533 200 132 399
Кандида 421 — 61 752 76
** Культура клеток почки собаки.
*2 Культура клеток почки человека.
*3 Культура клеток почки обезьяны.
*4 Эпителий влагалища человека.
ционных свойств ПАВ оказалась очень удобной и позволяющей
осуществлять скрининг препаратов, оценивать их токсичность
для ткани, подлежащей деконтаминации, и эффективность инги-
бирования адгезии.
Следует иметь в виду, что адгезивность микроорганизмов
к эпителию различного происхождения неодинакова. Так, клетки
НЕр-2 относятся к перевиваемой опухолевой ткани гортанного
происхождения, но классифицируются как эпителиальные и от-
личающиеся от здоровых клеток макроорганизма, однако они
имеют постоянные морфологические свойства, что необходимо
при скрининге препаратов. Для сравнения полученных резуль-
татов в эксперимент были включены здоровые клетки чело-
века — суспензии эпителиальных клеток со слизистой оболочки
влагалища здоровых доноров.
Данные закономерности при исследовании антиинфекцион-
ных свойств подтвердились и в других тест-системах (табл. 74).
Из табл. 74 видно, что различные клетки неодинаково чув-
ствительны к инфекции исследованными возбудителями, выде-
ленными из клинического материала. Так, псевдомонады спо-
собны инфицировать почечную ткань человека и обезьяны,
клетки НЕр-2 и вагинальный эпителий, и только почечный эпи-
телий собаки менее чувствителен к инфекции этим возбудите-
лем. Различные штаммы стафилококка проявляют неодинако-
вую способность инфицировать различные ткани: штамм 8325 и
209 более активно инфицировали клетки вагинального эпителия,
205
Таблица 75
Влияние ПАВ на адгезию разных видов возбудителей
к нормальным клеткам человека (вагинальный эпителий)
ПАВ, мкг/мл Доза, мкг/мл Показатели адгезии
Стафилококк Псевдомоиас Кандида
ИИ ЭИ, % ИИ ЭИ, % ИИ эи, %
Хлоргексидин 50 1735 48 10,08 99,8 710 5,3
мтк-юо 25 3000 9,64 14,72 99,7 950 0
10 3000 9.64 2,4 99,9 790 0
5 3400 0 470 92,2 нт
Катапол МТК-ЮО 50 757 77,2 2340 61,2 620 17,4
10 1840 44,6 4500 25,4 1360 0
5 1930 41,9 5100 15,4 820 0
Катамин АБ 25 763,6 77,0 2210 63,4 820 0
мтк-юо 10 1012 69,5 4930 18,3 790 0
1 2710 18,4 6100 0 нт
Контроль (среда без ПАВ) 3320 6030 i 750
Примечание. ЭИ — эффективность ингибирования.
1582 — эпителий почки человека. Оказалось, что грибы рода
Candida наиболее активны на клетках вагинального эпителия.
В связи с тем, что клетки вагинального эпителия оказались
наиболее чувствительной системой для тестирования адгезив-
ных свойств всех 3 возбудителей, эта система была выбрана
для дальнейших экспериментов с целью подтверждения возмож-
ности использования предлагаемого способа в системе нормаль-
ных клеток человека, инфицированных различными видами мик-
роорганизмов. Результаты представлены в табл. 75, из которой
видно, что антиинфекционная активность ПАВ зависит от воз-
будителя.
Эффективные антиинфекционные дозы ПАВ для стафило-
кокка лежат в диапазоне 1—25 мкг/мл, а для псевдомонад —
в дозе до 25 мкг/мл.
4.2. ВЛИЯНИЕ ПОЛИМЕРОВ
НА ЛОКАЛИЗАЦИЮ ИНФЕКТА В РАНЕ
Ранее (см. гл. 1) была показана способность катионных по-
лиэлектролитов кооперативно связываться с клетками. Это
приводит к изменению заряда клетки и ее электрофоретической
подвижности, а следовательно — к способности проникать
206
в ткани. Специальные эксперименты, проведенные нами с ис-
пользованием флюоресцеина, ковалентно присоединенного к со-
полимеру винилпирролидона с виниламином, подтвердили эф-
. фективное связывание полимеров с бактериальными клетками.
После 30-минутного прокрашивания в соответствующих раство-
рах красителя и отмывания дистиллированной, водой, в люми-
несцентном- микроскопе четко видна разница в окраске. Клетки,
окрашенные водным раствором флюоресцеина, практически не
видны, краситель отмылся, а клетки, прокрашенные послед-
ним, присоединенным к полимеру, не потеряли краситель. Этот
феномен был использован нами для создания локализованного
* инфекционного очага в тканях экспериментальных животных,
необходимого для йзучения’ местного (химиотерапевтического)
действия различных антимикробных препаратов и средств.
4 Недостатком известных способов локализации инфекта в тка-
нях животных является то, что образование гнойно-некротиче-
ского очага или абсцесса при подкожном введении сопровожда-
ется генерализацией, распространением инфекции в другие
ткани и органы.
Возможность локализовать инфект и предупреждать его ге-
нерализацию-у животных выявлена нами [Афиногенов Г. Е.
и др., 1985] с помощью катионных полиэлектролитов — йодмети-
лата полй-N, N-диэтиламинОэтилметакрилата (I), йодмётилата
поли-2-винилпиридина (II), сополимера N-винилпирролидона
с виниламином (Ш) и целновокаина (IV)—соли новокаина
с карбоксиметилцеллюлозой.
1 Введение микробов (стафилококка или кишечной палочки)
в растворе полимеров белым мышам в 2—3 раза увеличивает
обсемененность очага на всех сроках наблюдения и более чем
в 10—30 раз уменьшает проникновение микробов в кровь по
сравнению с введением микробов на физиологическом растворе.
* Через 48 ч после введения полимерных композиций стафило-
кокк в крови не определялся (табл. 76). Через 5 дней после ин-
фицирования крыс макроскопически локализованные гнойники
обнаружены только у животных, где использована полимерная
композиция (табл. 77).
Гистологические данные свидетельствуют о том, что введе-
ние одних полимеров • не вызывает воспалительной реакции
в мягких тканях животных. Введение взвеси микробов в изото-
ническом растворе натрия хлорида вызывает слабую разлитую
воспалительную реакцию соединительной и мягких тканей,
а в растворе полимеров — образование локализованных гнойни-
* ков с обширной зоной инфильтрации лейкоцитами и некрозом
мышечных волокон (табл. 78).' 1
Выявленный эффект локализации инфекта катионными по-
лиэлектролитами и целновокаином дает возможность использо-
вания их при создании локализованной инфекции в экспери-
менте. Полученные данные свидетельствуют о способности
ам
Таблица 77
CD
t-
Обсемененность стафилококком (штамм 1582) мягких тканей бедра крыс
при создании локального инфекционного очага
(через 5 дней наблюдения)
Серия Полимер К онцентра - НИЯ ПОЛИ- мер;:, % Обсемененность (ко- личество клеток) в 0,1 мл изотопиче- ского раствори натрия хлорида, М±т
1 Контроль (изотонический 57±58
раствор натрия хлорида)
2 № 4 (целновокаин) 0,1 780+101
3 То же 1,0 680±943
4 № 3 0,01 610±205
5 Сополимер ВП : ВЫНг 0,1 313 300±2134
Микробная обсемененность (количество клеток/0,1 мл) очага
(места введения) и крови при подкожном введении инфекта
у белых мышей (М±т)
Кровь 560 ±45 670±80 о о 0 7±2 °ф
о о о
ОО г л о § о сч og о ° о
со ю О О
Оою о СО
та О’ 2S-H н -н -н-н н-н
6Г та о §-н§ о о g о о о gg ОО 2° gg
О о СО t*** О О ь-
а. 00 СО о
Ж ь* <0
X
<о сч
о >4 сэост> 00 —• СО *-*
ф О S'fi-H -н -н -ни -н-н
* неч сч 00 ю Г" ю
к X 00 ш 05 до
X
V
ч о
та СЧ о о g ° о о
та о о о _ о о о
та ggs о S S2
ч о © та S’ °й-н -н -н Й-Н •н-н
в к о 38 ± 600 о о «ф о о 2 ° 2 ° О О о о gg
S сч ш ~ ь*-л
X та 05 00 сч ~ Ь-
О
в
о о
X «4 о <со5 СО СЧ ТГ
Л О О. оы 4| х-нЗ -н 00 -н сч -н-н о -н-н
~~S rf 00 о сч LO —
о
<0 о oog О О О о о о О о gg Sg -t4 О
Бн О о о Ю ’ч
та 9 -н •н •н -н-н -н-н
О 2! ± 000 § о § gg ь- о 2 ° 2 ° О о
тг т сч 00 о Ь,
со <0 <0
Г>М
ю © СО СО СО СО
сх □ — 2
X X £ о V £ о £ о
s р ° О 3 о 3 W
СО со «в СО
о . и .и .щ
о н сл <л сл СЛ
с о о о о о о о о
4 «иН ^Н W-4
. « •
и х х та W-4
.§ х =г 5 °-гР ° <U <0 О 2е « -ГР.С S 0,0 0*0 1*0 10*0 1,0 1,0
А 6 к м2*
о. s
ф
2 X . iy И {Э ж «о
5 3 о s 2 <и Ч
к Ечт «в
Е s O.Q.
о # о О S НН им НН ни > ин
20t
полимеров катионного типа локализовать инфект в тканях жи-
вотного за счет электростатического связывания с микробными
клетками и их удержания в месте введения.
Способность полимеров локализовать инфект в ране позво-
лила разработать в эксперименте способ моделирования хро-
нического остеомиелита трубчатых костей у кроликов.
После фиксации кроликов на операционном станке в положении на
спине им подкожно вводили 1 мл 2,2 % раствора промедола и после подго-
товки операционного поля с соблюдением условий асептики инфильтрировали
мягкие ткани в верхней трети голени кролика 7—10 мм 0,5 % раствора но-
вокаина. По передненаружной поверхности в верхней трети голени дугооб-
разным разрезом длиной 3—4 см обнажали в области бугристости больше-
берцовую кость. Резецировали участок кортикальной стенки большеберцо-
вой кости размером 6X7X8X10 мм. Содержимое костномозгового канала
в проекции отверстия удаляли. Затем суточную бульонную культуру золо-
тистого стафилококка (500 млн — 1 млрд микробных тел) смешивали с 1—
1,5 мл 1—3 % раствора целновокаина или 0,1—0,2 % раствора сополимера
N-вииилпирролидона с виниламином и вводили с помощью шприца и изо-
гнутой иглы в костномозговой канал большеберцовой кости па уровне резе-
цирования участка. Последний укладывали на место и подшивали кетгуто-
вой лигатурой. Рану послойно ушивали и накладывали лонгетную гипсовую
повязку. Основной задачей этого способа моделирования остеомиелита яв-
лялось получение локализованного гнойного очага без генерализации инфек-
ции. Такой отграниченный гнойный очаг в кости был получен. Предложен-
ный способ моделирования хронического остеомиелита трубчатых костей
с помощью полимеров обеспечивает получение модели заболевания с дли-
тельным течением, без генерализации, патогенетически л клинически близ-
кой к хроническому остеомиелиту человека. По данной методике проопериро-
вано 96 кроликов, у 95 из них (99%) получен хронический остеомиелит.
Универсальность способности полимеров локализовать ин-
фект подтверждена нами при экспериментальном воспроизведе-
нии пневмонии у белых крыс при интратрахеальном заражении.
В эксперименте использовали целновокаин и сополимер N-ви-
нилпирролидона с виниламином как в чистом виде, так и в со-
четании с синегнойной палочкой в дозе 100 млн микробных тел.
14—16 209
00
«s
co
sf
s
Характер патоморфологических изменений в мягких тканях бедра у белых мышей при создании локального стафилококкового инфекционного очага (5-й день наблюдения) Заключение Слабое разли тое воспале- ние Отграничен- ный гнойник 1 ! I
В мышечной ткани пролифе- рация ь леток сарколем- мы + + 4-4-4- + + 4-4-
регенера- ция + + + + +
дистрофия (Д), нек- роз (Н) | _l + 4* 4* 4* ‘ + + 4-4- X + + + + X ххх ч tf Ч Ч
В соединительной ткаии грануля- ционная ткань + i 4-4-4- + 4* 4* 4*
о X. X S S + + 4-4*4* + + 4-4-4-
зона ин- фильтра- ции лей- коцитами 1 + + _1_ 4- 4- + + t + 4- 4- + ± 4- + + + +
пролифера- ция соеди- нительной ткани + + , + + + + Т + + + 4- Т + + + + +
Концент- рация полимера 1 0,1 1,0 0,01 ; 0,1 1
Полимер Контроль (изото- нический раствор натрия хлорида) № 4 (целново- каин) То же № 3 № 3 Сополимер ВП: •. bnh2
Примечание. (4*)—незначительное наличие признака, но не у всех животных данной серии; (4*4*)—незна-
чительное наличие признака у всех животных данной серии; (4*4*4*) н ( + 4*4*4*)—значительное наличие признака.
210
Взрослым белым крысам-самцам под эфирным наркозом производили
разрез кожи шеи, обнажали трахею, в просвет которой с помощью шприца и
иглы вводили по 0,5 мл испытуемой взвеси. После этого крыса в течение
нескольких минут находилась в вертикальном положении, затем накладывали
несколько швов.
В результате проведенного исследования было установлено,
что высокие концентрации обоих испытуемых препаратов (3 %
и 0,3 % растворы целновокаина, 0,5 % и 0,05 % растворы ка-
тионного полиэлектролита) приводят к появлению на 2-е сутки
в легких неравномерной воздушности и умеренной лимфо-лей-
коцитарной инфильтрации легочной ткани, сходной с наблю-
даемыми при мелкоочаговых пневмониях. При введении испы-
туемых веществ в меньших концентрациях (0,1 % для целново-
каина и 0,01 % Для катионного полиэлектролита) выявленные
в легких всех исследованных животных изменения в виде не-
равномерной воздушности были незначительными. Это позволило
использовать эти концентрации веществ для их совместного
введения с синегнойной палочкой. При введении испытуемых
веществ совместно с синегнойной палочкой и при вве-
дении синегнойной палочки в той же концентрации на физио-
логическом растворе было установлено, что общий характер
морфологических изменений, наблюдаемых в этих группах, схо-
ден и заключается в дистрофических изменениях бронхиального
эпителия, неравномерном полнокровии и воздушности, умерен-
ной, диффузной нейтрофильной инфильтрации легочной ткани.
Микробы, по данным гистобактериоскопического исследования,
в умеренном количестве диффузно располагались в обоих лег-
ких. В группе с введением синегнойной палочки вместе с испы-
туемыми веществами, особенно отчетливо при введении целно-
вокаина, выявлялись очаги площадью до 0,2X0,4 см (при ис-
пользовании катионного полиэлектролита — меньшей площадью)
безвоздушной ткани, которая при гистологическом исследова-
нии оказалась довольно плотно инфильтрированной нейтро-
фильными лейкоцитами; альвеолы в этих зонах были спавши-
мися, гистобактериоскопически выявлялось большое количество
синегнойной палочки.
Сополимер N-винилпирролидона с виниламином при интра-
трахеальном введении обладает выраженной способностью при-
водить к спадению легочной ткани. В том случае, если их кон-
центрации не превышают соответственно 0,1 и 0,01 %, наблю-
даемые в легких изменения могут быть легко отграничены
от пневмонии. При введении испытуемых веществ совместно
с синегнойной палочкой, наряду со слабовыраженными воспа-
лительными изменениями, сходными с наблюдаемыми при вве-
дении культуры того же штамма на физиологическом растворе,
выявляются (особенно при использовании целновокаина) от-
четливо выраженные очаги локализованной инфекции.
Морфологическое и микробиологическое исследования бак-
14* 211
териальной обсемененности ожоговой раны и механизма про-
никновения микробов в кровяное русло провели Д. С. Саркисов
и соавт. (1986). Исследованию были подвергнуты различные
участки ожоговой поверхности у 7 больных — струп, нагнаи-
вающиеся ткани под ним, вялотекущие грануляции, участки
некроза. Проведенное исследование показало, что особенно
большое количество жизнеспособных микробных клеток обна-
руживается в струпе (107—109). Часть из них обладает способ-
ностью к размножению, о чем авторы судили но включению
3Н-тимидина этими клетками. В меньшем количестве микробы
встречаются в гнойных массах под струпом (106—108) и еще их
меньше в грануляционной ткани (104—10й). Электронно-радио-
автографическое исследование показывает, что микробные клет-
ки в значительных количествах могут локализоваться в непо-
средственной близости от мельчайших кровеносных сосудов,
в их стенке и в их просвете.
Аналогичные данные о проникновении микроорганизмов
в кровеносное русло получены этими авторами в эксперимен-
тальных исследованиях с подкожной имплантацией животным
марлевой салфетки, пропитанной взвесью культуры синегной-
ной палочки. При гистологическом анализе определялся воспа-
лительный инфильтрат, состоявший из полиморфноядерных
лейкоцитов (ПМЯЛ), и, нередко, эритроцитов. Одновременно
с воспалением отмечали инвазию бактерий в подкожную клет-
чатку, как уже было отмечено в наших исследованиях [Афи-
ногенов Г. Е., 1985]. Наибольшая концентрация их — в местах,
ближайших к трансплантатам. Распространение микробов
вглубь шло по ходу лимфатических щелей — главным образом
в периваскулярных пространствах. Появление микробов
в периваскулярном пространстве сопровождалось возникнове-
нием в просвете кровеносного сосуда лейкоцитарного или эри-
троцитарного стаза, а вокруг сосуда — «муфты» из ПМЯЛ
с примесью макрофагов. При электронно-микроскопическом
исследовании авторами выявлены последовательные стадии
разрушения ПМЯЛ и макрофагов с нахождением в цитоплазме
этих клеток бактерий. Возникала несостоятельность фагоци-
тарного барьера, связанная с недостаточной лизосомальной ак-
тивностью дистрофически измененных ПМЯЛ и макрофагов,
а также с полным разрушением этих клеток. Данное исследо-
вание показало литическое действие бактерий на коллагеновые
волокна и цитоплазму жировых клеток. Следовательно, эти
структуры, так же как и лимфатические щели, могут счи-
таться «проводниками» для распространения инфекции в мяг-
ких тканях. Выявлены деструкция и нарушение межклеточ-
ных контактов сосудистой стенки, базальных мембран, а также
деструктивные изменения эндотелиоцитов. Бактерии прони-
кают в кровеносное русло как через щели и полости, образо-
вавшиеся в результате повреждения структурных компонентов
212
сосудистой стенки, так и непосредственно сквозь цитоплазму
полуразрушенных или погибших энлотелиоцитов. Д. С. Сарки-
сов и соавт. (1986) высказали предположение, что попаданп°
возбудителей сепсиса в общий кровоток происходит по меха-
низму микроэмболизма — в местах стыка тромбированных
участков микроциркуляторного русла, содержащих микообы,
с участками, где циркуляция крови продолжается.
В патогенезе гнойно-воспалительных процессов различной
локализации трудно переоценить значение лимфатической си-
стемы. Известно, что неповрежденные кровеносные капипляпы
большинства органов и тканей малопроницаемы для вешеств.
