Кровотечениям – стоп: московские учёные создали кровоостанавливающий материал из водорослей и панцирей ракообразных

Смертельный удар

Победа на зимних Азиатских играх и чемпионате четырёх континентов, бронза на Олимпиаде в Сочи, серебро на чемпионате мира и множество наград на других соревнованиях – Денис Тен достойно носил звание лучшего фигуриста в истории Казахстана. В 20 лет он получил звание заслуженного мастера спорта, а в 25 Дениса не стало.

Всё случилось 19 июля 2018 года. Пообедав в одном из ресторанов Алма-Аты, спортсмен направился на парковку. Ещё издалека он увидел, как двое мужчин снимают зеркала с его автомобиля. Денис не растерялся и решил остановить злоумышленников, которые готовились скрыться. Погоня, драка, нож. Преступники убежали. Скорую Денису вызвал человек, сидевший в припаркованной недалеко машине.

В больницу спортсмен попал с глубоким ножевым ранением бедра. Ещё в машине скорой помощи медики зафиксировали клиническую смерть. Два часа борьбы за жизнь на операционном столе не дали результатов. Денис скончался от потери крови, не приходя в сознание.

Президент Казахстана взял на личный контроль дело об убийстве фигуриста. И уже на следующий день полиция задержала виновных. Спустя год в Алма-Аты Денису установили памятник. Тогда же был учреждён ежегодный международный турнир по фигурному катанию – «Мемориал Дениса Тена».

Жгут, смола и раскалённое железо

Казалось бы, в ХХI веке люди не должны умирать от наружных кровотечений, особенно на операционном столе. Ведь ещё в Древней Месопотамии научились останавливать кровь различными способами: в рану вводили лоскуты ткани, заливали её смолистым бальзамом и накладывали тугие повязки.

Древнеегипетский врач Синхр описал метод остановки кровотечения раскалённым железом. Так во время рассечения ткань сразу обугливалась и уже не кровоточила. Ещё более изощрённый метод – погружение остатка ампутированной конечности, культи, в котёл с кипящей смолой. Живые ткани мгновенно сваривались, образовывая толстую корку. Поскольку такие процедуры проводились без обезболивания, пережить их могли только сильные духом и телом люди.

В 1873 году немецкий хирург Фридрих Эсмарх предложил использовать резиновый жгут как экстренную меру при наружных кровотечениях. Приспособление накладывается на три пальца выше раны поверх мягкого материала – например, одежды. После этого жгутом обхватывают травмированную конечность и крепко стягивают. Кровеносные сосуды сдавливаются, кровь не поступает к ране и остаётся в организме. А одежда под жгутом сдерживает его давление на кожу и снижает риск отмирания мягких тканей.

Изобретение Эсмарха до сих пор считается самым эффективным средством первой помощи при кровотечениях. Но время его использования строго ограничено – не более двух часов. Если жгут будет сдавливать конечность дольше, есть риск потерять её из-за отсутствия кровотока. К тому же не все участки тела позволяют такие перевязки: если наложить жгут на ногу проще простого, то затянуть им грудь или шею – не очень хорошая идея.

Тогда же хирурги начали искать альтернативные средства. Одним из них был древовидный папоротник Пенгхавар-Джамби, растущий в Индонезии. Его ценность в тонких волокнах, прикрывающих основание лиственных стеблей. Они могут впитать в себя воду в объёме, который в 5 раз превышает их собственную массу. Когда волокна прикладывали к кровоточащим ранам, они вбирали в себя воду, входящую в состав крови, из-за чего кровь «створаживалась» и кровотечение останавливалось.

Сейчас в промышленных масштабах производятся сотни различных гемостатиков. Но кровотечения всё ещё остаются причиной более 30% смертей. Проблема в том, что используемые материалы имеют либо низкую биосовместимость, либо низкую впитывающую способность. То есть остановить кровь при глубоком порезе пальца вы сможете, но при глубоком порезе бедра – нет. К тому же, велика вероятность возникновения аллергической реакции. Например, нерастворимые в воде гидрогелевые губки на основе альгината могут вбирать в себя влагу, масса которой в несколько десятков раз превышает их собственную. Но чтобы эти губки оставались нерастворимыми, их пропитывают токсичными химическими веществами, которые могут вызвать аллергию или ожог.

