CC BY
0
Роль биопленок в пластической хирургии
Петрова Д.Ю., Костюк С.А., Полуян О.С., Лямцева А.К.
Белорусский государственный медицинский университет, Минск
Petrova DY, Kostiuk S.A., Poluyan O.S., Lyamtseva A.K.
Be!arusian State Medica! University, Minsk
The role of biofilms in plastic surgery
Резюме. Представлена краткая информация о биопленках в пластической хирургии. Биопленки широко распространены и являются причиной до 80% всех инфекционных послеоперационных хирургических осложнений, в том числе в пластической хирургии. Это особенно актуально в отношении несъемных медицинских протезов, как, например, капсулярная контрактура при использовании грудных имплантатов и отсроченные осложнения при использовании наполнителей для мягких тканей. Авторы также представляют информацию о том, как биопленки связаны с осложнениями, обусловленными введением наполнителей мягких тканей. После краткого обзора патофизиологии биопленок и их влияния на пластическую хирургию авторы предлагают пересмотренный алгоритм, который поможет пластическому хирургу сталкиваться с осложнениями, связанными с биопленками, который включает более быструю диагностику и лечение с использованием технологии полимеразной цепной реакции (ПЦР). Последние достижения в применении ПЦР позволяют быстро идентифицировать микроорганизмы в составе биопленки и проводить адекватную антибиотикотерапию с учетом индивидуальной чувствительности к противомикробным препаратам в отличие от эмпирической терапии. Использование ПЦР позволяет быстрее выявить инфекционный микроагент и ускорить этиотропное лечение, что может привести к снижению общих медицинских расходов и улучшению послеоперационных результатов.
Ключевые слова: пластическая хирургия, микроорганизмыы, биопленки, технология полимеразная цепная реакция.
Медицинские новости. — 2023. — №11. — С. 35-39.
Summary. This article provides brief information about biofilms in plastic surgery. Biofilms are widespread and cause up to 80% of a!! infectious postoperative surgical complications, including in plastic surgeryy. This is especially true for indwelling medica! prostheses, such as capsular contracture with breast imp!ants and de!ayed comp!ications with soft tissue fi!!ers. The authors a!so provide information on how biofi!ms are associated with complications associated with the introduction of soft tissue fillers. After a brief review of the pathophysiology of biofilms and their impact on plastic surgery, he authors propose a revised algorithm that will help the plastic surgeon to deal with the complications associated with biofilms, which includes faster diagnosis and treatment using polymerase chain reaction (PCR) technology. Recent advances in the use of PCR make it possible to quickly identify microorganisms in the biofilm and to conduct adequate antibiotic therapy based on individual antimicrobial sensitivity, as opposed to empirical therapy. The use of PCR allows faster detection of infectious microagent and faster ethotropic treatment, which can lead to lower overall medical costs and improved postoperative results. This article is a review of the latest scientific literature. Keywords: plastic surgery, microorganisms, biofilms, polymerase chain reaction technology.
Meditsinskie novosti. - 2023. - N11. - P. 35-39.
Биопленки, характеризующиеся как микробное сообщество, создавшее полимерную матрицу, которая необратимо прилипает к живым и неживым поверхностям, составляют 99,9% всей микробной биомассы на Земле [1]. Биопленки являются одним из основных источников загрязнения воды, медицинских протезов и инфекций, связанных с медицинским в том числе хирургическим вмешательством. Биопленки были первоначально концептуализированы в 1978 году, визуальное наблюдение оказалось более труднодостижимым до применения сканирующего электронного микроскопа. Существуя внутри этой структурно неоднородной полимерной матрицы, бактерии способны общаться посредством процесса, называемого кворум сенсинг который, как было показано, играет важную роль в производстве и дифференциации биопленки. Благодаря этой межклеточной сигнализации, биопленки, по-видимому, действуют как независимый организм, реагирующий на стимулы, растущий и поддерживающий гомеостаз. Однако этот полимерный матрикс не только является средой для бактерий, но и может препятствовать фагоцитозу. Более того,
биопленки служат средой для внехро-мосомных ДнК-плазмид, которые могут придавать устойчивость к антибиотикам в 1000 раз большую, чем планктонные бактерии (рис. 1) [2-5].
Жизненный цикл биопленки можно охарактеризовать стадиями прикрепления, роста и отщепления (рис. 2) [7, 8]. Биопленки образуются, когда свободно плавающие бактерии прикрепляются к живой или инертной поверхности и становятся сидячими. Их формирование может быть быстрым, так как микроколонии можно обнаружить уже через 8-10 часов после заражения [9, 10]. Матрикс биопленки демонстрирует прогрессирующее наслоение клеток, в результате чего средняя толщина клеток составляет от 50 до 100 мкм,
и служит средой для переноса экзогенных растворителей, питательных веществ и кислорода [5, 11]. Хотя микробное бремя, возникающее в результате отслоения биопленки, не было хорошо изучено в клинических условиях, известно, что биопленки пассивно отделяются путем эрозии и слущивания и активно заселяют микроколонии и отдельные планктонные клетки.