имеющих относительную молекулярную массу выше 20000. Про-
ницаемость лимфатических капилляров значительно выше,
в связи с чем высокомолекулярные вещества, в частности
белки, продукты распада клеток и другие крупнодисперсные
взвеси из очага повреждения или воспаления резорбируются
главным образом в лимфатические сосуды. Аналогичным обра-
зом проникают в лимфатическую систему внедрившиеся в тка-
ни микроорганизмы и их токсины, некоторые вирусы [Малек П.,
1963].
Основываясь на исследованиях, согласно которым микообы
из очага воспаления попадают в кровяное русло только ч^рез
лимфатическую систему, И. В. Ярема и соавт. (1979) предполо-
жили и подтвердили в условиях эксперимента и клиники воз-
можность подавления гноеродных бактерий, если вводите
антибиотики непосредственно в лимфатическую систему. Тера-
певтический эффект от эндолимфатической терапии, по мнение
авторов, зависит от двух факторов: 1) от непосредственного воз-
действия антибактериальных препаратов на микроорганизмы
в лимфоузле и лимфатических сосудах и 2) от повышения им-
мунологической активности Т- и В-лимфоцитов в лимфатической
системе.
В связи с вышеизложенным, на наш взгляд [Афиноге-
нов Г. Е. и др., 1984], весьма перспективно использование лим-
фотропных водорастворимых полимеров и полимерных анти-
септиков, способных локализовать (сорбировать) возбудителей
в ране, подавлять их адгезивность, способность колонизовать
эпителий и продуцировать токсические вещества, а при нали-
чии последних — детоксицировать их.
Такими свойствами обладает разработанный нами полимер-
ный антисептик катапол (см. гл. 3).
213
4.3. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПОЛИМЕРНЫХ
АНТИМИКРОБНЫХ ПРЕПАРАТОВ
И ПОКРЫТИЙ В ХИРУРГИИ
Методы предупреждения инфекции ран с помощью антимик-
робных веществ Е. Lowbury (1975) подразделил на: 1) предуп-
реждающие контаминацию больных и их тканей микроорга-
низмами («первая линия защиты»); 2) предупреждающие
проникновение микробов в ткани и кровяное русло ран, уже
контаминированных бактериями («вторая линия защиты»).
Клиницисты, применяя антимикробные препараты, как пра-
вило, рассчитывают только на их бактерицидную и бактериоста-
тическую активность. По-видимому, это не совсем правильно,
так как при этом не учитывается механизм развития в ране
инфекционного процесса на ранних его этапах.
Как мы полагаем [Афиногенов Г. Е., 1984], антисептики
будут эффективными, если они способны предупреждать ад-
гезию (прилипание) микробов к тканям раневого ложа, лока-
лизуют инфект в ране и предупреждают его распространение
через лимфатическое и кровеносное русла, подавляют факторы
патогенности бактерий, способствующие колонизации и инва-
зии последних; проявляют длительный антимикробный эффект;
усиливают действие антибиотиков и различных физических Фак-
торов (ультразвука, постоянного электрического тока, лазера).
В качестве средств «первой и второй линий защиты» в на-
стоящее время широко используются полимерные антисептики
и антимикробные материалы [Федоровская Т. С., 1987]. На ос-
нове их применения может быть предложен комплекс мер:
уборку помещения, дезинфекцию воздуха, санацию бактерионо-
сителей, придание антимикробной активности хирургическим
маскам, перевязочному материалу, одежде хирургического пер-
сонала и больного, нательному и постельному белью, обра-
ботку рук хирурга и операционного поля. Например, растворы
метацида используют для обеззараживания белья, помещений,
предметов обстановки при кишечных и капельных инфекциях
бактериальной этиологии [Лиманов В. Е., 1982]. Белье замачи-
вают в 0,5 % растворе метацида на 30—60 мин из расчета 4 л
раствора на 1 кг сухого белья. Затем белье стирают и пропо-
ласкивают. Пол, стены, мебель двукратно протирают ветошью,
смоченной в 1 % растворе метацида из расчета 150—200 мл
раствора на 1 м2 поверхности или орошают из расчета 300 мл
на 1 м2 поверхности. Препарат эффективно снижает микробную
обсемененность воздуха больничных помещений. Через 30 мин
после распыления препарата пребывание людей в обработанном
помещении становится безопасным.
В настоящее время у нас и за рубежом ведется активный
поиск средств борьбы с внутрибольничной инфекцией. Решении
этой проблемы особенно важно для лечения больных с ослаб-
214
ленной иммунной реактивностью, например больных, перенес-
ших операцию трансплантации почки, которые подвергаются
иммунодепрессивной терапии, больных гематологических кли-
ник, родильниц и др. Одним из основных источников инфекции
у больных хирургических клиник и родовспомогательных уч-
реждений может служить аутофлора кожи, которая в ослаблен-
ном организме способна приобретать патогенные свойства.
В соответствии с существующими представлениями [Афиноге-
нов Г. Е., Блинов Н. П., 1987], большая часть внутрибольнич-
ных, в частности послеоперационных, инфекционных осложне-
ний имеет эндогенное происхождение. Накопление микрофлоры
на коже родильниц может привести к возникновению инфек-
ционного процесса и переходу его в клинически выраженное за-
болевание (мастит или фурункулез). Главным путем передачи
стафилококковой инфекции является воздух палат, куда попа-
дают стафилококки не только из носоглотки, но и с кожи
больного, а также с нательного и постельного белья. Поэтому
снижение микробной обсемененности кожных покровов больных
является одним из важных факторов борьбы с внутрибольнич-
ной инфекцией.
По мнению A. Kaul и J. Jewett (1981), среди многочислен-
ных препаратов, применяемых в хирургии в качестве анти-
септиков для подавления микрофлоры кожи как одного из ос-
новных источников госпитальной инфекции, в настоящее время
имеют определяющее значение: 1) гексахлорофен (хлорирован-
ный бисфенол), обладающий сильным бактериостатическим дей-
ствием; при pH 5,5—6,0 он эффективен против грамположи-
тельной флоры, включая стафилококки; позитивное значение
имеет и тот факт, что остаточное ингибирующее действие пре-
парата сохраняется в течение нескольких дней, однако гекса-
хлорофен менее активен в отношении грамотрицательной флоры
и бактериальных спор; 2) полаксамер — йодин (комплекс
йода с поливинилпирролидоном-188) и повидон-йодин (смесь
йода с поливинилпирролидоном); среди йодофоров, представляю-
щих собой комплекс йода и поверхностно-активных полимеров,
эти препараты получили наибольшее распространение; 3) бенз-
алкония хлорид (соль четвертичного аммониевого основания),
эффективный в отношении грамположительных, грамотрицатель-
ных микробов, некоторых грибов и простейших; 4) биглюконат
хлоргексидина.
На протяжении последних 20 лет были исследованы анти-
микробные материалы на основе модифицированной целлюлозы
[Кощеев В. С. и др., 1987], содержащей химически связанные
бактерицидные и фунгицидные вещества, в том числе катионы
металлов, галоиды, производные фенола, четвертичные аммо-
ниевые основания, металлоорганические соединения, соединения
нитрофуранового ряда, антибиотики и некоторые другие анти-
септики [Плоткина Н. С., Богомолова Н. С., 1982; Лихачева Н. П.
215
и др., 1985]. В частности, исследовали ткани, содержащие сле-
дующие химически связанные антимикробные препараты: нео-
мицин (20000 ЕД/г), йод (10 %), медь (2 и 3,5 %), N-цетил-
пиридиния хлорид (2 %) и серебро (2,5 и 6 %). Было установ-
лено, что ткани, содержащие серебро, подавляют рост всех
исследованных штаммов (стафилококк, синегнойная палочка,
Е. coli, протей, грибы рода Candida). Неомицин подавляет рост
стафилококка, протея и Е. coli, однако не влияет на синегной-
ную палочку и грибы рода Candida. Ткани с медью, йодом п
N-цетилпиридинийхлоридом оказались эффективными ио отно-
шению к стафилококку, синегнойной палочке, Е. coli, протею,
однако эти ткани плохо подавляли рост грибов рода Candida.
Высокую антимикробную активность показали также голи-
винилспиртовые волокна с химически связанными нигрофурн-
лакролеином, неомицином, стрептомицином и полипропиленовые
нити с фурагином [Плоткина Н. С. и др., 1972].
Клинические испытания [Кощеев В. С. и др., 1987] выявили
выраженный антимикробный эффект тканей из модифицируя!! -
ной целлюлозы, содержащих химически связанные ионы меди
и серебра, гексахлорофен (ГХФ). После использования анти-
микробных тканей наблюдалось резкое снижение общей бакте-
риальной обсемененности и числа колоний гемолитического ста-
филококка на коже больных по сравнению с исходными пока .а
телями, а инфицированность кожи усле применения обычного
белья возрастала в среднем на 52,8—68,5 %. Изделия из ткани,
содержащей ионы серебра, вызывали снижение общего числа
колоний на коже в среднем на 83,7—88,1 %, а гемолитических
форм стафилококка — на 86,5 % по сравнению с исходными
данными. Изделия из ткани, содержащей ионы меди, способ-
ствовали уменьшению общей микробной обсемененности кож-
ных покровов на 90,1—91,8 %, при этом число колоний гемо-
литического стафилококка уменьшилось в среднем на 88 %.
Обсемененность нательного белья, изготовленного из модифици-
рованной целлюлозной ткани с(4±0,5)% химически связанного
ГХФ, снижалась на 75—77 %, а число колоний гемолитического
стафилококка уменьшалось на 75,5 % по сравнению с контро-
лем.
При использовании белья из антимикробной ткани в родо-
вспомогательных учреждениях, хирургических и гематологиче-
ских клиниках [Кощеев В. С. и др., 1987] микробная обсеменен
ность кожи снижалась в 4—7 раз по сравнению с контамина-
цией кожи у контрольной группы больных, причем количество
гемолизирующего стафилококка уменьшалось в большей сте-
пени, чем общее количество микроорганизмов. Снижение мик-
робной обсемененности наблюдали, как правило, уже в 1-е
сутки после начала применения антимикробного белья. Следует
отметить, что микробная обсемененность нательного и постель-
ного белья из антимикробной ткани также была в несколько
216
раз меньше, чем белья из обычной ткани. Использование анти-
микробного белья предотвращало рассеивание микроорганиз-
мов в окружающую среду; количество микроорганизмов в па-
, латах, оснащенных антимикробным бельем, было в 2—3 раза
ниже, чем в палатах с обычным бельем.
Значительный интерес представляет использование антимик-
робных целлюлозных волокнистых материалов для борьбы
с грибковыми заболеваниями. В обзоре [Вирник А. Д. и др.,
1986] показано, что целлюлозные волокнистые материалы, со-
держащие ГХФ, ртутьорганические соединения и некоторые дру-
гие антимикробные вещества, обладают активностью по отно-
шению к патогенным грибам, вызывающим микозы стоп.
На основании бактериологических исследований обсеменен-
ности марлевых (4 слоя) хирургических масок показано, что
маски по истечении 3 ч использования в 100 % случаев были
* обильно обсеменены микроорганизмами, причем в 17% слу-
чаев— синегнойной палочкой [Владимиров Н. И., Афиногенов
I Г. Е., 1984]. По данным J. Feagin (1979), современные маски
редко бывают эффективны более 1 ч, особенно если они не за-
крывают угол челюсти — один из самых контаминированных
участков тела. Для придания антимикробной активности хирур-
гическим маскам мы применяли биглюконат хлоргексидина
в разведении 1 :1000. Чистые марлевые хирургические маски
замачивали в растворе хлоргексидина на 30—40 мин, после чего
отжимали, подсушивали и автоклавировали при 0,5 ати
15 мин. Приготовленные таким образом маски сохраняли бакте-
। рицидную активность в течение 7—8 ч.
При экспериментальном инфицировании обработанных рас-
твором хлоргексидина масок тест-культурами золотистого стафи-
лококка, синегнойной палочки и Е. coli с последующей инку-
бацией в термостате при 37°C в течение 24 ч число выросших
< колоний было в 1000 раз меньше, чем в контроле (маски, обра-
ботанные только автоклавированием), и составляло 10—102
микробных тел на маску. Особого внимания заслуживает высо-
кая антимикробная активность тканей, пропитанных хлоргек-
сидином, в отношении грамотрицательных патогенных бактерий.
Таким образом, применение поверхностно-активного антисептика
хлоргексидина биглюконата для придания антимикробной ак-
тивности марлевым хирургическим маскам обеспечивает их дли-
тельную бактерицидную активность, увеличивает время исполь-
зования масок в 2—3 раза, что позволяет обеспечить медицин-
ский персонал индивидуальными масками в течение рабочего
* дня. При этом снижается возможность инфицирования воздуха,
объектов внешней среды и раневых поверхностей.
Нами [Афиногенов Г. Е. и др., 1988] изучена возможность
( использования для этих целей химически присоединенного хлор-
гексидина и его полимерного аналога — метацида (табл. 79).
Оказалось, что маски с химически присоединенным хлор-
217
L---------------------------------------------------------------------
Таблица 79
Сравнительная оценка эффективности хирургических масок из марли
с антисептиком, химически присоединенным к привитому сополимеру
целлюлозы и полиакриловой кислоты *
Антисептик Способ обра- ботан марли антисептиком Время н оше- ния маски, ч Коли- чество иссле- дова- ний Микробная обсемененность (КОЕ на чашке П'тои) поверхности маски с кровяным агаром
лице- вой внеш- ней гемо- лиз эрит- роци- тов жалоба ис- ‘ питателей
Контроль Без обработки До 3 10 245 243 Нет
Хлоргекси- Пропитка вод- >3 До з 10 10 143 1 151 1 +++ »
ДИН, 8 % То же ным раство- ром То же >3 10 1 1 »
Хлоргекси- Химическое До 3 10 2 0 + »
дин, 3,8 % Хлоргекси- присоединение То же >3 До з 10 10 24 38 15 28 + + +
дин, 6,4 % Метацид, 6,7 % Метацид, Пропитка вод- ным раство- ром (относи- тельная мо- лекулярная масса 10 000) Химическое >3 До 3 10 10 10 202 37 140 -г + + »
9 % То же присоединение До 3 >3 10 10 2 71 1 51 Раздраже- ние кожи и слизистых оболочек
Метацид, То же До 3 10 22 28 — Нет
4,3 % 1 >3 10 5 41 — »
* Образцы марли получены от д-ра химических наук А. Д.
Вирника.
гексидином (3,8 %) по бактерицидной активности не уступают
таковым, пропитанным 8 % водным раствором этого ПАВ, но
фактически не проявляют гемолитической активности. Это сви-
детельствует о том, что маски с этим антисептиком, химически
присоединенным к привитому сополимеру целлюлозы и поли-
акриловой кислоты, обладают меньшей токсичностью и сохра-
няют антимикробный эффект при меньшей (в 2 раза) кон-
центрации ПАВ. Аналогичное использование метацида также
перспективно.
R. Cruse и R. Foord (1980) подчеркивают необходимость
тщательной подготовки кожи к операции. В группе больных, ко-
торые перед операцией принимали душ и пользовались гекса
хлорофеновым мылом, частота случаев нагноения составила
1,3 %, а в группе больных, не принимавших душа, частота на-
гноения увеличилась до 2,3 %. Авторы сообщают о преимущест-
218
вах использования современных антисептиков для подготовки
кожи. Если при 10-минутной обработке кожи зеленым мылом
с последующей обработкой спиртом частота нагноений соста-
вила 2%, то при применении йодофора (повидон-йодина) с по-
следующей обработкой хлоргексидином (гибитаном) в течение
3 мин частота нагноений снизилась до 1,6 %. Аналогичные ре-
зультаты приводит J. Smith (1979): при использовании зеленого
мыла и спирта на 12849 операций имелось 2 % случаев нагное-
ний после «чистых» операций; во второй группе (1810 опера-
ций) кожу больных незадолго до операции обрабатывали пови-
доН-йодином, а в операционных смазывали хлоргексидином, ча-
стота нагноений после «чистых» операций в этих условиях сни-
зилась до 1,2 %.
М. Ritter и соавт. (1980) при 310 операциях артропластики
тазобедренного сустава сравнили эффективность 8 активных ан-
тисептиков, предназначенных для обработки операционного поля:
гексахлорофена, трихлозана и 6 йодофоров (повидон-йод 1. 2, 3,
полаксомерйод в растворе и аэрозоле, комплекс йода с ионил-
феноксиполиэтилоксиэтанолом). Число колоний микпоорганиз-
мов после обработки повидон-йодом-2 снизилось на 79,6 % гек-
сахлорофеном— на 92,7 %, остальными препаратами—более
чем на 98%. Важно подчеркнуть, что в конце операции сте-
пень контаминации кожи не возросла (за исключением случая
применения трихлозана), а при использовании гексахлоро-
фена— даже уменьшилась. Таким образом, использован’те йодо-
фора обеспечивает дезинфекцию операционного поля в доста-
точной степени. Авторы отмечают определенные преимущества
аэрозольных препаратов за счет удобства работы с ними.
В. И. Вашков и соавт. (1967) получили и изучили бактери-
цидную активность 22 образцов йодофоров на основе носителей,
выбранных из групп неионогенных, анионных и катионных ПАВ.
Среди изученных препаратов отобраны анионактивные соедине-
ния— поливинилпирролидон-йод и сульфонол-йод, удовлетво-
ряющие всем требованиям, предъявляемым для антисептиков
кожи. Эти йодофоры были рекомендованы для клинических ис-
пытаний в качестве антисептиков в случаях предоперационной
обработки рук хирурга и операционного поля.
Отечественный поливинилпирролидон-йод (йодопирон) с ус-
пехом применяется в хирургии: в качестве кожного антисептика
для обработки рук хирургов — 0,1 % водный раствор (по актив-
ному йоду), для обработки операционного поля локтевых сги-
бов доноров—1 % раствор [Лиманов В. Е., 1982].
В качестве антисептика йодопирон применяли для обезза-
раживания рук хирургов, хирургических перчаток, локтевых
сгибов доноров и кожи больных перед оперативными вмеша-
тельствами и после операции. Во всех случаях отмечена высо-
кая эффективность препарата. Ни у одного больного не обна-
ружено послеоперационных осложнений. Бактериологический
219
Таблица 80
Эффективность обработки кожи рук антисептиками
Антисептик Число Время об- работки, мип/число сразу после об- работки Рост микрофлоры, % через
1 ч 1 - 4 1 3 ч
с 5с ле до- данных повтор- и х обра- Кол ич ест RO исследований
•Зоток 100 50 50 25
Первомур, С-4 20 1/25 4 6 8 12
Катапол, 10 3/25 6 6 9 10
0,5 % раствор Катапол, 20 5/25 5 5 7 9
0.5 % раствор
контроль показал полную стерильность при обработке 0,1 — 1 %
растворами препарата в 99,8 % случаев. Йодопирон не вызы-
вал побочных явлений, не раздражал кожу. Больные и обслу-
живающий медицинский персонал легко переносили препарат
(в отличие от спиртового раствора йода). После операции
йодопирон применяли следующим образом: на послеоперацион-
ные швы, дренажные отверстия и т. п. накладывали салфетки,
пропитанные препаратом. Ни в одном случае не отмечено об-
щей аллергической реакции или местно-раздражающего дейст-
вия при применении препарата в течение 2—3 нед. В ряде
случаев применение йодопирона позволило продлить пребыва-
ние дренажей в ране до 3 нед без развития местной реакции
тканей на пребывание дренажа, чего трудно добиться при ис-
пользовании традиционных антисептиков. Препарат с успехом
также применяли при туалете кожи после катетеризации сосу-
дов, подготовке раневой поверхности к аутодермоплас тике
и т. п.
