В.В. Сабельников1, Т.М. Сабельникова2, В.Н. Горячева3

1–3 Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (Москва, Россия)

Постановка проблемы. Актуальной задачей современной хирургии является разработка эффективных методов и средств подавления патогенной микрофлоры, как основной причины послеоперационных осложнений, которые возникают у 30–35% прооперированных больных [1]. Сложившаяся ситуация во многом объясняется как видовым изменением гноеродной микробной флоры, так и повышением ее антибиотикорезистентности. Снижение эффективности антибиотикотерапии предопределяет необходимость изучения и создания принципиально новых способов подавления инфекции и, в частности, применения современных физико-технических методов и способов, среди которых достаточно перспективным является использование низкочастотных ультразвуковых колебаний. Анализ литературных источников, а также дополнительные исследования, проведенные в МГТУ им. Н.Э. Баумана и ГВКГ им. Н.Н. Бурденко, показали, что гибель микроорганизмов в ультразвуковом поле определяется, прежде всего, кавитационным воздействием на бактериальную микрофлору. Предполагается, что кавитация, создаваемая в озвучиваемой среде, приводит к появлению в ней свободных радикалов, обладающих большой реакционной способностью [2]. Кавитация может также увеличить проницаемость оболочек бактериальных клеток. Именно эти два фактора лежат в основе механизма подавления бактериальной микрофлоры низкочастотным ультразвуком. Изучение и подтверждение этого механизма позволили разработать в МГТУ им. Н.Э. Баумана новый способ ультразвуковой обработки инфицированных ран, на который получен патент РФ [3]. Данный способ основан на усилении кавитационного бактерицидного воздействия ультразвука на патогенную микрофлору за счет дополнительных физико-химических факторов: антисептиков окислительной группы [4] (в большинстве случаев 0,1% раствора пероксида водорода), оптимального нагрева озвучиваемой среды [5] и наложения на нее внешнего статического давления [6].

Цель. Исследовать механизм и экспериментально подтвердить появление свободных радикалов в озвучиваемой среде, показать увеличение проницаемости клеточных мембран под действием ультразвуковых колебаний.

Результаты. Показано, что для обнаружения свободных радикалов ультразвуковому воздействию подвергались водные растворы пероксида водорода (концентрацией 0,1%) объемом 50 мл с использованием ультразвуковой установки модели УРСК-7Н со следующими параметрами колебаний: рабочей частотой f = 26,5 кГц и амплитудой смещения торца концентратора  A = 40…45 мкм, а для визуального обнаружения свободных радикалов в раствор дополнительно вводился чувствительный индикатор люминол (3-аминофталиевый гидразид). На специально созданном приборе было зафиксировано «послесвечение» озвученного раствора, что косвенно подтверждает появление в нем свободных радикалов в результате ультразвукового воздействия. Отмечено, что первоначально исследования проницаемости клеточных мембран под действием ультразвуковых колебаний проводились осмотическим методом; в качестве физической модели применялась пленка животного происхождения – слизистая оболочка внутренней стенки мочевого пузыря собаки, а также полупроницаемая купрофановая пленка толщиной 11 мкм. Установлено, что увеличение проницаемости купрофановой пленки в процессе озвучивания более чем в 3 раза по сравнению с проницаемостью пленки при комнатной температуре, а наибольшее увеличение проницаемости пленки (более чем в два раза) наблюдалось при совмещении действия ультразвука и нагретой до 37 оС жидкой среды. В результате экспериментов выявлена неприемлемость использования осмотического метода для изучения проницаемости живых мембран в связи с разбросом и нестабильностью получаемых результатов. Исследование проницаемости живых мембран осуществлено методом рН-метрии. Было зафиксировано устойчивое и стабильное увеличение диффузионного проникания ионов Na+ через оболочки клеток в процессе воздействия на них ультразвуковых волн.

Практическая значимость. Результаты выполненных исследований были использованы при отработке параметров способа ультразвуковой обработки инфицированных ран и успешной апробации способа в травматологическом отделении ГВКГ  им. Н.Н. Бурденко.

Сабельников В.В., Сабельникова Т.М., Горячева В.Н. Исследование механизма подавления бактериальной микрофлоры низкочастотным ультразвуком // Наукоемкие технологии. 2021. Т. 22. № 6. С. 37−45. DOI: 10.18127/j19998465-202106-04

1. Кузин М.И., Костюченок Б.М. Раны и раневая инфекция. М.: Медицина. 1999.
2. Эльпинер И.Е. Биофизика ультразвука. М.: Наука. 1973. 384 с.
3. Патент РФ № 2082467 от 27.06. 1997. Способ ультразвуковой обработки инфицированных ран и устройство для его осуществления / В.В. Сабельников, В.И. Лощилов, Т.М. Сабельникова.  
4. Сабельникова Т.М., Сабельников В.В., Горячева В.Н. Интенсификация химического воздействия низкочастотного ультразвука на биологические объекты // Биомедицинская радиоэлектроника. 2016. № 7. С. 79–84.
5. Сабельникова Т.М., Сабельников В.В., Горячева В.Н. Влияние температуры озвучиваемого раствора на бактерицидную способность низкочастотного ультразвука // Наукоемкие технологии. 2016. Т. 17. № 11. С. 38–43.
6. Сабельников В.В., Сабельникова Т.М., Горячева В.Н. Влияние внешнего статистического давления на бактерицидную способность низкочастотного ультразвука // Наукоемкие технологии. 2017. Т.18. № 5. С. 48–53.
7. Киселев М.Г., Минченя В.Г., Степаненко Д.А. Ультразвук в медицине: Монография. Минск: БНТУ. 2009. 497 с.
8. Physical Principles of Medical Ultrasonies. Ультразвук в медицине. Физические основы применения: Пер. с англ. / Под ред. К. Хилла. М.: Физматлит. 2008. 542 с.
9. Акопян Б.В., Ершов Ю.А. Основы взаимодействия ультразвука с биологическими объектами: Учеб. пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2011. 224 с.
10. Сабельников В.В., Сабельникова Т.М., Горячева В.Н. Исследование бактерицидной способности низкочастотного ультразвука при осуществлении прерывистого процесса озвучивания // Наукоемкие технологии. 2021. Т. 22. № 1. С. 21–28.