Впитает всё и даже больше

Избежать негативного влияния кровоостанавливающих средств и сделать их более эффективными решили учёные из Российского химико-технологического университета им. Д. И. Менделеева. Им удалось разработать материал из полностью природных компонентов.

За основу химики РХТУ взяли всё тот же альгинат – природное соединение, выделяемое из морских водорослей. Чаще всего его добывают из бурых водорослей семейств ламинариевых и фукусовых. Альгинат хорош тем, что он может связывать большое количество воды. Но в ответ он так же быстро в ней растворяется. Токсичные вещества, которые раньше использовались для предупреждения этого процесса, учёные заменили на хитозан. Это тоже природный компонент, и добывается он из панцирей ракообразных: креветок и крабов. Соединяясь с альгинатом, он образует связи, благодаря которым получается стабильный устойчивый к воде гель. Заключительным компонентом препарата стали наночастицы серебра, которые отвечают за антибактериальный эффект.

Процесс создания нового гемостатического материала выглядит так. Растворимый желеобразный гидрогель альгината смешивают с наночастицами серебра и криоструктурируют – замораживают при температуре -20°С. Внутри этого соединения образуется первичная система каналов, будущие поры. После чего замороженный гидрогель помещают в раствор хитозана. Постепенно нагреваясь до температуры -5°С, молекулы хитозана связываются с молекулами альгината. Так происходит формирование нерастворимого пористого материала, который затем снова охлаждается до -20°С. Замороженную по специальной технологии субстанцию помещают в вакуумную камеру и нагревают. В процессе сушки весь лёд, содержащийся в материале, испаряется, минуя жидкую фазу и не нарушая структуру материала.

На выходе учёные получают упругую губку толщиной до 5 мм. Пористость материала составляет 50%. Это значит, что на объём всех пор приходится половина объёма геля, что позволяет ему эффективно впитывать жидкость. При этом губка остается механически стабильной при характерных для ран значениях кислотности и температуры.

Отдельно учёные изучили антибактериальные свойства альгинат-хитозанового геля. Для этого его образцы с наночастицами серебра и без них поместили в чашки Петри, прозрачные сосуды в форме невысокого плоского цилиндра. И подсадили туда три патогенные культуры – золотистый стафилококк, синегнойную палочку и восковую бациллу. Спустя сутки учёные оценили размеры свободных от бактерий зон вокруг образцов геля: антибактериальный эффект сильнее там, где размер этих зон больше. Эксперимент показал, что лучше всего с бактериями справлялись насыщенные серебром образцы.

Чтобы остановить кровотечение губкой, достаточно просто плотно накрыть ей рану. Губка впитает жидкость, плазму. Но кровь состоит не только из плазмы. В ней также содержатся переносчики кислорода – эритроциты, клетки иммунной системы – лейкоциты, и ответственные за свертываемость крови – тромбоциты. При механическом повреждении тромбоциты начинают активно прикрепляться друг к другу, образуя пробку на выходе из раны и сдерживая кровь. Но при крупном повреждении из-за быстрого потока крови тромбоциты просто не успевают создать нужную защиту. И губка здесь как нельзя кстати. Конечно, если у человека нет заболеваний, которые нарушают процесс свертываемости крови.

При этом губка не растворится, не попадет в кровоток и никак не повлияет на ткани. После того, как кровотечение остановится, губку можно просто убрать, а рану зашить. Теперь останавливать кровь даже при глубоких ранах станет легче, и печальная статистика смертности по причине потери крови имеет все шансы стать намного лучше.

Учёные РХТУ уже получили положительное решение о выдаче патента на материал и технологию его создания. И в настоящий момент проводят экономическую оценку перспектив и разрабатывают лабораторный регламент синтеза материала. А статья с результатами исследований опубликована в международном научном издании Journal of Polymeric Materials and Polymeric Biomaterials.