При сравнительной оценке аналогичной эффективности дру-
гого полимерного антисептика — 0,5 % раствора катапола—
выявлены следующие закономерности (табл. 80). Эффекдш-
пость катапола сразу после обработки рук хирургов был? до-
статочно высокой, в 94—95 % случаев посевы были стерильны
(при применении первомура — в 96%). Стерилизующий эффект
катапола практически был одинаков при 3- и 5-минутной экспо-
зиции. Во всех случаях число проростов посевного материала
(имелся рост эпидермального стафилококка) увеличивалось по
мере удлинения времени операций: от 6 до 12 % в случаях при-
менения первомура, от 5 до 10 % —катапола. У 2 человек из 20
(10%), обработавших руки первомуром и у 3 из 30 (10 %)
после обработки рук катаполом отмечено местное раздражаю-
щее действие препаратов в виде покраснения и пощипывания
220
Таблица 81
Эффективность обработки кожи локтевых сгибов антисептиками
Ahi исептик чсст:. ;; с - доза- ншЧ Наличие и от- сутствие (—) мик- рофлоры после обработки кожи, число случаев Обсемененность и видовой со- став выявленной микрофлоры
-1- обсеме- ненное гь клетик/мл Вид %
Контроль (6f+ снгисентика) 20 25 25 20 (100 %) 03,5+13,2 Staphylococ- cus ep'derml- dis Bacii'ns sp. 80 20
80 % растьэр этанола S (32 'М 17 (03 %) 0,8+1) ,4 » » 100
1 % водный рас- твор катапола 4 (10 %) 21 (R-1 %) 0,Н±0,3 » » too
1 % раствор кт- тлпола г, '() ", гт,1- нолс 25 0 23 (100 %) — » » —
кожи. Эти явления развились после первых 1—2 обработок, что
свидетельствует скорее о непереносимости кожи рук к данным
препаратам, чем о развитии аллергических реакций. Каких-либо
общих аллергических реакций не было выявлено.
Кожу локтевого сгиба без предварительного мытья обраба-
тывали в течение 2—3 мин смазыванием стерильным тампоном,
смоченным 5 мл 1 % раствора катапола в 70 % этиловом спирте.
В контроле обработку кожи производили 80 % раствором эта-
нола, 1 % водным раствором катапола.
Результаты изучения эффективности обработки кожи локте-
вых сгибов приведены в табл. 81. Наиболее эффективен 1 %
раствор катапола в 70 % растворе этанола (рост бактерий от-
сутствовал в 100 % случаев). Соответствующий показатель при
применении 1 % водного раствора катапола составил 34 %, 80 %
раствора этанола — 68%. При этом необходимо отметить, что
использование катапола и этанола полностью подавляло рост
стафилококка. Таким образом, препарат катапол (0,5 % вод-
ный раствор), наряду с раствором первомура (рецептура С-4),
может быть использован в качестве дезинфицирующего сред-
ства для обработки кожи рук медперсонала. В случае необхо-
димости— через 3 ч требуется повторная обработка рук. При-
менение катапола должно быть ограниченным у лиц с повышен-
ной чувствительностью кожи к химическим агентам.
Препарат катапол (1% раствор в 70 % растворе этанола)
может быть использован в качестве средства для обработки
кожи операционного поля, а его 1 % водный раствор может
221
I
быть использован в качестве дезинфицирующего средства и за-
менить 80 % раствор этанола при обработке кожи локтевых
сгибов у доноров.
Не менее эффективны антимикробные полимеры и в каче-
стве средств «второй линии защиты» для заживления микробно
загрязненных и гнойно-некротических ран.
По данным экспериментальных исследований Л. Г. Богомо-
ловой и соавт. (1962), йодинол оказался малотоксичным при
разных способах введения (местно в рану, подкожно, перо-
рально, внутривенно, внутриартериально); он повышает фаго-
цитарную активность нейтрофилов по отношению к стафилокок-
кам, моноцитов — к кишечной палочке, что позволило рекомен-
довать его к использованию в клинической практике в дозах
до 2—3 мл на 1 кг массы тела в сутки.
Согласно проведенным морфологическим исследованиям на
! морских свинках [Курбангалеев С. М., 1985], в 1-е сутки после
I.1 введения йодинола в плевральную и брюшную полости, а также
। внутримышечно наблюдались незначительный отек, слабовыра-
женная лейкоцитарная инфильтрация, десквамация мезотели-
альных клеток, которые проходили к 6-м суткам, в отдаленные
сроки (до 1 мес) изменений в тканях не обнаруживали. При
введении под кожу в течение первых 2 сут также наблюдали
лейкоцитарную реакцию с преобладанием моноцитов и нейтро-
' филов, которая полностью исчезала к 7-м суткам. При подкож-
;| ном заражении белых мышей стафилококком, который у боль-
। шинства контрольных животных вызывал развитие инфильтра-
' тов, рассасывающихся в течение недели, введение йодинола
। через 1 и 24 ч после заражения выраженного лечебного эф-
фекта не дало, видимо, в связи с изменением его бактерицид-
ных свойств (потеря синей окраски) в тканевых средах.
j Автор использовал йодинол для лечения больных с инфи-
J цированными ранами после вскрытия флегмон и абсцессов, при
I маститах, парапроктитах, панарициях, остеомиелите, гнойных
свищах различного происхождения, трофических язвах с на-
личием вторичной инфекции, инфицированных ожогах и т. д.
Препарат применяли местно в виде смоченных в его растворе
повязок, тампонов, которые вводили в глубокие раны, и для
промывания ран и свищей. Такое лечение позволило у большин-
ства больных добиться более быстрого стихания воспалитель-
ного процесса, очищения и более быстрого заживления ран и
язв, сокращения сроков пребывания в стационаре. Следует под-
черкнуть, что при применении йодинола были необходимы еже-
дневные перевязки. Эффективным оказался йодинол у многих
больных хроническим остеомиелитом, до этого длительно и без-
успешно лечившихся антибиотиками. Повторное промывание
костных полостей указанным раствором приводило к их очи-
щению, стиханию воспалительных явлений и закрытию свищей,
часто функционировавших много лет.
222
При многократных посевах гноя из ран установлено, что
быстрее всего йодинол действует на стрептококк и Е. coli, ко-
торые нередко перестают высеваться уже после 3—4-кратного
применения препарата. Более стойким оказался стафилококк,
который, однако, исчезал в 80 % случаев при длительном при-
менении препарата. Синегнойная палочка была устойчива
к местному применению йодинола. Широкий антибактериальный
спектр йодинола позволяет в необходимых случаях начинать
лечение препаратом и до определения микрофлоры гнойного
очага, а в отдельных случаях при амбулаторном лечении об-
ходиться без соответствующего обследования. Местное приме-
нение йодинола с успехом сочетали у некоторых больных с на-
значением (парентерально и перорально) соответствующего
антибиотика, у части больных дополняли физиотерапией и дру-
гими методами согласно показаниям (переливание крови, ви-
тамины и т. д.).
Аналогичные результаты получены В. Г. Морозовым и соавт.
(1979) при лечении йодинолом более 1000 больных с различ-
ными гнойными заболеваниями, а также с ранами, заражен-
ными гнилостной и анаэробной микрофлорой. По данным ав-
торов, йодинолотерапия в значительно более ранние сроки вы-
зывает положительные сдвиги в ране, что обусловлено сильным
окислительным и бактерицидным действием препарата и су-
щественно сокращает сроки пребывания больного в стационаре.
Эффективным оказалось орошение йодинолом операционных ран
перед их зашиванием для профилактики нагноения после опе-
раций, особенно на инфицированных органах брюшной полости
(деструктивный аппендицит, холецистит и т. д.).
Singelar и Mason (1979) с успехом применили во время опе-
рации для орошения подкожной жировой клетчатки перед за-
шиванием кожи аналогичный препарат повидон-йод.
Лечение гнойных ран 1 % раствором йодопирона [Лима-
нов В. Е., 1982] проводили у больных с различными острыми
гнойными заболеваниями мягких тканей (флегмоны, абсцессы,
маститы, обострения хронического остеомиелита, длительно не
заживающие посттравматические раны, трофические язвы),
а также при сепсисе.
Раны, заполненные тампонами с йодопироном, хорошо очи-
щались от гнойно-некротических масс; на 2—5-е сутки на дне
ран появлялись хорошие грануляции. В связи с этим уменьша-
лись сроки эпителизации. Установлено уменьшение воспалитель-
ных изменений в окружности ран. Использование препарата
значительно сокращало сроки лечения гнойных ран по сравне-
нию с результатами применения других антисептических
средств (фурацилин, фурагин и др.). Например, при гнойном
медиастините заживление ран, обработанных йодопироном, про-
исходило за 18—20 дней по сравнению с 25—30 днями при ле-
чении фурацилином или другими препаратами.
223
В комплексном лечении инфицированных ран после опера-
ций на сердце Л. X. Державен и соавт. (1981) применяли
йодопирон. На открытую рану, предварительно обработанную
3 % раствором перекиси водорода, накладывали марлевые там-
поны, обильно смоченные 0,5—1 °/о раствором йодопирона. В по-
следующем чистую рану промывали растворами йодопирона
1 раз в день с наложением мазевых повязок до заживления
раны вторичным натяжением.
Обычно через 1—3 сут после начала лечения авторы отме-
чали уменьшение воспалительной реакции вокруг раны, умень-
шение отека, гиперемии, исчезновение боли. Улучшались само-
чувствие, сон, аппетит. Выделялось значительное количество
гнойного отделяемого. Через 3—4 дня после начала лечения
раны очищались от некротических масс. К 5—6-му дню появля-
лись розовые, сочные грануляции. К 15-му дню рана полностью
выполнялась грануляциями и можно было видеть островки эпи-
тел из ации.
Параллельно с улучшением общего состояния больных и
очищением раны в крови уменьшалось количество нейтрофилов,
нарастало число полнбластов и макрофагов, исчезали анемия,
лейкоцитоз, снижалась СОЭ. По мере образования грануляций
и начала эпителнзации раны происходило исчезновение микро-
флоры преимущественно за счет активного фагоцитарного про-
цесса. В то же время у больных контрольной группы при ком-
плексном лечении ран с применением фурацилина, фурагина и
других антисептиков сроки заживления удлинялись до 25 дней,
а при повторных операциях — до 35 дней.
Клиническое изучение йодопирона проводили также при ле-
чении ожоговых ран [Лиманов В. Е., 1982]. Среди лечившихся
больных, госпитализированных в 1-е сутки после ожоговой
травмы, и больных с гранулирующими ранами после глубоких
ожогов многие имели площади ожога свыше 20 % поверхности
тела. У больных с ожогами II степени препарат применяли
после туалета ран с удалением содержимого пузырей. Под пер-
вично наложенными повязками раны зажили через 7—8 дней
после травмы. Для лечения больных с ожогами II—ША сте-
пени со значительной гнойной экссудацией требовалось 7—8-
кратное применение препарата после предварительной обра-
ботки раны перекисью водорода. Заживление ран происходило
через 23—24 дня после травмы.
При ежедневном наложении йодопирона на влажный некро-
тический струп уменьшалось количество отделяемого ран, струп
подсушивался после 3—4 аппликаций. Это в комплексе с дру-
гими мероприятиями способствовало уменьшению интоксика-
ции. У взрослых больных отторжение струпа начиналось через
15—17 дней после травмы. Побочных явлений и осложнений при
применении йодопирона не выявлено.
Б. М. Да де нк- ” соавт. (1984) приведены данные о комби-
2‘.1
нированном препарате, предназначенном для лечения ожоговых
ран. Препарат содержит йодопирон и анионные ПАВ. Антимик-
робное действие этого препарата обеспечивается суммирую-
щим эффектом йодопирона и ПАВ.
Под действием ПАВ ускорялся процесс расплавления и от-
торжения струпа, что проявлялось особенно четко при исполь-
зовании препарата для очищения ожоговых ран в ванне.
Изучены водные растворы комбинированного препарата, со-
держащие 1 % йодопирона (синтезированного на новой техно-
логии) и 10 % детергента. Препарат оказался малотоксичен
при наружном применении, обладал выраженной антимикроб-
ной активностью и хорошими моющими свойствами.
Исследования Stokes и соавт. (1977) по сравнительной
оценке антибиотиков (гентамицин и линкомицин) и повидон-
йода при местном его применении при ургентных операциях на
органах брюшной полости показали их одинаковую эффектив-
ность. Однако применение антибиотика приводило к развитию
устойчивости к нему, чего не наблюдали при введении повидон-
йода, который, помимо оказания сильного бактерицидного дей-
ствия, давал пролонгированный эффект. Можно полностью
согласиться с авторами в том, что возврат к антисептической про-
филактике раневой инфекции, введенной Д. Листером, а в Рос-
сии— Н. И. Пироговым, по-видимому, в настоящее время озна-
чает правильный подход к решению проблемы. Аналогичное
мнение высказывает Gilmore (1977), который из антисептиков
на первое место по антибактериальным свойствам выдвигает
препараты формальдегида и галогенов. Испытав в эксперименте
при искусственно вызванном перитоните 2 наименее токсичных
производных этих вешеств — нокситиолин и повидон-йод, он вы-
явил преимущества последнего, который при внутрибрюшинном
введении в более концентрированном растворе, содержащем
0,1 % свободного йода, в большей степени снижал летальность
животных (мыши и кролики), не приводил к развитию спаек
в брюшной полости и не нарушал заживления раны живота
при аэрозольном применении сухого порошка. При сравнении
частоты развития послеоперационной инфекции у 450 больных
острым аппендицитом выявилось преимущество припудривания
повидон-йодом даже перед смесью таких мощных антибиоти-
ков, как неомицин, бацитрацин и полимиксин. Автором отме-
чено также существенное снижение частоты развития инфекции
после резекции кишечника при пульверизации ран повидон-
йодом. В целом, согласно данным автора, применение анти-
септиков в хирургии в настоящее время предпочтительнее, чем
антибиотиков.
Особый интерес представляет новый химиотерапевтический
препарат тауролин — бис-(1,1-диоксо-пергидро-1, 2, 4-тиа —
тиадиацинил-4)-метан [Krawzak И., Stremmel W., 1987]. Он об-
ладает выраженным бактерицидным свойством по отношению
15—16 225
к грамположительным и грамотрицательным бактериям. Тауро-
лин активен также в отношении грибов и анаэробных бактерий.
Токсичность препарата (исследованная в экспериментах на
животных) была незначительной: ЛД5о на мышах более 4 г/кг,
на кроликах — 3,6 г/кг.
Промывание брюшной полости у больных перитонитом
0,5—2 % раствором тауролина (в растворе Рингера) во время
и в конце операции через дренажи спосооствовало выздоровле-
нию 63,9 % пострадавших.
Перспективно использование препарата в составе коллагено-
вого тауролин-геля (тауролидина), содержащего также ПВП-
йод, для лечения больных с хроническим остеомиелитом [Bruck-
ner W., Pfirrmann R., 1985].
Хороший антимикробный эффект в условиях клиники про-
явил и катапол [Афиногенов Г. Е. и др., 1984, 1986; Пана-
рин Е. Ф., Афиногенов Г. Е., 1988]. Для профилактики нагное-
ний 0,5—1 % растворы катапола использовали у 380 больных
при наложении аппарата Илизарова (для профилактики на-
гноения мягких тканей в месте проведения спиц и остеомие-
лита), при первичной и первично-отсроченной хирургической
обработке тяжелых травм кисти с дефектом мягких тканей,
для промывания и орошения полостей. Для лечения гнойной
инфекции открытых ран катапол применен в виде аппликаций
(ожоговые раны и гнойные раны после механических травм
кисти и конечностей).
Клинические наблюдения показали, что катапол является
хорошим антисептическим средством при лечении гнойных ран:
после промывания, орошения, аппликации катаполом раны хо-
рошо очищались, заметно уменьшалось количество гнойного
отделяемого, улучшался вид раны и грануляций. Клинически
подмечено, что катапол эффективнее традиционно применяемых
риванола и фурацилина, особенно это касается лечения сине-
гнойной и протейной инфекций.
Бактериологические исследования показали, что микрофлора
гнойных ран в 100 % исследований чувствительна к 0,5 % — 1 %
растворам катапола. Следует отметить, что при наличии в ра-
невом отделяемом грамотрицательных микроорганизмов
(Е. coli, синегнойной палочки, протея, клебсиеллы и др.), отли-
чающихся зачастую высокой полирезистентностью ко всем ан-
тибиотикам, катапол был препаратом выбора.
Выраженный антибактериальный эффект катапола сохра-
нялся при динамическом исследовании чувствительности микро-
флоры, т. е. формирования устойчивости у микроорганизмов
к катаполу не отмечено.
Количество микроорганизмов на единицу поверхности раны
после обработки катаполом снижалось в десятки и сотни раз,
нередко после аппликации катапола на рану даже с ожоговой
поверхности роста микрофлоры не было. Раны после первичной
226
Таблица 82
Количество гнойных осложнений
при отсроченной хирургической обработке ран кисти
в зависимости от вида антисептика
Антисептик Число боль- ных Число гной- ных ослож- нений
Фурацилин 1 :5000 12 8
Хлоргексидин 1 : 400 81 10
Катапол 1 % раствор 49 2
хирургической обработки и первично-отсроченной с примене-
нием катапола, как правило, были стерильными.
Показано, что препарат с успехом может использоваться как
для профилактики 1нойной хирургической инфекции при пер-
вичной и первично-отсроченной обработке ран, так и для лече-
ния гнойных ран. Благодаря поверхностно-активным свойствам
катапол прекрасно отмывает раны, оказывая бактерицидное
действие, сводит до минимума бактериальную обсемененность
ран. Особо следует подчеркнуть губительное действие катапола
на грамотрицательную флору, которая часто устойчива ко всем
антибиотикам и антисептикам, применяемым в клинике. К до-
стоинствам препарата следует отнести его хорошую переноси-
мость больными, отсутствие побочных реакции, простоту приго-
товления рабочих растворов, а также и то, что он является рас-
творителем, что делает возможным его применение даже
с труднорастворимыми антибиотиками.
Применение катапола при обработке пострадавших с мик-
робно загрязненными ранами кисти на здравпункте и в поли-
клинике по сравнению с фурацилином привело к снижению
числа инфекционных осложнений ран в 5 раз и уменьшению
времени частичной нетрудноспособности на 6—7 дней.
Использование 1 % раствора катапола у пострадавших с тя-
желой травмой кисти позволило провести отсроченную хирур-
гическую обработку ран и улучшить исходы лечения (табл. 82).
Показаниями к отсроченному вмешательству являлись по-
вреждения кисти с обширным скальпированием кожи, размоз-
жением и сдавлением тканей, сопутствующие тяжелые повреж-
дения и заболевания, позднее поступление пострадавших [Иван-
цова Т. М. и др., 1988). При поступлении у всех больных после
анестезии производили механическую очистку кожи кисти и
предплечья щеткой с мылом под проточной водой, промывание
раны раствором перекиси водорода, остановку кровотечения,
промывание раны антисептиком, накладывали повязку с анти-
септиком. Вопрос о сроке отсроченной первичной хирургической
обработки решали индивидуально. Парентеральное введение
антибиотиков с профилактической целью не применяли.
15* 227
Анализ данных бактериологического исследования позволил
выявить следующие закономерности. В случае применения
хлоргексидина биглюконата микрофлора ран перед отсрочен-
ной хирургической обработкой не отличалась от таковой при
поступлении, суперинфицирования грамположительной микро-
флорой не выявлено, а грамотрицательной— отмечено в 4,3 %
случаев; в 20 % случаев обсемененность микрофлорой по срав-
нению с исходной увеличилась в 10—100 раз. При использова-
нии катапола получены более благоприятные результаты.
В 9,1 % случаев рост микрофлоры перед отсроченной первичной
хирургической обработкой отсутствовал. Не отмечено ни од-
ного случая суперинфицирования как грамположительной, так
и грамотрицательной микрофлорой. Перед отсроченной первич-
ной хирургической обработкой, независимо от сроков ее прове-
дения (2—10-й день после травмы и более), ни в одном случае
не отмечено увеличения количества микроорганизмов по срав-
нению с соответствующим показателем при поступлении боль-
ных; обсемененность ран микрофлорой перед отсроченной пер-
вичной хирургической обработкой была незначительной и со-
ставляла 102 кл/см2.
Таким образом, при отсроченной первичной хирургической
обработке ран кисти снижение числа гнойных осложнений мо-
жет быть достигнуто применением пленкообразующих и поли-
мерных антисептиков, которые способны подавлять первичную
микрофлору в ране и предупреждать ее суперинфицировани^
госпитальными штаммами.
Очевидный прогресс активного хирургического лечения гной-
ной раны не исключает традиционного метода местного меди-
каментозного лечения под повязкой, который экономически вы-
годен, применим в любых условиях и привлекает своей доступ-
ностью и простотой. До настоящего времени эта методика
остается основной в практической хирургии, хотя и не лишена
существенных недостатков. Главный из них состоит в том, что
используемые для повязок лекарственные средства обладают
сравнительно слабым лечебным свойством, в большинстве слу-
чаев недостаточным для подавления микрофлоры, купирования
воспалительного процесса, быстрого очищения раны от гнойно-
некротических масс [Костюченок Б. М. и др., 1986]. Основной
причиной низкой активности существующих препаратов для ле-
чения гнойных ран является однонаправленность их действия:
только осмотическое (гипертонический раствор натрия хло-
рида), только антибактериальное (антибиотики, антисептики),
только некролитическое (ферменты).
Опыт лечения более 7000 больных с различными гнойными
процессами приводит к выводу, что никакое лечебное средство
или сумма препаратов не могут заменить хирургическую обра-
ботку раны с ранним ее закрытием, но и хирургическое лечение
в большинстве случаев невозможно без местного применения
228
современных химиопрепаратов. Сложный патогенез раневого
'* процесса обусловливает необходимость дифференцированного
подхода в выборе лекарственных средств для местного лечения
гнойных ран.
* Препараты, используемые в I фазе раневого процесса, дол-
жны оказывать на рану комплексное многонаправленное дей-
ствие— антимикробное, дегидратирующее, некролитическое,
противовоспалительное, обезболивающее. Наиболее полно всем
требованиям отвечают современные отечественные мази на во-
дорастворимой полиэтиленоксидной (ПЭО) основе — «Левосин»,
«Левомеколь», 5 % диоксидиновая мазь, 10 % мазь мафенида
ацетата, «Сульфамеколь», «Диоксиколь», йодопироновая мазь,
** «Хинифурил».
При переходе раневого процесса во II и III фазы и невоз-
можности закрыть рану оперативным путем лечение должно
г проводиться препаратами, стимулирующими репаративные про-
цессы и надежно защищающими рану от вторичной инфекции.
Однако большинство лекарственных средств для лечения гра-
нулирующих ран не в полной мере соответствует этим требова-
ниям, что связано также с однонаправленностью их действия.
Рядом исследований доказано, что наиболее перспективно
при лечении гранулирующих ран применение губчатого покры-
тия из растворимого коллагена животного происхождения —
комбутека с антибактериальными присадками, а также аль-
I гипора—препарата на основе альгиновой кислоты. Рациональ-
ными являются попытки создания препаратов, обладающих
антимикробным, противовоспалительным, длительным и мягким
осмотическим свойством, обеспечивающих защиту грануляций
‘ и оказывающих стимулирующее действие на процессы регене-
рации. Таким комплексным препаратом является «Левометок-
син», в состав которого включены левомицетин или диоксидин,
, метилурацил, а в качестве основы —смесь винилина и ПЭО-400.
Перспективными лекарственными формами являются пенообра-
зующие аэрозоли с современными антибактериальными препа-
ратами [Башура Г. С. и др., 1986].
Вышеизложенное свидетельствует о перспективности ис-
пользования в качестве покрытий для ран самых различных
полимеров, обладающих полифункциональными свойствами.
Проблема лечения открытых ран и обширных ожогов явля-
ется одной из первоочередных задач, стоящих перед мировой
медицинской наукой.
* По данным американских исследователей, в США ежегодно
* повреждения кожи получают около 6 млн человек, из них
2,5 млн —ожоговые травмы. Для закрытия раневых дефектов
кожи при обширных повреждениях в настоящее время все
чаще используют временные биологические покрытия: алло-
трансплантаты (донорская кожа и кожа трупов), а также гете-
, ротрансплантаты (ксенотрансплантаты, амнион, хорион) [Ку-
229
зин М. Н., Сологуб В. К., 1986; Lamke, 1971, и др.]. Все эти
материалы имеют ряд недостатков: недостаточная стандартность,
трудности приобретения, дороговизна, сложность стерилизации
и хранения, кроме того, они обладают аллергенными свой-
ствами [Кузин М. И. и др., 1982; Pruitt, 1984]. Сложно создать
их стратегический запас на период катастроф и массовых по-
ражений.
В ряде стран ведутся исследования по созданию искусствен-
ных покрытий из различных материалов: биологических и син-
тетических полимеров, композиций из нескольких материалов
[Gebelein С., 1985; Queen D. et al., 1987].
В качестве покрытий используются однослойные пленки из
полиуретана, полиэтилена, поливинилхлорида, полипропилена,
силиконовой резины, нейлона и др. Основными недостатками
большинства из них являются токсичность материалов, плохая
адгезия к раневой поверхности, скопление раневого экссудата.
Из биополимеров чаще всего используется коллаген, кото-
рый имеет ряд положительных свойств,— дает гемостатический
эффект, стимулирует репаративные процессы, легко стерилизу-
ется, длительно хранится. Он может быть носителем различных
лекарственных веществ. Снижают эффект коллагеновых пленок
недостаточная механическая прочность и слабая сорбционная
способность, что приводит к скоплению под ними раневого экс-
судата [Queen D. et al., 1987].
Кроме пленок из указанных выше полимерных материалов,
широко применяются пористые губки. Преимущества их перед
обычными перевязочными средствами (марлей, ватой) заклю-
чаются в способности адсорбировать раневой экссудат, в их
эластичности, дешевизне, простоте применения. За рубежом
губки выпускаются на основе полиуретана, полисилоксана, по-
лиэфира и др.
Как в нашей стране, так и в других странах применяются
коллагеновые губки с фурацилином, борной кислотой, протеоли-
тическими ферментами, антибиотиками [Pruitt В., 1984; Gebe-
lin С., 1985]. В США, Японии, ФРГ и других странах ряд ис-
следователей работают над созданием 2-слойных покрытий и
заменителей кожи.
Созданы хорошие покрытия, имеющие многие из необходи-
мых свойств, такие как «Biobrane», «Hydron», антимикробные
свойства их еще недостаточны.
Покрытие на раны и ожоги должно выполнять защитные и
лечебные функции, в соответствии с которыми ему должны быть
присуши следующие свойства:
— защитные (защита ран от проникновения инфекции
извне, от внешнего механического травмирования, включая
предотвращение травмирования раны при удалении покрытия);
— абсорбирующие (покрытия должны поглощать выделяю-
щийся экссудат или(и) препятствовать экссудации, предотвра-
230
щать скопление экссудата под повязкой и уменьшать его испа-
< рение через покрытие);
— лечебные (покрытия должны препятствовать развитию
инфекции в ране, обладать анестезирующим и гемостатическим
» свойствами, препятствовать плазмопотере, совмещаться с необ-
ходимыми лекарственными препаратами, способствовать оттор-
жению некротической ткани, стимулировать заживление ран).
Кроме того, покрытия на раны и ожоги не должны быть ан-
тигенами, раздражать прилегающие ткани, должны иметь до-
статочную воздухопроницаемость, легко стерилизоваться, быть
дешевыми и простыми в употреблении.
Лечебное действие полимерных покрытий, таких как «Ор-
j Site Biobrane», заключается в осуществлении ими в основном
защитных и абсорбирующих функций — защита раны от про-
никновения и развития инфекции, ограничение плазмопотери и
гипотермии и т. д. Исключение составляют покрытия на основе
некоторых природных полимеров (альгинатов, коллагена и др.),
обладающих выраженной физиологической активностью и сти-
мулирующим действием на процесс регенерации.
Введение лекарственных веществ, и в первую очередь анти-
бактериальных средств, является мощным средством усиления
лечебного действия полимерных покрытий. Для борьбы с инфек-
цией, и особенно с срамотрицательной микрофлорой, в состав
покрытий для лечения ран и ожогов вводят антисептики (фу-
рагин, фурацилин, нитрат или сульфадиазин серебра и др.),
сульфаниламиды (ма<Ьенид или сульфомилон), антибиотики,
катионные ПАВ.
Кроме того, для уменьшения болевых ощущений пациента
* в покрытия вводят местные анестетики, для ускорения лизиса
и сокращения сроков отторжения некротических тканей — про-
теолитические ферменты. Для ускорения репаративных процес-
сов в ранах применяют также антивоспалительные агенты,
’ стероидные гормоны и тканевые стимуляторы (метилурацил,
хондроитинсульфат, альгинат натрия, коллаген, сок алоэ, сок ка-
ланхоэ).
Кроме перечисленных лекарственных средств, полимерные
покрытия могут содержать практически любые вещества, при-
годные для местного применения при лечении ран и ожогов.
Следует отметить, что характер действия лекарственных ве-
ществ, входящих в состав полимерного покрытия на раны и
ожоги, значительно отличается от характера действия тех же
I веществ, применяемых местно в традиционных лекарственных
формах. Взаимодействие лекарственного вещества с полимер-
.* ным материалом, физические свойства и структура покрытия
существенно влияют на процесс выделения лекарственного веще-
ства из материала покрытия, определяя, прежде всего, кинетику
' поступления лекарственного вещества в рану. Таким образом,
полимерные покрытия для лечения ран и ожогов являются ти-
231
личным примером терапевтических систем с контролируемым
выделением лекарственных веществ.
В покрытиях на раны и ожоги контроль над выделением ле-
карственных веществ в рапу может осуществляться теми же
способами, что и в других известных типах терапевтических
систем. В этом смысле описанные в литературе покрытия для
лечения ран и ожогов могут быть подразделены на следующие
основные виды: покрытия, выделяющие лекарственное вещество
за счет его диффузии; покрытия, в которых выделение лекар-
ства происходит в процессе растворения полимерного материала
в экссудате или в процессе его биодеградации; покрытия, в ко-
торых лекарственное вещество в рану не выделяется, а лекар-
ственное действие определяется его локализацией на поверхно-
сти покрытия.
Как показали исследования [Sciarr J. et al., 1976], пленоч-
ные покрытия из этилцеллюлозы, натриевой соли КМЦ или по-
лиамидных смол, наносимые на раны из аэрозольных компози-
ций, содержащих антисептики (катионные ПАВ, генцианвиолет)
и анестетики (анестезин), выделяют лекарственные добавки
в различные модельные десорбирующие среды согласно кине-
тике первого порядка, т. е. количество выделяемого в единицу
времени лекарства, пропорциональное концентрации его
в пленке. Использование в качестве носителей для лекарствен-
ных веществ полимерных материалов в виде упомянутых пле-
нок обеспечивает вполне приемлемые для практической меди-
цины сроки непрерывной подачи лекарственных агентов в рану,
т. о. позволяет добиться пролонгированного действия лекарства,
в течение, по крайней мере, 1 сут. Для того чтобы освобожде-
ние лекарства из полимерного покрытия осуществлялось с по-
стоянной скоростью (кинетика нулевого порядка), необходимо
поддерживать его концентрацию в покрытии на постоянном
уровне, в этом случае содержание лекарства в полимерном ма-
териале должно значительно превышать концентрацию его
насыщенного раствора.
Другая возможность добиться контролируемого высвобожде-
ния лекарства из пористого абсорбирующего покрытия со ско-
ростью, не зависящей от времени, заключается в использова-
нии лекарств, инкапсулированных в виде раствора или в твер-
дом состоянии в микрокапсулы диаметром 1 —1000 мкм, стенки
которых контролируют скорость диффузии лекарственного ве-
щества [Zaffaroni А., 1971].
При лечении хронических инфекций костей и мягких тканей
серьезной проблемой является обеспечение достаточных кон-
центраций антимикробного агента ввиду наличия редуцирован-
ного кровообращения и развития фиброзной (костной) ткани.
Попытка решения этой проблемы была предпринята путем
включения в полиметилметакрилат (ПММА) антибиотика ген-
тамицина. Помещение гентамицина в ложе из ПММА обеспе-
232
чивает высокую антибактериальную концентрацию в области
инфекционного очага, сохраняющуюся в течение нескольких не-
дель; создается небольшая концентрация антибиотика в крови,
что предупреждает его токсическое действие. Определение кон-
центрации препарата в сыворотке крови [Wahling Н., 1982] по-
казывает, что она не выше 0,5 мг/л, в то время как в раневом
содержимом достигает 200 г/л. Препарат выпускают под назва-
нием «септопал» в виде шариков диаметром 7 мм, массой 0,2 г,
нанизанных на стальную проволоку. Применяют от 10 до 60 ша-
риков. В каждом шарике содержится 20 мг диоксида циркония
(контрастирующего вещества), 4,5 мг гентамицина основания и
ПММА. После радикального удаления некротических тканей
шарики вводят в полость так, чтобы их было возможно удалить
через 2 нед. При необходимости этапных операций их можно
оставить до повторного вмешательства. Лечение успешно в 63—
94 % наблюдений (в среднем в 85%). Рецидивы составили
13 % (у 84 из 635 больных).
Антимикробные свойств?, таких материалов обусловлены ак-
тивностью низкомолекулярного вещества, которое диффунди-
рует в окружающую среду из полимерной матрицы, обеспечивая
тем самым определенный терапевтический эффект.
Другим способом регулирования скорости высвобождения
лекарств из покрытий является использование в качестве поли-
мерной основы рассасывающихся (т. е. растворяющихся в экс-
судате либо биодеградирующих) полимеров. В покрытиях этого
типа скорость введения лекарственного вещества в рану кон-
тролируется скоростью рассасывания полимера (конечно,
только в том случае, если скорость диффузии лекарства из по-
лимерного материала существенно ниже скорости рассасыва-
ния). Для того чтобы последнее условие выполнялось, необхо-
димы относительно высокие скорости рассасывания, что обычно
достигается при использовании в качестве полимерной основы
растворяющихся в экссудате полимеров декстрана, сшитого
солями многовалентных металлов альгината, пектина, агара,
натриевой соли КМЦ. В медленно биодеградирующих полиме-
рах (полигликолид, полилактид и их сополимеры, полиорто-
эфиры и полиортокарбонаты) скорость выделения лекарствен-
ного вещества можно регулировать в широких пределах, изме-
няя содержание биодеградирующего полимера в покрытии и
плотность материала покрытия. Так, например, скорость выде-
ления сульфаниламидных препаратов (мафенида) для покры-
тии на основе поли-(2,2-диоксо-1,6-гексаметилентетрагидрофу-
рана) составляет десятки микрограммов лекарственного веще-
ства в час [Nam Sok Choi, Heller J., 1978].
Преимущества метода контролируемого введения лекарствен-
ных средств при лечении ожогов с помощью покрытий на основе
биодеградирующих синтетических полимеров можно проиллю-
стрировать на примере следующей работы [Schmitt Е., 1976].
233
В ней использованы покрытия, в которых носителем являлся
вязаный полиэфирный материал, пропитанный коли-(2,2-диоксо-
1,6-гексаметилентетрагндрофураном); в нем были гомогенно
диспергированы антибактериальные или антигрибковые веще-
ства, антибиотики и протеолитические ферменты. Покрытие об-
ладало контролируемой проницаемостью по водяному пару и,
тем самым, препятствовало подо- и теплопотере. Деградация
полимера во времени сопровождалась выделением лекарствен-
ных веществ на раневую поверхность и предотвращало разви-
тие инфекции в ране. Авторами сопоставлены 3 группы под-
опытных животных (крыс) с модельным ожогом, зараженным
суспензией синегнойной палочки. В I контрольной группе (ле-
чение под вязаным материалом из полиэфирного волокна) все
животные погибли на 9—11-е сутки от системной инфекции.
Во II группе (лечение под тем же материалом, пропитанным
мафенидной мазью) погибло одно животное. Все животные вы-
жили в III группе (лечение под тем же материалом, пропитан-
ным 10 % гомогенной суспензией мафенида в поли-(2,2-диокси-
гексаметилентетрагидрофуране). Но именно в последнем слу-
чае в отличие от II группы наблюдалось постоянное содержание
мафенида в организме подопытных животных уже через 30 мин
после наложения повязки и в течение 17 ч’. Только в последней
группе животных данные гистологических исследований были
удовлетворительны.
Таким образом, приведенные результаты свидетельствуют
о том, что контролируемое введение лекарственных средств
в ожоговую рану с помощью покрытий на основе полимеров,
биодеградирующих с определенной скоростью, имеет преиму-
щества по сравнению с традиционными методами лечения.
В. Я. Богомольный и соавт. (1983) разработали поливинил-
спиртовые пленки, содержащие антисептики (йод, катапол, дио-
ксидин), предназначенные для использования в качестве поли-
мерных повязок на раны и ожоги. Среди них наиболее пер-
спективными для клиники оказались пленки, содержащие ка-
тапол.
Антимикробная активность этих пленок находится в прямой
зависимости от содержания в них катапола и не зависит от
термообработки и присутствия глицерина, вводимого в пленки
для их пластификации (для придания большей эластичности —
уменьшения травматичности и лучшего моделирования на по-
верхности раны) (табл. 83). Пленки с катаполом сохраняют
необходимый уровень антимикробной активности после вы-
держки их образцов (экспозиция 20 ч) в биологической жидко-
сти (1 % сахарном мясо-пептонном бульоне).
Пленка ПВС с 1—5 % содержанием катапола обладала са-
модезинфицируюшими свойствами. Образцы их, помещенные
в 1 % сахарный бульон, не прорастали при инкубации в термо-
стате в течение 14 дней.
234
Таблица 83
Антимикробная активность П ВС-пленок с катаполом
Зона задержки роста тест-микробов, мм
% катапола
в пленке Стафилококк Е. coli Синегнойная
Чнтамм 209) (штамм 670) палочка
(штамм 95)
0,5 25 —
1,0 30 15 —
2,5 30 15 —
5,0 40 20 15
5,04-10 % глице- 40 20 15
рина
5,04-20 % глице- 40 20 15
рина
5,0 после 20-часо- 30 12 10
вой выдержки в 1 %
сахарном бульоне
3.04-10% глицери- 20 13 10
на *
То же ** 20 13 10
* Нестерилизованная.
* * у-стерилизация 2,5 мрад.
Таблица 84
Динамика показателей площади и обсемененности стафилококком —
штамм 1582 (количество клеток/0,1 мл изотонического раствора
натрия хлорида) гнойно-некротической раны у белых мышей (М±т)
Пленки Коли- чество мы- шей До лечения 7 дней после лечения Макроско- пически
площадь раны, мм2 обсеменен- ность площадь раны, мм2 обсеме- ненпость
Пленка ПВС (катапол 5 % рас- твор) 10 100±3 5575±371 27±14 50±22 Рапа чи- стая с се- розно-кро- вянистым отделяе- мым
Пленка ПВС (без анти- септика) 10 80±6 5326±288 25±1 304±337 Гной под некротиче- ской короч- кой
На модели гнойно-некротической кожно-мышечной раны
у белых мышей была изучена терапевтическая активность ПВС-
пленок, содержащих 5 % катапола (контроль—ПВС-пленки без
катапола). Для оценки динамики заживления раны вели кли-
нические, бактериологические и гистологические исследования.
В табл. 84 представлены показатели заживления под плен-
ками гнойно-некротических ран у белых мышей. В процессе ле-
235
чения к 7-му дню наблюдения у контрольных животных в обла-
сти ран под некротической корочкой обнаружено гнойное отде-
ляемое. У животных, которым применяли для лечения пленки
с катаполом, раны были чистыми с серозно-кровянистым отде-
ляемым. В пользу пленок с катаполом свидетельствуют вели-
чина ран и обсемененность их стафилококком; последняя была
соответственно в 5—10 раз меньше, чем под пленкой ПВС.
На гистотопограммах контрольной серии дно раны было по-
крыто грануляционной тканью, в поверхностных слоях которой
много гистиоцитарных и фибробластических клеток, имелись
гнойные затеки. В опытных сериях с использованием ПВС-пле-
нок с катаполом преобладали процессы очищения раны и проли-
ферации. Бывшие дефекты были покрыты многослойным эпи-
телием. В более глубоких отделах найдено много фибропластов
и коллагеновых волокон, нежной волокнистой фиброзной ткани.
ПВС-пленки с 5 % содержанием катапола сочетают в себе
следующие полезные свойства полимерного покрытия раны: вы-
сокую бактерицидную активность, способность к самодезинфек-
ции и сохранению антимикробной активности в биологических
жидкостях, атравматичность при наложении и снятии, при пере-
вязках, что и подтвердилось в условиях клиники [Афиноге-
нов Г. Е., 1988].
У 26 больных с ожогами (площадь ожога 0,5—46%) III —
IV степени пленка использована для закрытия донорских уча-
стков после взятия кожных аутотрансплантатов (контроль —
30 больных с ожогами такой же степени); у 5 — для закрытия
последних в условиях кожной пластики челюстно-лицевой обла-
сти и кисти. Перед применением пленку вырезали, чтобы она
покрывала не только рану, но и здоровые участки кожи в пре-
делах 1 см от края раны. После обработки раневой поверхности
растворами антисептиков (1 % раствором йодопирона или
0,05 % раствором хлоргексидина биглюконата) накладывали
пленку и 1—2 слоя марли, которые фиксировали бинтом. Смену
повязок с использованием пленки не производили. В случае
возникновения нагноения пленку удаляли. В контрольной группе
донорские места закрывали традиционными влажно-высыхаю-
щими повязками, пропитанными антисептиками (0,05 % раство-
ром хлоргексидина, 1 % раствором йодопирона, раствором ри-
ванола или 3% борной кислоты). При использовании пленок
было выявлено следующее. Время, необходимое для наложения
пленки, составляет в среднем 2 мин. В случае благоприятного
течения раневого процесса под пленкой последняя отторгалась
после заживления раны и легко удалялась без травматизации
раневой поверхности. В случае нагноения раны пленка спаива-
лась с подлежащими тканями наподобие струпа. Пленка про-
зрачна, при благоприятном течении раны хорошо видна поверх-
ность, характер грануляций, динамика эпителизации. В случае
нагноения раны пленка становилась темной, непрозрачной.
236
У 5 больных аутотрансплантаты (3 — на лице, 2 — на кисти)
под пленкой прижили без нагноения.
Уровень обсемененности микрофлорой донорских мест у Ьсех
больных с ожогами до лечения составлял ~102 микробных кле-
ток на 1 см2. У больных опытной группы, где раны зажили без
нагноения, обсемененность микрофлорой в конце лечения (че-
рез 10—20 дней) была на уровне 102 кл/см2, а в случае нагное-
ния— более Ю5 кл/см2. У больных опытной группы количестве
нагноений составило 27%, контрольной — 42%. Нагноения
в обеих группах возникали на 2—4-й день лечения, как правило,
у больных, где донорский участок был на расстоянии менее
10 см от ожоговой поверхности. Микрофлора нагноившихся
ран у больных контрольной группы в 100 % случаев состояла
из ассоциации стафилококков с грамотрицательными бакте-
риями (синегнойной палочкой, ацинетобактером и т. д.).
У больных опытной группы рост таких ассоциаций отмечен
в 43 % случаев; в остальных случаях выявлен золотистый ста-
филококк. Пленка атравматична и удобна в применении. В от-
личие от традиционных влажно-высыхающих повязок с антисеп-
тиками она лучше защищает донорские места от инфицирова-
ния и суперинфицирования госпитальной микрофлорой.
Абсорбирующие покрытия на раны с гемостатическим и про-
лонгированным антибактериальным свойством получают из во-
локнистых материалов на основе прививки к целлюлозному
перевязочному материалу полиметакриловой кислоты с после-
дующей обработкой привитого сополимера солями серебра,
меди, антибиотиками или антисептиками [Вирник А. Д., 1985],
а также химического присоединения к окисленной целлюлозе
сульфаниламидов — норсульфазола и стрептоцида. Антивоспа-
лительные средства могут быть весьма эффективно применены
для ускорения репаративных процессов при лечении ожогов и
гнойных ран. Они обладают некоторой токсичностью, которая
может быть существенно снижена при сополимеризации их про-
изводных с акриловой кислотой или виниловым спиртом и та-
кими мономерами, как винилстеарат или стеарилметакрилат.
Пленкообразующие аэрозольные композиции для лечения ран
на основе этих сополимеров обладают повышенной фармаколо-
гической активностью, пониженной токсичностью и пролонгиро-
ванным свойством.
И, наконец, еще одним важным методом местного лечения
ран и ожогов является иммобилизация протеолитических фер-
ментов на материале полимерного покрытия [Гостищев В. К.
и др., 1986]. Основной предпосылкой для применения протеоли-
тических ферментов для указанных целей является их способ-
ность осуществлять лизис некротических тканей, устраняя тем
самым среду, благоприятствующую развитию инфекции, и ока-
зывать стимулирующее действие на развитие репаративных
процессов в ране. Негативной чертой использования ферментов
237
в этом случае, помимо кратковременности их действия и необ-
ходимости прибегать к относительно высоким концентрациям,
является их токсическое действие, а также способность задер-
живать в ряде случаев развитие здоровых тканей. Иммобилиза-
ция является оптимальным методом контроля за действием фер-
ментов в ране. При этом удлиняется срок его действия, снижа-
ется токсичность и местно-раздражающее действие. Возмож-
ность прервать действие иммобилизованного фермента при уда-
лении покрытия с поверхности раны является немаловажным
фактором в предотвращении раздражающего или угнетающего
действия фермента на здоровые ткани.
Стрептокиназа, присоединенная ковалентной связью к мат-
рице (декстран, натриевая соль карбоксиметилдекстрана или
карбоксиметилцеллюлоза), почти полностью сохраняет свою
активность по лизису кровяных сгустков, что позволяет рекомен-
довать ее для местного лечения гнойных ран. Террилитин, им-
мобилизованный на сополимере винилпирролидона с акролеи-
ном, сохраняет 20—99 % своей активности по белковому суб-
страту (казеин) [Тенникова Т. Б., 1977], что позволило исполь-
зовать его для лечения ожогов. Пленки из поливинилового спир-
та, содержащие террилитин, успешно использованы для лечения
гнойных ран. Химотрипсин, трипсин, террилитин и пепсин были
иммобилизованы на альгинате натрия с помощью ионных или
ковалентных связей между карбоксильными группами носителя
и аминогруппами фермента.
Ковалентные производные получили азидным методом или
через раскрытие лактонных групп, образующихся в полисаха-
ридной цепи при сильном подкислении неорганической кислотой
водного раствора альгината натрия.
На основе синтезированных производных ферментов были
получены пористые абсорбирующие покрытия на раны и ожоги.
Экспериментальное изучение этих покрытий на кроликах с мо-
дельным глубоким термическим ожогом спины показало, что
средние сроки очищения ран сокращались вдвое и при этом по-
крытия не оказывали раздражающего действия на ткани.
В настоящее время накоплен большой положительный опыт
клинического применения в хирургии различных иммобилизо-
ванных ферментов бактериального, животного и растительного
происхождения — профезима, иммозима, трипцеллима, трип-
сина, террилитина, папаина, лизоцима [Гостищев В. К. и др.,
1986; Долидзе Н. Г. и др., 1986; Каган А. С. и др., 1986; Тол-
стых П. И. и др., 1986].
Для ферментативного очищения гнойной раны в фазе вос-
паления и трофических язв некоторые авторы [Сологуб В. К.
и др., 1978; Трунин М. А., Емельянов А. С., 1982, и др.] с успе-
хом использовали также мазь ируксол, содержащую смесь фер-
мента со специфическим действием коллагеназы-клостридиум-
пептидазы с пептидазами неспецифического действия и анти-
238
биотиком широкого спектра—1 % раствора хлорамфеникола.
Несомненно, что еще более успешным будет применение иммэ-
билизоваиных полифункциональных систем, обладающих одно-
временно некролитическим, антимикробными и противовоспали-
тельными свойствами.
Новым направлением в дренировании ран является исполь-
зование дренирующих сорбентов. Такие препараты, разработан-
ные за рубежом (дебризан, сорбилекс), обеспечивают доста-
точную сорбцию раневого экссудата и с успехом применяются
в клинике.
В монографии С. М. Курбангалеева (1985) подробно опшан
принцип капиллярного дренирования инфицированных ран с по-
мощью припудривания их слоем дебризана — мельчайших по-
ристых гидрофильных шариков диаметром 0,1—0,2 мм, состоя-
щих из пространственной сетки декстрановых полимеров. Под
действием дебризана происходит обильное активное всасывание
экссудата, содержащего продукты распада фибриногена, бакте-
рии, их токсины, простагландины, причем вещества с неболь-
шой молекулярной массой (<1000) проникают в поры шари-
ков, а более крупные (>5000) остаются в их промежутках. Об-
разуется слой геля, свертывания которого и /образования при
этом струпа не происходит. При использовании дебризана для
лечения различных типов ран в течение первых же дней наблю-
дали быстрое стихание воспаления, уменьшение количества экс-
судата, очень быстрое очищение раны и появление грануляций.
При добавлении к порошку небольшого количества глицерина
получалась паста, которая оказалась еще более эффективной.
Авторы указывают, что лечение дебризаном показано при мок-
нущих ранах и язвах, «сухие» раны этим методам лечить нельзя.
В. М. Гришкевич и соавт. (1982) успешно рспользовцли пре-
парат для лечения 59 больных с инфицированными ранами.
Они подтвердили его высокие абсорбционные свойства, благо-
даря которым происходили быстрое очищение раны от гнойно-
некротических масс и подсушивание (поглощение микробов до
8-Ю8 на 1 г препарата в первые дни лечения). Все это созда-
вало благоприятные условия для самостоя1ельного заживления
раны или для подготовки ее в аутодермоплштике.
В СССР разработан [Андреев С. Д. и др., 1986] перспектив-
ный дренирующий сорбент гелевин, который получек на основе
частично сшитого водонабухающего полимера поливинилового
спирта (ПВС) и представляет собой порошок с размерами ча-
стиц от 0,05 до 0,63 мм. Величина род,отюглощения гелевина
колеблется от 13 до 22 г/г, что зависит от содержания в нем
сшивающего агента. /
При взаимодействии с жидкой средой гелевин превращается
в гель, максимум сорбции приходится на первые '0 мин, а за-
тем устанавливается состояние динамического равновесия. Сле-
довательно, дренирующая функция геля сохраняется до тех пор,
239
пока он контактирует с раневой поверхностью. По этому свой-
ству гель ПВС значительно превосходит широко рекламируе-
мый за рубежом дебризан — гель на основе сшитого декстрана.
При изучении дренирующего действия гелевина отмечено, что
гель активно сорбирует белки, кровь и экссудат. В эксперименте
исследовано влияние чистого геля ПВС и его композиций с про-
теолитическими ферментами и антимикробными препаратами на
течение раневого процесса.
Лечение раны чистым гелем и, особенно, его композициями
заметно ускоряло процесс очищения и способствовало запол-
нению раны грануляционной тканью к 6—8-м суткам лечения
(в контроле через 22—26 сут). Положительная динамика тече-
ния раневого процесса при использовании композиции геля
ПЕС подтверждена при цитологическом и морфологическом ис-
следованиях. Изучение динамики микрофлоры выявило сниже-
ние количества микробных тел в процессе лечения с 108 на 1 г
ткани до 102 к концу лечения. Подавление микрофлоры отчет-
ливо наступало на 6—8-й день лечения.
Положительные результаты первых наблюдений дают осно-
вание надеяться, что перспективный дренирующий сорбент зай-
мет достойное место в арсенале средств, используемых при ле-
чения гнойных рг^н [Ермолов А. С. и др., 1986]. Эксперименталь-
ная (оценка полЦмерной композиции на основе водонабухаю-
щего сшитого полймера с добавлением антибиотика и фермента
хороцю отторгает 'некротические ткани, уменьшает частоту раз-
вития инфекции, 'сокращает сроки заживления ран [Дени-
сенко П. П., Сусла Л. Г., 1986].
В Последние! годы аппликационная сорбция (АС) и энтеро-
сорбцйя (ЭС) цаходят применение в лечении посттравматиче-
ских.ран с хоройялм клиническим эффектом [Любинецкий А. Л.
и др., Ю86].
Для( АС используют аэросил, углеродные сорбенты из азот-
содержащих активированных углей и сорбционно-активных во-
локнистых материалов на основе целлюлозы с различной по-
верхностной активностью и поверхностным слоем (благодаря
варьированию показателей адсорбции, адгезии, когезии, капил-
лярных явлений). Для энтеросорбции применяют различные
марки сорбента СКВ.
При проведении'АС сорбенты накладывали на рану после
завершения хирургический обработки с последующей их еже-
дневной сменой; применение сорбентов сочетали с местным ис-
пользованием антибактериальных препаратов (диоксидина,
хлоргексидина), ферментов (террилитина, пепсина) и других
биологически активных веществ, ЭС сводилась к 3—4-разовому
приему сорбентов (от 1 до 5 г на 1 кг массы тела) за 1 — П/2 ч
до приема нищи. Доза и курс лечения определялись согласно
клинической картине, объему ^предстоящего вмешательства.
Проведен анализ сочетанного применения АС и ЭС в ком-
240
плексном лечении 701 больного. Из них у 32 диагностирован сеп-
сис, у 27 — интоксикационный синдром с тяжелым общим со-
стоянием и у 11 — имелись обширные раны без выраженной ин-
токсикации.
Раннее применение АС и ЭС способствовало предупрежде-
нию развития осложнений, быстрому снятию интоксикации.
Лишь у 12 из 32 больных сепсисом оказалось необходимым про-
ведение гемосорбции. В 27 наблюдениях ЭС и АС способство-
вали нарастанию уровня антистафилококковых и антистрепто-
кокковых антител, повышению синтеза иммуноглобулинов и
чувствительности микробов к антибиотикам, нормализации ци-
тограмм. У 49 больных на 3—4-е сутки лечения начинался ак-
тивный репаративный процесс, снижалось количество микробов
в 1 г ткани раны до 10—10J при одновременном увеличении их
числа в 1 г сорбентной повязки до 109—1014. Это коррелировало
с повышением показателей клеточного иммунитета, нормализа-
цией функций основных органов и систем, сокращением сроков
очищения и гранулирования первичных гнойных ран соответ-
ственно до 3,8 и 4,5 суток, вторичных ран до 5 и 8. Лишь
у 11 больных с выраженной интоксикацией и тяжело протекаю-
щим сепсисом эти показатели были в 2 раза худшими. Во всех
случаях раны были закрыты первичными отсроченными швами.
У 19 больных применение швов сочетали с аутодермопластикой.
Заживление ран по типу первичного натяжения получено
в 83,7 %, а приживление аутодермотрансплантатов кожи —
в 95,6 % наблюдений.
Появились сообщения [Шеянов С. Д., 1987] об использова-
нии комплексной методики сорбционной детоксикации, вклю-
чающей одновременное применение гемосорбции (ГС), ЭС и
сорбции через рану при осложненном течении раневого про-
цесса. У 112 пострадавших с открытыми диафизарными и внут-
рисуставными переломами костей, гнойным артритом и раневой
инфекцией мягких тканей проводили ЭС и одновременную ап-
пликацию сорбента на рану; при генерализации процесса одно-
временно подключали ГС [Булах А. Д. и др., 1984]. В резуль-
тате улучшались общее состояние больных и функция почек,
исчезала энцефалопатическая симптоматика; отмечали положи-
тельную динамику биохимических и иммунологических показа-
телей. У 92 пострадавших с травматическим остеомиелитом
заметное сокращение сроков заживления ран, уменьшение
отека, более раннее отторжение некротических тканей были
обусловлены комплексным применением сорбционных методов
детоксикации [Булах А. Д. и др., 1985]. Улучшение общего со-
стояния 24 пострадавших с открытыми переломами длинных
трубчатых костей, осложненными раневой инфекцией, сопро-
вождалось положительной динамикой биохимических показате-
лей, повышением содержания гемоглобина, снижением СОЭ и
лейкоцитоза [Терновой К. С. и др., 1985].
16—16 241
Разрабатываются принципиально новые методы местного
применения сорбентов с целью детоксикации организма. Вну-
трибрюшинное введение сорбента в экспериментальных и кли-
нических исследованиях позволило уменьшить эндогенную ин-
токсикацию и купировать явления перитонита [Иванова А. Б.
и др., 1982; Бондарев В. И. и др., 1985]. Адсорбционное дрени-
рование плевральной полости в составе комплексного лечения
11 больных с эмпиемой плевры привело к снижению интоксика-
ции в течение 4—5 дней, очищению полости эмпиемы от гнойно-
некротических масс и снижению резорбции токсинов [При-
стайко Я. И., 1985].
Метод оказывает хорошее местное воздействие в первой
фазе раневого процесса, что показало гистологическое изучение
в экспериментальных исследованиях, выполненных на кроли-
ках. Под влиянием сорбента, помещенного на только что нане-
сенную размозженную рану, гораздо быстрее уменьшался отек
тканей. Были созданы первичные сорбирующие повязки, пред-
назначенные для наложения на свежие раны. Слой активиро-
ванного угля как основная часть повязки поглощает бактерии и
токсины, предупреждает развитие воспалительного процесса.
Хорошая дренажная функция и активная сорбционная спо-
собность гранулированных сорбентов сделали их применение
весьма популярным в лечении гнойных ран [Картель Н. Т.
и др., 1985]. У 59 больных с послеожоговыми гранулирующими
ранами под влиянием дебризана (в форме мелких гранул) на-
ступали очищение от гнойно-некротического налета, уменьшение
отечности краев, исчезновение гиперемии и мацерации, образо-
вание здоровой грануляционной ткани; наряду с поглощением
значительного количества микроорганизмов, повышалась их
чувствительность к антибиотикам [Гришкевич В. М. и др., 1982].
Местное применение силастика (препарата, подобного дебри-
зану, но более дешевого) при гнойных ранах у 25 больных дало
аналогичный лечебный эффект [Young IT. et al., 1982].
Применение гранулированного углеродного сорбента
СКН-1К у 48 больных с гнойными ранами мягких тканей при-
вело к быстрому исчезновению инфильтрации их краев, очище-
нию от некротического содержимого, нормализации pH в тка-
нях [Тараненко Л. Д. и др., 1984]. Гистологически отмечены сни-
жение лимфоидной реакции, повышение коллагенообразования,
ускоренная дифференцировка фибробластических клеток. Уве-
личение скорости развития грануляционной ткани сократило
длительность лечения больных на 6 сут. Авторадиографические
исследования, проведенные у 23 больных, выявили резкое уве-
личение пролиферации при местном использовании сорбента
СКН-2М [Алимов М. Н. и др., 1984]. При оценке результатов
люминесцентной микроскопии цитограмм поверхностных слоев
гнойных ран у 78 человек установлены исчезновение дегенера-
тивных форм лейкоцитов и восстановление их нормальной
242
структуры, что объясняют восстановлением буферного резерва
в ране [Бех Н. Д. и др., 1985]. Использование гранулированных
сорбентов делает затруднительным удаление внедряющихся
в ткани частиц. Это обстоятельство побудило некоторых иссле-
дователей помещать активированный уголь в нейлоновую обо-
лочку, которая не влияет па адсорбцию микроорганизмов и по-
зволяет атравматично производить перевязку. Применение акти-
вированного угля эффективно ликвидирует зловонный запах.
Экспериментальные исследования на крысах показали, что от-
рицательного влияния на заживление раны внедрившиеся ча-
стицы сорбента не оказывают; присутствие сорбента в ране
сопровождается активацией В-системы иммунитета [Корни-
лов В. А. и др., 1985].
Особенно перспективно лечение ран волокнистыми сорбен-
тами. В эксперименте на кроликах с размозженной и загрязнен-
ной бактериями кишечной группы ранами аппликации активи-
рованных углеродных волокнистых материалов (АУВМ «Днепр»
МН) уменьшили летальность животных вдвое [Дерябин И. И.
и др., 1985]. Выявлено снижение на 1—2 порядка количества
микроорганизмов в 1 г тканей, подтверждающее способность
АУВМ активно сорбировать микробные клетки. Уменьшение
отека было обусловлено удалением избытка жидкости за счет
гигроскопичности сорбента, а также снижением онкотического
и осмотического давления в тканях благодаря сорбции токсинов
и продуктов распада из раны. Снижение лейкоцитарного ин-
декса интоксикации свидетельствовало о стихании воспалитель-
ного процесса. Следовательно, механизм детоксикационного
действия АУВМ, наложенного на рану, заключается в преду-
преждении проникновения микроорганизмов, их токсинов и про-
дуктов распада тканей в кровь и элиминации компонентов
гнойно-раневого воспаления через раневую поверхность. Клини-
ческое использование тканевого углеродного сорбента АУВ-М
у 20 тяжело обожженных больных сопровождалось формирова-
нием сухого струпа, улучшением их состояния и значительным
уменьшением потери белка, электролитов, витаминов, гормонов
и ферментов [Шимонко И. И. и др., 1985].
Заслуживает внимания предложение использовать АУВМ
в комплексе с протезами Str. griseus и Acrem. specius при ле-
чении больных с острыми гнойными процессами мягких тканей.
В результате на 2—3 дня раньше уменьшались или исчезали
боли и местная воспалительная реакция тканей [Терновой К. С.
и др., 1984]. В ранние сроки появлялись грануляции и прекра-
щались обильные гнойные выделения. При посеве из таких ран
отмечалось уменьшение количества микробных тел. Использова-
ние протеаз микробного происхождения, антибактериальных
препаратов, иммобилизованных на АУВМ, позволило у 37 боль-
ных быстро купировать воспалительный процесс и наложить
вторичные швы. Местное применение сорбентов в сочетании
16* 243
с ферментами позволяло вдвое сократить сроки подготовки ожо-
говой поверхности к кожной пластике при обширных ожогах
[Николаев В. Г. и др., 1984].
С. Д. Шеянов (1987) установил, что при наличии обширной
раневой поверхности следует применять местную аппликацию
сорбента на протяжении 2—4 сут с ежедневной сменой уголь-
ной повязки. В дальнейшем рекомендовано накладывать от-
сроченные первичные швы либо закрывать раневую поверхность
пластическими методами. Предпочтительны волокнистые сор-
бенты (АУВМ. «Днепр» М.Н), нарезанные в виде салфеток.
При тяжелой механической травме с сохраненной или вос-
становленной функцией желудочно-кишечного тракта в раннем
постшоковом периоде целесообразно проведение энтеросорбции.
В качестве сорбента для перорального приема предпочтительно
использование мелкой фракции СКН, прием которой должен
осуществляться 3 раза в сутки за Р/г—2 ч до или после приема
пищи и медикаментов. Разовая доза сорбента составляет 30—
40 см3, запивать следует 100—150 см3 воды. Для регуляции
стула назначают препараты сенны на ночь. Автор отмечает, что
проведение гемосорбции в раннем постшоковом периоде явля-
ется тяжелым вмешательством и сопровождается значительной
нагрузкой на организм. В связи с этим ее не следует применять
в качестве профилактической меры при тяжелой механической
травме, поскольку это связано с возможностью увеличения ге-
нерализованных форм инфекции (сепсиса).
Полиорганосилоксаны занимают промежуточное положение
между неорганическими и органическими полимерами из-за на-
личия кремнийкислородного каркаса и присоединенных к ато-
мам кремния органических радикалов [Самодумова И. Е. и др.,
1986]. Получение этих адсорбентов основано на реакции гидро-
литической поликонденсации трифункциональных кремнийорга-
нических мономеров через стадию образования однородного геля
во всем объеме реагирующей смеси. Они представляют собой
пространственно сшитые структуры полимеров, не набухающих
и не растворяющихся в органических растворителях и воде.
Адсорбенты обладают выраженным сродством к молекулам ор-
ганических веществ, в том числе биомолекулам.
Разработанные методы геометрического и химического мо-
щфицирования полиорганосилоксанов позволяют осуществлять
синтез адсорбентов с заданными параметрами пористой струк-
туры (удельная поверхность 50—400 м2/г; общая пористость
0,8—4 см3/г) и управляемой химией поверхности. При этом
открываются новые возможности для получения адсорбентов
путем лигирования ионами переходных металлов (Zn, Со, Си,
Fe), обеспечивающими специфические адсорбционные взаимо-
действия за счет комплексообразования. Включение ионов ме-
таллов в гидрофобную полиорганосилоксановую матрицу обус-
ловливает образование координационно-ненасыщенных центров.
244
адсорбция на которых молекул различного электронного строе-
ния (амины, кетоны, эфиры) осуществляется в результате ли-
гандного обмена.
Наряду с ксерогелем, практически ценным является приме-
нение полиорганосилоксановых адсорбентов в виде гидрогеля,
образованного первичными частицами с размерами 5—10 нм.
Эластичная структура гидрогеля позволяет применять его при
лечении закрытых гнойных полостей, свищевых ходов и в слу-
чаях, когда невозможно использование ксерогеля.
В силу физико-химических свойств полиорганосилоксановые
адсорбенты перспективны в качестве матрицы, иммобилизую-
щей лекарства для местного применения. При иммобилизации
они приобретают пролонгированные свойства и сохраняют спе-
цифическое действие от 3 (ферменты, антиферменты) до 6 сут
(антибиотики, антисептики). Специфическое пролонгированное
действие иммобилизованных лекарств сочетается со свойствами
матрицы как адсорбента. Сорбционные свойства матрицы про-
являются в отчетливом дегидратационном эффекте, заметно сни-
жающем отек окружающих тканей уже в первые часы после
введения в рану. Специфическая адсорбция кислых метаболитов
закономерно приводит к быстрому повышению pH раневого от-
деляемого, что благоприятно сказывается на течении гнойного
процесса и потенцирует действие лекарств. При этом усилива-
ется фагоцитоз, ускоряется развитие грануляций.
Для профилактики нагноений при травматических поврежде-
ниях эффективны иммобилизованные гентамицин и фуразоли-
дон, снижающие воспалительные явления за счет поглощения
адсорбентом микроорганизмов, их токсинов и гидрофобных ме-
таболитов, дегидратации тканей. Антибактериальная активность
гентамицина и фуразолидона сохраняется до 5—6 сут и более.
Таким образом, физико-химические свойства полиорганоси-
локсанов открывают новые перспективы для разработки прин-
ципиально новых методов лечения и профилактики раневой ин-
фекции.
В связи с тем, что ранее полиметилсилоксан (ПМ.С)
для иммобилизации лекарств не использовался, в эксперименте
показано, что он не обладает токсичностью, пирогенными, ана-
филактогенными и аллергизирующими свойствами [Знамен-
ский В. А. и др., 1986]. Инфицированные раны при использова-
нии иммобилизованных на ПМС гентамицина или фуразолидона
заживают в обычные сроки под струпом без признаков актив-
ного нагноения. При огнестрельных переломах костей нагное-
ние развивается на 3—4-е сутки у 30 % животных и менее вы-
ражено, чем в контроле. Внесение иммобилизованных препара-
тов непосредственно в очаг нагноения, наряду с уменьшением и
разжижением раневого отделяемого, приводит к уменьшению
микробной обсемененности до 102—103 в 1 г ткани. По сравне-
нию с контролем применение иммобилизованных средств со-
245
кращает продолжительность заживления инфицированных ран
на 30—40 %.
ПМС проявляет также сорбционную активность в отноше-
нии микробов и токсичных метаболитов. Показано, что частицы
ПМС на своей поверхности адсорбируют из раневого содержи-
мого патогенные микроорганизмы, при этом уровень сорбции
золотистого стафилококка составляет 3.5Х103 микробов на
1 мм2 поверхности адсорбента, обычного протея — 6,4Х103, си-
негнойной палочки — 9,1 ХЮ3, гемолитического стрептококка —
1,ЗХ Ю3. В отличие от некоторых угольных адсорбентов поли-
органосилоксаны сорбируют внеклеточные метаболиты: гемоли-
зины обычного протея, экзотоксин А и протеазы синегнойной
палочки. Полиорганосилоксаны, модифицированные ионами ме-
таллов (алюминия, цинка и др.), обладают выраженным сорб-
ционным свойством в отношении бактериальных липополисаха-
ридов.
Таким образом, результаты исследований свидетельствуют
о высокой антибактериальной активности испытанных антибак-
териальных средств, иммобилизованных на полиметилсилоксане,
их безвредности и, следовательно, о целесообразности проведе-
ния клинических испытаний.
В результате проведенного нами [Нетылько Г. И. и др., 1988]
исследования разработана силоксановая пленка с антимикроб-
ными агентами (гентамицином, диоксидином и их сочетанием),
имеющая хорошие физико-механические свойства. Доказана ее
высокая антимикробная активность in vitro и in vivo после им-
плантации (табл. 85, 86, 87). Реакция мягких тканей кролика
на имплантацию этой пленки схожа с таковой на силоксановую
пленку. Процесс асептического воспаления при имплантации
антимикробных пленок протекает менее выражение и быстрее
купируется. Установлено, что при имплантации пленок с дан-
ными антимикробными агентами быстрее образуется мягко-
тканная фиброзная капсула вокруг имплантата, чем при им-
плантации пленок без них. Доказана эффективность пленок в
предупреждении развития инфекционно-воспалительного и руб-
цово-спаечного процесса в условиях экспериментальной микроб-
но загрязненной раны.
Для определения кинетики выделения антимикробных аген-
тов кроликам в мышцу бедра имплантировали силоксановую
пленку (1 см2) с гентамицином, диоксидином или их сочета-
нием. Максимальная концентрация антибиотика (0,5 мкг/г)
в мышце животного выявлена на 1—2-й неделе после имплан-
тации (см. табл. 85). В сыворотке крови гентамицин не обнару-
жен в течение всего срока наблюдения.
Максимальная концентрация диоксидина в мышце определя-
лась на 4—5-е сутки (0,9 мкг/г); к7-му дню наблюдения диокси-
дин в мышце выявить не удалось, хотя в сыворотке крови от-
мечена наивысшая концентрация препарата (1,4 мкг/мл). В по-
246
Таблица 85
Антимикробная активность силоксановой пленки,
содержащей антимикробные препараты
Препарат Концентра- ция препа- рата в плен- ке, % Зона задержки роста (мм1 экспозиция 20 ч, 37 0/~
Стафилококк (штамм 209) Е. coli (штамм R-1)
Гентамицин 1 12 8
2 12 8
Диоксидин 1 8 13
Гентамицин+диоксидин 2,5 1 10 15
2.5 24 21
Гентамицин+диоксидин 2 35 30
Таблица 86
Антимикробная активность силоксановой пленки
после имплантации в мышцу кролика
Препарат Концентрация препарата в пленке, % Срок им- плантации, сут Зона задержки роста, мм
Стафилококк (штамм 209) Е. coli (штамм Р-1)
Гентамицин 1 7 13 11
14 9 8
21 9 8
Диоксидин 2,5 1 8 9
3 8 8
6 0 0
Таблица 87
Содержание антимикробных препаратов в пленке, сыворотке крови
и мышце кролика в области имплантата
Аптимикробпый препарат (содержание в пленке) Количе- ство опы- тов Срок им- планта- ции, сут Количество препарата, мкг/мл
Пленка Сыворот- ка крови Мышца
Гентамицин (1 %) 3 7 0,1 0 0,5
14 0,05 0 0,5
21 0,05 0 0
Диоксидин (2,5 %) 3 7 0 1,4 0
14 0 0 0
21 0 0 0
Гентамицин (1 %) + 3 7 0,2 0,4 0
Диоксидин (2,5%) 14 0,1 0 0
21 0,05 0 0
247
следующие сроки наблюдения препарат в пленке, мышце и
сыворотке крови не обнаруживали.
При имплантации пленки с обоими антимикробными препа-
ратами активность пленки в течение 14 дней была в 2 раза
выше.
В эксперименте на кроликах выявлена минимальная доза
стафилококка (1Х105 клеток), которая в условиях импланти-
рования силоксановой пленки вызывала умеренный гнойно-вос-
палительный процесс; последний самостоятельно купировался
к концу 4-й недели наблюдения. Клинические наблюдения и
данные гистотопограмм показали, что имплантации силоксано-
вой пленки с гентамицином купируют гнойно-воспалительный
процесс в течение 2—3-й недели, с диоксидином — 2-й недели,
с их сочетанием— 1-й недели наблюдения.
Создание материалов, обладающих одновременно дренирую-
щими некролизирующими и противовоспалительными свой-
ствами, является заманчивым и перспективным [Толстых П. И.
и др., 1986].
С использованием метода иммобилизации созданы принци-
пиально новые дренажные материалы, в структуру которых вве-
дены биологически активные вещества — трипсин, террилитин,
гепарин, гордокс. В качестве дренирующих материалов и носи-
телей биологически активных веществ использованы силикон,
полиакриламидный гель, капрон, марля, нетканое угольное по-
лотно. Более выраженной ареактогенностью отличаются трубки
из полиакриламидного геля, которые незначительно вовлекают-
ся в спаечный процесс, вызывают слабую воспалительную реак-
цию в окружающих тканях. Эти дренажи целесообразно приме-
нить при длительном дренировании гнойных ран и полостей.
Протеиназы, иммобилизованные на поверхности полимеров,
значительно повышают их дренирующие свойства.
При лечении ран закрытым методом авторы применили ак-
тивное дренирование силиконовой трубкой из пенополиуретана
с иммобилизованным на его поверхности трипсином. Дренаж
удачно сочетает в себе положительные качества активного хи-
рургического дренажа с некролитическим и противовоспали-
тельными свойствами. При неглубоких плоских ранах успешно
применяют лизосорбент, коллаген с иммобилизованным трипси-
ном или террилитином, а также комбинацию нетканого уголь-
ного полотна с иммобилизованными протеиназами на текстиль-
ной и капроновой матрицах.
По данным Е. А. Селезова (1986), дренирование свежих и
гнойных ран открытых и огнестрельных переломов длинных
трубчатых костей после полноценной хирургической обработки
дренажем из целлюлозной полупроницаемой мембраны с вели-
чиной пор 1,5—3 нм с обновляющимся в его полости лекар-
ственным раствором обеспечивает непрерывную и равномерную
диффузию лекарственных веществ в ткани раны.
248
Использование в полости дренажа лекарственного раствора,
сбалансированного по основным ионам с плазмой крови и с он-
котическим давлением за счет декстрана с молекулярной мас-
сой (70 00015 000) дальтон в пределах от 1,5 до 14 мосмоль,
обеспечивает высокий дегидратационный эффект и активное
осмотическое дренирование раневого канала. Дегидратационный
эффект регулируется концентрацией гидрогеля декстрана.
Применение мембранного дренажа с обновляющимся в его
полости диализирующим раствором обеспечивает диализ (фрак-
ционирование) раневого содержимого с непрерывным удалением
из раны низко- и среднемолекулярных токсичных и вазоактив-
ных продуктов биодеградации погибших тканей, конечных про-
дуктов метаболизма.
Использование разделительных свойств полупроницаемой
мембраны позволяет сохранять в ране макромолекчлярные
структуры, плазменные белки, различные клеточные элементы
крови и соединительной ткани, не проникающие через поры
мембраны, а также те ионы, градиент концентрации которых
сбалансирован в диализирующем растворе по плазме крови.
Высокая активность под мембраной в фазе воспаления свобод-
ных лизосомальных ферментов обеспечивает полное очищение
раневой поверхности от некротических тканей в ранах в сред-
нем за 4 дня, а в гнойных ранах за 5,5 дня без дополнитель-
ного применения протеолитических ферментов. Сохранение
в ране плазменных белков позволяет избежать гипопротеине-
мии при обширных нагноительных процессах.
Активное хирургическое лечение свежих ран тяжелых от-
крытых и огнестрельных переломов, а также острой и хрониче-
ской инфекции костей с применением раневого диализа резко
снижает количество инфекционных осложнений в послеопера-
ционном периоде, сокращает сроки течения фазы воспаления и
позволяет при свежих переломах обеспечить наступление фазы
регенерации раневого процесса в среднем за 5 дней, а в очаге
септического воспаления в среднем за 8,5 дня.
Использование диализирующего дренажа из полупроницае-
мой мембраны в свежих и гнойных ранах при тяжелых пере-
ломах длинных трубчатых костей позволяет проводить местное
лечение без перевязок путем замены лекарственного раствора
в полости мембранного дренажа, что делает лечение ран совер-
шенно атравматичным и безболезненным. Это благоприятно
влияет на течение раневого процесса и способствует быстрому
заживлению ран. Не менее перспективным, на наш взгляд, яв-
ляется сочетанное применение антимикробных полимеров и раз-
личных физических факторов.
Для сокращения сроков лечения остеомиелитических поло-
стей нами [Анисимов А. И., Афиногенов Г. Е. и др., 1987] разра-
ботан способ постоянного проточного дренирования их с ис-
пользованием полимерных антисептиков — электролитов и по-
249
стоянного электрического тока. При этом анод подключают
к центральному концу дренажной трубки, по которой постоянно
протекает токопроводящий антисептик катионного типа (биглю-
конат хлоргексидина, катапол). Пластинчатый электрод (катод)
подключают к здоровому участку кожи. Используют электриче-
ский ток плотностью 5. ..10 мкА/см2. Через 10—14 дней, после
появления грануляций к токопроводящему участку дренажной
трубки подключают катод и пропускают 1 % раствор йодопи-
рона, а к электроду, находящемуся на коже, подводят анод.
Плотность ’'ока остается прежней. Полярность источника тока
изменяют. Катионный антисептик и электрический ток целена-
правленно воздействуют на микрофлору гнойной полости, что
позволяет предотвратить воспалительный процесс и добиться за-
живления раны первичным натяжением. В последующем про-
пускают антисептик анионного типа и электрический ток, что
приводит к быстрейшему гранулированию полости и образова-
нию спайки между трансплантатом и стенками полости.
В комплексном лечении больных с инфицированными ра-
нами применяли красный монохроматический свет гелий-неоно-
вых лазеров ЛГ-75, ЛГИ-105, антисептики (биглюконат хлор-
гексидина, катапол, йодопирон). Раны обрабатывали методом
орошения с последующим наложением повязок, пропитанных
растворами соответствующего антисептика: биглюконат хлор-
гексидина 1:500, йодопирона и катапола 1:100. Для оценки
динамики раневого процесса проводили клинический и бакте-
риологический контроль по общепринятым методикам. Срок на-
блюдения— от 5 до 70 дней. Больные условно были разделены
на 2 группы: с применением антисептиков (1-я группа) и их
сочетанием с лазерным облучением поверхности ран (2-я
группа).
Анализ клинических данных свидетельствует, что на ранних
этапах после начала лечения (5—12-й день) существенных раз-
личий в гноеотделении и выполнении раны грануляциями
у больных обеих групп не выявлено. В то же время скорость
эпителизац’ии и заживления ран у больных 2-й группы (анти-
септик-!-лазер) была статистически значима и выше в 2 раза,
чем у больных 1-й группы.
Качественные и количественные показатели бактериологиче-
ских исследований в известной мере подтверждают клинические
данные. В первые 5—12 дней (после цапала лечения) у больных
обеих групп в значительной степени (в 100—1000 раз) снижа-
лась микробная обсемененность ран. В дальнейшем при общем
низком уро'-.це микробной обсемененности (102—10’ микробных
тел на 1 см2) положительная динамика превалировала в слу-
чаях комплексного воздействия на рану.
В заключение необходимо отметить, что широкое внедрение
лазеротерапии и антисептиков в комплексное лечение гнойных
ран может способствовать более быстрому очищению их, улуч-
250
шить регенерацию тканей, значительно сократить сроки пребы-
вания больных в стационаре.
Актуальность проблемы местной медикаментозной терапии
гнойных ран обусловлена низкой эффективностью традицион-
ных средств лечения раневого процесса, главный недостаток ко-
торых состоит в ограниченном воздействии препаратов лишь на
отдельные стадии раневого процесса. Поэтому необходимо
создавать комбинированные лекарственные формы, оказываю-
щие одновременно комплексное действие. Лечебный эффект
в ране должен обеспечиваться в результате потенцирующего
действия отдельных компонентов препарата. Необходимо, чтобы
лечебное действие осуществлялось как на поверхности раны,
так и в глубине тканей [Даиенко Б. М. и др., 1986].
Наиболее полно указанным требованиям соответствуют
принципиально новые медицинские мази на гидрофильной (во-
дорастворимой) основе — левомеколь, левоснн, диоксидиновая
мазь и др. В качестве мазевой основы в этих препаратах ис-
пользована смесь полиэтиленоксидов с молекулярной массой
400 и 1500. Гидрофильная основа использована для обеспечения
местного действия за счет присущей полиэтиленоксидам высо-
кой дегидратирующей активности, а также для создания опре-
деленной лекарственной формы (крем, мазь). Исследования
показали, что указанная основа обусловливает осмотическое
действие, сопоставимое с лучшими зарубежными образцами
(«Дебризан», «Сорбилекс» и др.).
Полиэтнленоксиды образуют с антимикробными препара-
тами комплексные соединения в системе «лекарственное веще-
ство— вспомогательное вещество», усиливая действие противо-
микробных компонентов в 20—80 раз (в зависимости от вида
возбудителя) и обеспечивая их проведение в глубину поражен-
ных тканей. В эту основу можно вводить любые антимикробные
и другие вещества, обеспечивающие комплексное воздействие на
гнойную рану.
Многокомпонентные мази на гидрофильной основе приме-
нили в лечении более 1000 больных с гнойными ранами [Да-
ценко Б. М. и др., 1986]. В течение первых 2—3 сут ликвиди-
ровалась перифокальная воспалительная реакция, число микро-
бов в ране становилось ниже критического уровня (Ю5), к 3—
4-м суткам рана очищалась от некротических масс и создава-
лась возможность ее закрытия с помощью вторичных швов или
кожной пластики. Сроки лечения раны сокращались в среднем
в 2 раза.
Выраженное антимикробное, дегидратирующее, противовос-
палительное, некролитическое и обезболивающее действие гид-
рофильных мазей делает их препаратами выбора для лечения
гнойных ран.
Успех этиотропного лечения раневой инфекции зависит от
активности и спектра действия антибактериального препарата
251
и свойств мазевой основы, которая должна обеспечивать оп-
тимальные условия для подавления возбудителей инфекцион-
ного процесса и хороший дренаж раны. Выбор антибактериаль-
ных средств должен определяться их способностью воздейство-
вать на полирезистентные формы бактерий, бактерицидной
активностью, высокой избирательностью действия в отношении
ведущих возбудителей раневой инфекции; желателен препарат
с принципиально новым механизмом антибактериального дей-
ствия. Создание эффективных водорастворимых основ — сочета-
ний полиэтиленгликолей — обеспечивает оптимальное действие
противомикробных средств. Препаратами, отвечающими этим
требованиям, являются 5 % диоксидиновая мазь, 10 % мазь ма-
фенид-ацетата на полиэтиленоксидной основе и 1 % мазь
серебряной соли сульфадиазина (дермазин, фламазин) [Падей-
ская Е. Н., Блатун Л. А., 1986]. Авторами применена 5 % мазь
диоксидина более чем у 500 больных для лечения различных
гнойно-некротических ран. В данной лекарственной форме диок-
сидин в 95—98 °/о случаев проявлял активность в отношении
патогенного стафилококка и в 88—92 %—грамотрицательной
микрофлоры, в том числе и синегнойной палочки. На 4—5-е
сутки лечения степень обсемененности ран микрофлорой стано-
вилась ниже «критического» уровня, купировался острый вос-
палительный процесс. Тип цитограмм раневого отделяемого ста-
новился регенераторным. Терапевтический эффект получен
у большинства больных при условии применения мази в пер-
вой фазе раневого процесса. Положительная динамика ране-
вого процесса обусловлена высокими дегидратационными свой-
ствами мазевой основы и широким спектром действия антибак-
териального препарата. Отмечены преимущества данной ком-
позиции при сравнении с мазью, приготовленной на ланолино-
вазелиновой основе.
Эффективным средством для лечения гнойных ран в первой
фазе раневого процесса является 10 % мазь мафенид-ацетата
на полиэтиленоксидной основе (ВНИХФИ). Мафенид-ацетат
обладает избирательной активностью в отношении синегнойной
палочки и некоторых патогенных клостридий. Клиническая
оценка препарата проведена при лечении 420 больных с различ-
ными формами раневой инфекции.
В 74—80 % случаев получен терапевтический эффект. Под
воздействием мази из раны на 1-й неделе лечения исчезла па-
тогенная микрофлора, ускорился процесс формирования грану-
ляционной ткани.
При лечении раневой инфекции эффективными являются пре-
параты серебра (дермазин, фламазин), удачно сочетающие вы-
сокую антибактериальную (бактерицидную) активность солей
серебра и производных сульфаниламида. Создан перспективный
антимикробный препарат — гидрогелевая паста на основе дек-
страна и серебра нитрата, показавшая свою эффективность прп
252
лечении свежих ран инфицированных синегнойной палочкой
[Wang Р„ 1984].
Антисептический препарат повиаргол дает хороший кли-
нический эффект при местном лечении гнойных ран как при
грамположительной, так и при грамотрицательной флоре [Пана-
рин Е. Ф., Афиногенов Г. Е., 1989]. Этот эффект оказывает 3%
и 5 % раствор повиаргола, более выраженный при применении
5 % раствора. Больные с нагноениями операционных ран после
применения погружного остеосинтеза бедренной кости в соче-
тании с костной аутопластикой оперированы на 10—15-е сутки
после обнаружения нагноения операционной раны. Под нарко-
зом рана широко рассекалась, удалялось гнойное содержимое.
У одного больного удален костный аутотрансплантат ввиду его
деструкции. Проводилась ультразвуковая обработка ран по-
виарголом в течение 5 мин, раны зашивались наглухо, дрениро-
вались силиконовыми трубками. В послеоперационном периоде
проводилось промывание дренажей раствором повиаргола до
полного заживления ран. Антибиотикотерапия не проводилась.
Чувствительность микрофлоры ран к антисептику сохранялась
на протяжении всего срока лечения. Больным с гнойными забо-
леваниями пальцев проводилось оперативное лечение, заключав-
шееся во вскрытии гнойных очагов по общепринятым методикам,
затем раны обрабатывались тампонами, смоченными в повиар-
голе, проводилось дренирование ран силиконовыми трубками и
тампонами с повиарголом. На следующий после операции день
тампоны удалялись, проводилось промывание дренажей повиар-
голом. Дренирование с промыванием дренажей проводилось до
момента полного стихания острого воспалительного процесса,
дренажи удалялись при наличии ярких грануляций в области
операционных ран, затем проводилось лечение ран повязками,
смоченными раствором повиаргола до полного заживления.
Только у 3 больных из 18 применялся антибиотик гентами-
цин, к которому высеваемая флора была наиболее чувстви-
тельна. Это были больные с запущенными формами костно-
суставных панарициев. Сроки лечения при сухожильных пана-
рициях составили 10—11 дней, костных и костно-суставных —
13—14 дней, пандактилите — 21 день. Раны зажили без приме-
нения кожной пластики в сроки до 4 нед. Применение повиар-
гола позволило сократить сроки лечения гнойных ран вдвое. По
сравнению с другими антисептиками повиаргол имеет преиму-
щества: полное отсутствие раздражающего эффекта и практи-
чески 100 °/о чувствительность к нему микрофлоры ран. Микроб-
ная обсемененность ран снижалась до 5 порядков.
Повиаргол с положительным эффектом применяли у взрос-
лых для лечейия острых фарингитов, острых ринитов, промы-
вали верхнечелюстные пазухи после радикальных операций при
паратонзиллитах и ангинах.
При ангинах, паратонзиллитах, острых фарингитах больные
253
полоскали горло 3 % или 5 % раствором повиаргола в течение
3—7 дней, при катаральных ринитах и гайморитах закапывали
в нос по 5 капель в течение 3—5 дней 1 % раствор (число боль-
ных: с острым фарингитом — 10, острым ринитом— 12, гаймори-
том хроническим — 9, гайморитом острым — 5). Субъективно со-
стояние больного улучшалось уже после первых 1—3 закапыва-
ний 1—3 % раствора повиаргола в пос. При этом улучшалось
носовое дыхание, уменьшалось количество слизистого отделяе-
мого из носа.
При полоскании горла 3 % или 5 % раствором повиаргола
2—3 раза в день быстро стихали катаральные явления, умень-
шалась боль в горле.
Повиаргол обладает положительным противовоспалитель-
ным свойством, особенно при острых воспалительных заболева-
ниях носа и глотки.
Новые препараты йодовидон и йодопироновая мазь [Лима-
нов В. Е. и др., 1986] представляют собой готовые к употребле-
нию лекарственные формы — жидкую и мазевую. Иодопироно-
вая мазь, приготовленная на полиэтиленгликолевой основе,
в течение 18—20 ч проявляет осмотическую активность, в 8—
10 раз большую, чем у гипертонического раствора натрия хло-
рида, что позволяет проводить перевязки 1 раз в сутки.
Нами [Даровская Е. Н. и др., 1988] разработана мазь на по-
лиэтиленоксидной основе, в которую входят полимерный анти-
септик катапол, стимулятор репаративных процессов этаден,
а также анестетик тримекаин (КЭТ). Благодаря действию ан-
тисептика и выраженной осмотической активности мазевой осно-
вы мазь обладает хорошим ранозаживляющим свойством, выяв-
ленным в экспериментах на животных.
В опытах использовали модели загрязненной стафилокок-
ком кожно-мышечной раны у белых мышей и гнойно-некротиче-
ской раны у белых крыс. В качестве контроля применяли фура-
цилиновую мазь.
Начиная с 3-х суток наблюдения у мышей контрольной
группы отмечалось появление фибринозного налета на поверх-
ности ран, тогда как у опытных животных они оставались чи-
стыми, выполненными розовыми грануляциями. К 10-му дню
наблюдения площади ран контрольных животных составили
67 % °т исходной поверхности, оставались гнойными с неболь-
шим количеством грануляций. У животных опытной группы
раны были без видимых признаков воспаления и нагноения,
а площади их составили в среднем 44 %.
Динамика микробной обсемененности у контрольных живот-
ных на 3, 7, 10-е сутки была следующей: 104—105, 8Х105—
2ХЮ4, 2Х103 — 4Х104, а у опытных — 6Х 102—103, 2Х101 —
6Х Ю2, 0 — Зх Ю1 клеток на 1 см2.
При создании модели гнойно-некротической раны крыс их
предварительно облучали у-лучами б0Со в дозе, подавляющей
254
процессы регенераций в коже, после чего раны инфицировали
смесью суточных культур стафилококка и синегнойной палоч-
ки, взятых соотношении 4:1. В процессе лечения установ-
лено следующее: площади ран в группе контрольных животных,
нелеченных и получавших аппликации фурацилиновой мази,
уменьшались несколько быстрее, чем у опытных. В то же время
поверхности поражений были покрыты гнойным отделяемым.
Раны у крыс, леченных мазью КЭТ, были чистыми.
Бактериологические данные свидетельствуют о более эффек-
тивном действии разработанной мази по сравнению с фура-
цилиновой. Так, к концу 2-й недели лечения обсемененность
ран стафилококком составила (6,5±2,0) X Ю4 у контрольных
животных и (5,5± 1,8) X 102 — у опытных. Обсемененность си-
негнойной палочкой в опытной группе исчезала, а у крыс, ле-
ченных фурацилиновой мазью, составила (2±0,3)Х102, у неле-
ченных животных (6,5±0,9)Х104.
Клинико-бактериологические данные подтверждены гисто-
логическими исследованиями. Так, под действием мази КЭТ
толщина гнойно-некротической пленки была меньше, чем у жи-
вотных контрольной группы, зона грануляционной ткани и ее
созревание были более выражены, пролиферация наблюдалась
в виде коллагеновых волокон, а зона эпителизации была
в 2 раза большей, чем в контроле. Необходимо отметить, что
в группе животных, получавших аппликации фурацилиновой
мази, быстрее происходило созревание грануляционной ткани
в фиброзную, что тормозило процессы эпителизации.
Помимо комбинированной, нами была разработана этадсно-
вая мазь, предназначенная для лечения ран на заключительном
этапе терапии. В эксперименте со смесью микробных культур
установлено наличие бактерицидного действия обеих мазей.
Все вышеизложенное свидетельствует о перспективности
применения полифункциональных мазей на гидрофильной ос-
нове в хирургии.
Создание полимерных лекарственных веществ и систем —
перспективная, многообещающая область науки и медицинской
практики. Однако следует помнить о сложностях и постараться
их преодолеть. Самое главное — требуется тщательная оценка
и возможных побочных эффектов, в том числе отдаленных. Все
стадии превращений, которые претерпевают в живой ткани и
само лекарство, и полимерный носитель или матрица, должны
быть ясны и научно доказаны. Нужны разумная стратегия
синтеза подобных препаратов, своевременная оценка целесо-
образности создания систем продленного действия [Платэ Н. А.,
1986].
255
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Ананьева Е. П. Афиногенов Г. Е. Влияние маннана Rhodotorula rubra на
экспериментальную стафилококковую инфекцию у мышей//Результаты и
перспективы научных исследований микробных полисахаридов: Тез. докл.
Всесоюз. науч, конф,—Л., 1978.—С. 37.
Ануфриева Е. В., Панарин Е. Ф., Лугов В. Д., Семисотнов Г. В. Конкурент-
ное взаимодействие полимеров с поверхностно-активными веществами
в многокомпонентных полимерных системах//Высокомолекул. соедин. 13.—
1979 —№ 1 — С. 50—53.
Афиногенов Г. Е. Новые аспекты диагностики, профилактики и лечения гной-
ной инфекции в травматологии и ортопедии//Труды IV Всероссийского
съезда травматологов-ортопедов.— Л., 1985.— С. 203—208.
Афиногенов Г. Е., Елинов Н. П. Антисептики в хирургии.— Л.: Медицина,
1987,— 143 с.
(Афиногенов Г. Е., Корнилов Н. В., Панарин Е. Ф.). Afinogenov G. Е.,
Kornilov N. V., Panarin Е. F. Role of polymer surfactants in the prophy-
laxis and therapy of wound infection//Proceeding 2nd World Surfactants
Congress. — Paris, 1988. — Vol. 4. — P. 200.
Афиногенов Г. E., Копылова T. В., Грабовская К- Б., Панарин Е. Ф. Роль
полимерных антисептиков в предупреждении развития ранних этапов ин-
фекционного процесса в ране//Патогенез, клиника и лечение раневой ин-
фекции.— Л., 1985.— С. 9.
Афиногенов Г. Е., Панарин Е. Ф., Копылова Т. В. н др. Роль полимерных
антисептиков в комплексе мер профилактики и лечения раневой инфекции
в травматологии на догоспитальном и госпитальном этапах/Вопросы анти-
бактериальной терапии инфекционных осложнений в неинфекционной кли-
нике: Труды Всесоюз. семинара.— М„ 1987.— С. 97—98.
Бейсебеков М. К., Мусабеков К. Б., Абилов Ж. А., Щуковская Л. Л. Взаи-
модействие сополимеров кротоновой кислоты и N-винилпнрролидона с це-
тилпиридинием бромистым//Исследование дисперсных систем при решении
вопросов окруж. среды.— Караганда, 1983.— С. 118—126.
Бектуров Е. А., Легкунец Р. Е. Ассоциация полимеров с малыми молеку-
лами.— Алма-Ата: Наука, 1983.— 208 с.
Бектуров Е. А„ Кудайбергенов С. Е., Хамзамулина Р. Э. Катионные поли-
меры,—Алма-Ата: Наука, 1986.— 157 с.
Беседнова Н. И., Оводова Р. Г., Запорожец Т. С. и др. Повышение рези-
стентности организма в экспериментальной септической инфекции при по-
мощи биополимеров, выделенных из морских беспозвоночных животных//
Септические заболевания: Материалы пленума АМН СССР.— Тбилиси,
1982,—С. 71—74.
Богомольный В. Д., Позднякова Ф. О., Розенберг М. Э. Пленочные компо-
зиции на основе йодных комплексов сополимеров винилового спирта//Водо-
растворимые полимеры и их применение.— Иркутск, 1987.— С. 32.
Вандяев Г. К., Ганжа П. Ф„ Блатун Л. А., Вишневский В. А. Госпитальная
инфекция в хирургии.— М.: ВНИИМИ, 1984 — 40 с.
Вирник А. Д. Антимикробные целлюлозные волокнистые материалы//Итоги
науки: Химия и технол. ВМС — М.: ВИНИТИ, 1986.— Т. 21.— С. 35—95.
Вирник А. Д., Снежко В. А., Хомяков К. П. Модификация свойств лекар-
ственных веществ путем присоединения их к полимерам//Полимеры в ме-
дицине.— 1976.— № 4.— С. 191—210.
Вирник А. Д„ Снежко В. А., Хомяков К. П. Модификация свойств лекар-
ственных веществ путем присоединения их к полимерам//Полимеры в ме-
дицине.— 1977.— Ха 1.— С. 27—55.
Гембицкий П. А., Клещева Н. А., Бокша Л. Ф., Жук Д. С. Синтез новых
полимерных аминов//Водорастворимые полимеры и их применение.— Ир-
кутск, 1987.— С. 25.
Гончар А. М., Коган А. С., Салганик Р. И. Раневой процесс и иммобилизо-
ванные протеолитические энзимы.— Новосибирск: Наука.— 1986.
Гостищев В. К., Толстых П. И., Василькова 3. Ф„ Анцышкин В. А. Совре-
256
Генная энзимотерапия гнойных ран//Раны и раневая инфекция.— М.,
1986,— С.131—132.
Дйровская Е. Н., Молдавер Б. Л., Афиногенов Г. Е. н др. Лечение первично-
инфицированных и гнойно-некротических ран мазями па гидрофильной
основе.//Актуальные вопросы клинической микробиологии в неинфекцион-
Ной клинике.— М., 1988.— С. 191—192.
Даценко Б. М„ Белов С. Г., Блатун Л. А. и др. Современные возможности
местного медикаментозного лечения гнойных ран//Раны и раневая инфек-
ция.—М„ 1986,—С. 130—131.
Державин А. Е., Турчанинов Р. О., Озарянская Н. М. Проблемы и пер-
спективы клинического применения препаратов серебра//Врач. дело.—
1987.—№ 8,— С. 114—118.
Езепчук Ю. В. Патогенность как функция биомолекул.— М.: Медицина,
1985 —238 с.
Блинов И. П. Химия микробных полисахаридов.— М.: Высшая школа, 1984.—
256 с.
Ермолов А. С., Адамян А. А., Браверман И. Б. и др. Опыт клинического
использования дренирующего сорбента «Гелевин» в лечении раневой ин-
фекции//Раны и раневая инфекция.— М., 1986,—С. 149—150.
Заикина И. А., Соловский М. В., Соколова И. Г. Действие антисептика мер-
тиолата и его производных на грибы, вызывающие повреждения материа-
лов//Бнол. науки.— 1985.— № 6.— С. 92—96.
Иванцова Т. М„ Афиногенов Г. Е. Профилактика гнойных осложнений при
открытых повреждениях кисти//Актуальные вопросы клинической микробио-
логии в неинфекционной клинике.— М., 1988.— С. 151—152.
Исаков Ю. Ф„ Степанов Э. А., Подоприга Г. И. и др. Гнотобиология в хи-
рургии.— М.: Медицина, 1982.— 224 с.
Хаган Э. 3., Граковская Л. К., Навашин С. М. Новые лекарственные формы
антибиотиков для местного лечения ран и раневой инфекции//Раны и ра-
невая инфекция.— М„ 1986.— С. 136—137.
Капрельянц А. С., Никифоров В. В., Мирошников А. И. и др. Мембраны
бактерий н механизм действия антибиотика грамицидина 1//Бнохимия. —
1977,—№ 2 —С. 329—337.
Копейкин В. В., Афиногенов Г. Е„ Панарин Е. Ф., Сантурян Ю. Г. Водорас-
творимые полимерсодержащие коллоидные дисперсии серебра и их анти-
микробные свойства//Химия и физика высокомолекул. соединений: — Тез.
докл. XX науч. конф. ИВС АН СССР.— Л., 1983.— С. 86.
Копечек И. Полимеры с управляемой биодеградируемостью как носители
биологически активных веществ//Журн. всесоюз. хим. о-ва.— 1985.— № 4.—
С. 372—378.
Коршак В. В., Штильман М. И. Полимеры в процессах иммобилизации и
модификации природных соединений.— М.: Наука, 1984.— 261 с.
Кощеев В. С., Клемпарская И. И., Седов А. В. и др. Антимикробные мате-
риалы в медицине.— М.: Медицина, 1987.— 190 с.
Курбангалеев С. М. Гнойная инфекция в хирургин//М.: Медицина, 1985.—
272 с.
Максименко О. О., Фельдштейн М. М., Панарин Е. Ф. и др. рН-чувствитель-
ные липосомы на основе комплексов синтетических фосфолипидов с поли-
электролитами и гребнеобразными полимерами//Высокомолекул. соедин.
А— 1988,—№ 5.—С. 1120—1124.
Мохнач В. О. Теоретические основы биологического действия галоидных со-
единений.— Л.: Наука, 1968.— 298 с.
Неть\лько Г. И., Афиногенов Г. Е., Карпцов В. И. и др. Антимикробные им-
плантаты в профилактике гнойных воспалительных и рубцово-спаечных
процессов в ране//Акт. вопросы клинич. микробиологии в неинфекц.
клинике.— М., 1988.— С. 154—155.
Панарин Е. Ф„ Афиногенов Г. Е. Макромолекулярные антимикробные веще-
ства и лекарственные препараты//Журн. всесоюз. хим. о-ва. — 1985.—
№ 4 _ с. 378—386.
Панарин Е. Ф„ Афиногенов Г. Е. Полимерные производные поверхностно-
17—16 257
активных веществ, их биологические и лечебные свойства//Полимеры ме-
дицинского назначения,— М., 1988,—С. 35—65.
Панарин Е. Ф., Шумихина К. И. Полимерные эфиры левомицетина//Хим,-
фарм. журн.— 1974.— № 9.— С. 16—18.
Панарин Е. Ф., Афиногенов Г. Е., Горбунова О. П. О механизме ингибиро-
вания пенициллиназы алкилсульфатами в присутствии синтетических поли-
электролитов//Антибиотики.— 1977.— № 6.— С. 502—506.
Панарин Е. Ф„ Копейкин В. В., Афиногенов Г. Е. Синтез и свойства некото-
рых производных ампициллина, связанных с полнмерами/ДЗиоорган. хи-
мия—1978—№ 3,—С. 375—381.
Панарин Е. Ф„ Соловский М. В., Беров М. Б., Жукова М. В. Синтез нена-
сыщенных аналогов феноксиметилиеннциллина//Изн. АП СССР. Сер
хим — 1974 —№ 10,—С. 2300—2303.
{Панарин Е. Ф., Соловский М. В., Заикина Н. А., Афиногенов Г. Е.)
Panarin Е. F., Solowsky М. V., Zaikina N. A., Afinogenov G. Е. Bio-
logical activity of cationic polyelectrolytes//Macromol. Chem.-Suppl. —
1985, —Vol. 9. —P. 25—33.
Паутов В. Д., Ануфриева Е. В., Кирпач А. Б. и др. Определение констант
диссоциации комплексов полиэлектролитов с ионами поверхностно-актив-
ных веществ методом поляризованной люминесцепцип//Высокомолекул.
соедин. А—1988, № 10.— С. 2219—2224.
Платэ Н. А., Васильев А. Е. Физиологически активные полимеры. — М.: Хи-
мия, 1986.— 294 с.
Рингсдорф Г., Шмидт Б. Система полимерных носителей лекарств//Жури.
всесоюз. хим. о-ва.— 1987.— № 5.— С. 481—501.
Снежко В. А., Самойлова Л. И., Хомяков К. П. и др. Влияние типа химиче-
ской связи между производными декстрана и антибиотиком на бактерио-
статическую активность полимерного соединения//Антибиотнки.— 1972.—
№ 1.—С. 48—52.
Соловский М. В., Афиногенов Г. Е., Панарин Е. Ф., Ковтун Г. И. Полимер-
ные комплексы анионных поверхностно-активных веществ//Хим.-фарм.
журн.— 1980.— № 11.— С. 51—56.
Трахтенберг М. Г., Соколов Л. Б. Полимерные производные левомицетина//
Труды Лен. НИИ антибиотиков.— Вып. 9.— Л., 1972.— С. 112—114.
Ушакова В. Н„ Панарин Е. Ф„ Денисов В. М. и др. Радиационно-химический
синтез сополимеров N-винилпирролидона ундециленовой и олеиновой кис-
лотами//Химия высоких энергий.— 1988.— № 3.— С. 211—214.
Шлегель Г. Общая микробиология.— М.: Мир, 1987.— 567 с.
Щуковская Л. Л., Думова А. М., Пальчик Р. И. и др. О некоторых физико-
химических и биологических свойствах полимерных производных тетрацик-
линов//Антибиотики,— 1970.— № 9.— С. 775—779.
Albertsson А. С., Donaruma L. G„ Vogt О. Synthetic polymers as drugs//Ann.
N. Y. Acad. Sci. — 1985. — Vol. 446. — P. 105—115.
Ascoll F., Casini G., Ferappi M., Tubarro E. A polymeric nitrofuran derivale
with prolonged antibacterial action//J. Med. Chem.— 1967.— Vol. 10.— No.
1.—P. 97—99.
Attwood D., Florence A. T. Surfactant systems: The Chemistry Farmacy and
Biology/Ed. Chapman and Hall — London —N. Y., 1983.— 784 p.
Bertoluzza A., Bonera S., Fini G., Morelli M. A. Phospholipid—protein mole-
cular interactions: 2 Raman spectroscopic and calorimetric studies of phospho-
lipid—polylysine and phospholipid—histones interactions in model mem-
branes//Canad. J. Chem. — 1985. — Vol. 63.— No. 7. — P. 1390—1393.
Blois D. W., Swarbrick 1. Interaction of quaternary ammonium bactericides with
biological materials. II. Insoluble monolayer studies//.!. Pharm. Sci.— 1972,—
Vol. 61.— No. 3,— P. 393—399.
Blumberg P. M., Strominger J. L. Interaction of penicillin with bacterial cell:
penicillin — binding proteins and penicillin — sensative enzymes//Bacteriol.
Rev. — 1974, —Vol. 38, —No. 3. — P. 291—335.
Bryan L. E. Aminoglycoside resistance//Antimicrob. drug resistance/Ed
L. E. Bryan.—N. Y., 1984,—P. 241—277.
258
Dawydctff W:, Linon K. Philipp B. Polyelectrolyte-tenside ion complexes
(a literature—review): 2. Complex—formation between anionic polyelectro-
lytes and cationic tensides. Rev .//Acta Polymerica. — 1987.— Vol. 38.—
No. 8. — P. 461—466.
Digenis G. A., Wells D. A., Ansell I. Л1., Blecher L. Disposition of !4C povidone
after oral administration to the rat//Food Chem. Toxicol. — 1987. — Vol. 25.—
P. 241—244.
Donaruma L. G. Synthetic biologically active po!ymers//Progr. Polym. Sci. —
1975 —Vol. 4,—P. 1—25.
Donaruma. L. G., Razzano J. Synthetic biologically active polymers. VII. Anti-
bacterial activity of some sulfonamide-formaldehyde copolymers//J. Med.
Chem.— 1971,—Vol. 14 —No. 3 —P. 244.
Donaruma L. G., Warner R. I. Some biologically active poIy-(-thiosemicarba-
zides)//Ann. N. Y. Acad. Sci— 1985.— Vol. 446.— P. 116—133.
Gottardi W. The influence of the chemical behavior of iodide on the germicidal
action of disinfectant solutions containing iodine//J. Hosp. Infect.— 1985.—
Vol. 6,—Suppl. A.—P. 1—11.
Helenius A., Simons K. Solubilization of membranes by detergents//Biochim„
Biophys. Acta.— 1975.— Vol. 415,—No. 1.— P. 29—79.
Katchalsky A Polyelectrolytes and their biological interactions//Biophys. J.—
1964 —Vol. 4,—No. 1,—P. 9—41.
McMurry L. M., Aronson D. A., Lvey S. B. Susceptible Escherichia coli cells
can actively excrete tetracvclines//Antimicrob. Agents Chemother.— 1983.—
Vol. 24,—No. 4 —P. 544—551.
Moroson H. Polycation treated tumor cells in vivo and in vitro/'/Cancer Res.—
1971—Vol. 31,—No. 3,— P. 373—380.
Makagaki M., Okamura E. Calorimetric studies of the interaction between the
lecithin and copolymers of L-lysine and L-leucine//Bull. Chem. Soc. Jap.—
1985 —Vol. 58.—No. 2,-P. 546—549.
Panarin E. F., Solowsky M. V., Zaikina N. A., Afinogenov G. E. Biological
activity of cationic polyelectrolytes//Macromol. Chem. Suppl. — 1985.—
Vol. 9. — P. 25—33.
Panarin E. F., Solovskij M. V. Polymer derivatives of 0-lactam antibiotics of
the penicillin series//J. Control Release.— 1989.—No. 10.— P. 119—129.
Pollack W., Iny 0. A physico-chemical study of PVP-J solutions leading to
the reformulation of «Betadine» preparations (5 % PVP-J)//J. of Hosp.
Infect.— 1985 —Vol. 6.—Suppl. A.—P. 25-32.
Schawartz D. E„ Hofheinz W. Metabolism of nitroimidazoles//NATO Adv.
Study Inst. Ser.— Ser. A.— 1982.— Vol. 42 (Nitroimidazoles: Chem., Pharma-
col., Clin.).— P, 91—104.
Singer S. J., Nicolson G. L. Fluid mosaic model of the structure of cell meni-
hr,-mes//Scicnce. — 1972.—Vol. 175. —No. 4023. — P. 720—731.
Solot'sky M. V., Ulbrich K., Kopecek J. Synthesis of N (2 hydroxypropyl)-me-
thacrvlamide copolymers with antimicrobial activiiy//Biomaterials.— 1983.—
Vol. 4 — No. 1,— P. 44—48.
Subramanian R. V. Biologically active organotin polymers//Ann. N. Y. Acad.
Sci — 1985,- Vol. 446— P. 134—148.
Takigawa D. Y., Tirrell D.A. Interactions of synthetic polymers with cell mem-
branes and model membrane systems: 9. Reversal of Mg2'1' induced struc-
tural changes in dipalmitoylphosphatidylglycerol bilayrcs by adsorbed J>oly
Mhvleneimine) S//Makromol. Chem. Rapid. Commun.— 1985. — Vol. 6.—
P. 653—657.
Ulbrich K., Nasarova O., Panarin E. et al. In vitro release of chloramphenicol
from poly [N-(2-hydroxypropyl)methacrylamide] carriers by cathepsin В/
Collect Czechols. Chem. Commun. — 1988. — Vol. 53. — P. 1078—1085.
Um.czawa S. Structures and synthesis of aminoglvcoside antibioticr//Adv. Car-
bohydr. Chem. Biochem — 1974,—Vol. 30,—P. 1 f 1 -182.
Zamora .1. L. Chemical and microbiologic characteristics and toxicity of
Povidone-Jodine solutions//Amer. J. Surg. — 1986. — Vol. 151. — No. 3.—
P. 400—406.
17* 259
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ............................................................ 3
Глава 1. Природные и синтетические полимеры с антимикробной актив-
ностью .............................................................4
1.1. Антимикробные свойства белков и пептидов................4
1.2. Синтетические полимеры с антимикробной активностью 9
1.2.1. Высокомолекулярные катионные полипептиды ... 9
1.2.2. Катионные полиэлектролиты.........................12
1.3. Механизм взаимодействия катионных полиэлектролитов
с клеткой и клеточными мембранами..........................22
1.3.1. Структура и организация клеточной оболочки бак-
терии .................................................22
1.3.2, Молекулярные механизмы действия поликатионов
на мембраны............................................25
1,3.3. Влияние катионных полиэлектролитов на прони-
цаемость клеточных мембран.............................29
1 4. Природные и синтетические полимеры как факторы анти-
бактериальной защиты........................................34
1.4.1. Перспективы применения полимеров с собственной
антимикробной активностью..........................34
1.4.2. Перспективы применения различных полисахаридов 36
1.4.3. Перспективы применения синтетических водораство-
римых полимеров 45
Г лава 2. Антибиотики, модифицированные водорастворимыми полиме-
рами ............................................................. 47
2.1. Лекарственная устойчивость бактерий и пути ее преодо-
ления с использованием полимеров............................47
2.2. Защита антибиотиков от ферментов-инактиваторов путем
использования ингибиторов ферментов ....................... 64
2.2.1. Низкомолекулярные ингибиторы бактериальных фер-
ментов ................................................64
2.2.2. Полимерные ингибиторы процессов инактивации ан-
тибиотиков ............................................73
2.3. Усиление транспорта антимикробных веществ в клетку
под действием мембраноактивных веществ......................76
2.3.1. Повышение проницаемости клеточных мембран и
повышение чувствительности к антибиотикам под
воздействием низкомолекулярных мембраноактивных
веществ ...............................................76
2.3.2. Повышение проницаемости клеточных мембран и
повышение чувствительности к антибиотикам под
действием мембраноактивных макромолекул ... 80
2 4. Полимерные производные антибиотиков и методы их по-
лучения ...................................................84
2.4.1. Полимерные производные антибиотиков пенициллино-
вого ряда..........................................85
2.4.2. Полимерные производные хлорамфеникола .... 96
2.4.3. Полимерные производные тетрациклина..........98
2.4.4. Полимерные производные аминогликозидов ... 99
260
2.5. Комбинированные полимерные системы с полифункцио-
нальной биологической активностью ....................... 101
Глава 3. Антисептики, модифицированные водорастворимыми полиме-
рами ........................................................... . 107
3.1. Роль антисептиков в борьбе с бактериальными инфек-
циями ....................................................107
3.2, Методы модификации антисептиков полимерами . . . .110
3.2.1. Иодофоры.........................................ПО
3.2.2. Полимерные производные соединений ртути, серебра
и других металлов...................................121
3.2.3. Полимерные производные сульфаниламидов . . . .131
3.2.4. Полимерные производные ионогенных ПАВ . . .138
3.2.5. Полимерные производные салициловой кислоты . . 181
3.3. Перспективы применения полимерного антисептика ката-
пола в ветеринарной хирургии ............................ 182
3.3.1. Определение антимикробной активности антисептиков 182
3.3.2. Применение антисептиков при лечении свежих инфи-
цированных ран.........................................188
3.3.3. Применение антисептиков при грыжесечении у телят 192
Глава 4. Клинические аспекты применения антимикробных полимеров 197
4.1. Влияние антимикробных полимеров на ранние этапы ин-
фекционного процесса в ране...............................>97
4.2. Влияние полимеров на локализацию инфекта в ране . . 206
4.3. Эффективность полимерных антимикробных препаратов и
покрытий в хирургии.......................................214
Список литературы.................................................25'5
261