(Схематическое изображение жизненного цикла биопленки
1. Прикрепление планктонных бактерий
полимерного вещества (ВПВ) для необратимого прикрепления
3. Размножение и дифференцировка для получения зрелого ВПВ
4. Дальнейшее созревание и пространственно структурированный рост ВПВ
5. Дальнейшее распространение
О
Биоматериал /
Примечание: 1 - отдельные клетки бактерий населяют материал; 2 - внеклеточное полимерное вещество производится и служит в качестве основы или клея для удержания биопленки вместе; 3 - прикрепление становится необратимым; 4 - развивается и созревает архитектура биопленки; 5 - бактерии могут превращаться из неподвижной биопленки в планктонную форму, вызывая новые инфекции [8]
_| Сканирующие электронные
микрофотографии биопленки [25]
Примечание. Микрофотография с низким увеличением, показывающая биопленку, прикрепленную к поверхности протеза (вверху, слева). Мощная электронная микрофотография, показывающая биопленку внутри капсулярной контрактуры (вверху, справа). Электронная микрофотография с большим увеличением, показывающая биопленку, прикрепленную к поверхности протеза (внизу, слева). Фрагмент скопления биопленки, прикрепленного к поверхности протеза (внизу, справа).
Клиническое применение
В клинической практике бактериологическая культура образцов в настоящее время считается критериальным стан-
дартом для идентификации микроорганизмов; однако типичная биокультура образцов недостаточна для положительной характеристики биопленок, поскольку она направлена на идентификацию планктонных организмов, которые хорошо растут на общепринятых лабораторных средах. Биопленки, напротив, требуют специфических сред для роста, которые не встречаются в клинико-диагностической лаборатории. Более того, матрица биопленки должна быть разрушена, чтобы освободить микробы, находящиеся в ней [12]. Стандартные результаты культивирования иногда требуют нескольких дней для получения результата, что неоправданно длительно для принятия критических решений при лечении хирургических инфекций.
Критически важным для успешного лечения инфекционных хирургических осложнений является выявление любых присутствующих в составе биопленок микроорганизмов, чтобы можно было назначить этиотроп-ную антибиотикотерапию. Один из высокоточных методов микробиологической диагностики является ПЦР основанная
МЕДИЦИНСКИЕ НОВОСТИ
№11 • 9П93
1R
на амплификации одной или нескольких копий ДНК, в результате чего образуются миллионы копий определенной последовательности ДНК. Позволяя быстро идентифицировать гены, ответственные за синтез биопленки, такие как icaA, icaD, и atlE [13], ПЦР помогает получить результаты в течение нескольких часов. Еще одним преимуществом ПЦР является возможность назначать соответствующие антибиотики, направленных на различные организмы, начиная от метициллин-устойчивых Staphylococcus aureus и Pseudomonas, вместо эмпирически направленного лечения антибиотиками [14].
Образование биопленки на протезах, однако, представляет аналогичные проблемы в диагностике и лечении во многих дисциплинах, включая ортопедическую хирургию, кардиоторакальную хирургию, нейрохирургию и челюстно-лицевую хирургию. В дополнение к быстрой идентификации с помощью ПЦР современные методы быстрой диагностики инфекций протезных суставов включают автоматизированное риботипирование, матричную лазерную десорбционную ионизацию в сочетании с масс-спектрометрией с анализом времени пролета и ПЦР с электроспрей-ионизацией на основе соотношения нуклеотидов [15]. Методы быстрой идентификации с помощью ПЦР в настоящее время используются для идентификации биопленок на нейрохирургических имплантатах, таких как наружные вентрикулярные дренажи [16]. Методы идентификации биопленки на па-родонтальных имплантатах аналогичны вышеупомянутым методам сканирующей электронной микроскопии и ПЦР [17].
Пластическая хирургия также может извлечь пользу из появления быстрых методов и методологий ПЦР, чтобы помочь в лечении осложнений, возникающих из биопленок и имплантатов. Управление рекуррентной капсульной контрактурой при увеличении груди и реакция биопленки на мягкие тканевые наполнители являются двумя примерами того, как технология быстрой ПЦР может, в течение нескольких часов внести свой вклад в клинический алгоритм лечения, который может привести к целенаправленной антибиотикотерапии.
Биопленки и увеличение груди
Аугментационная маммопластика является одной из наиболее часто выполняемых процедур эстетической пластической хирургии в мире [18]. Образование фиброзной капсулы вокруг
имплантированного материала - нормальная часть процесса заживления; однако, если эта фиброзная капсула сжимается и утолщается, говорят, что произошла капсулярная контрактура [19]. Капсулярная контрактура может привести к упругости, вмятине, дискомфорту или искажению контура и была названа самым распространенным осложнением аугментационной маммопластики [20]. Хотя в течение последних трех десятилетий в качестве потенциальной причины капсулярной контрактуры предполагалась инфекция, обнаружение субклинической инфекции в виде биопленок было подтверждено лишь недавно [14, 21, 22]. Как часть эндогенной флоры молочной железы [23], Staphylococcus epidermidis был признан причиной обнаруженных биопленок [17].
Tamboto и соавт. на свиной модели продемонстрировали связь между субклинической инфекцией, образованием биопленок и капсулярной контрактурой. В этой свиной модели авторы инокули-ровали различные участки имплантата биопленкообразующей S. epidermidis и отметили статистически значимую связь между инокуляцией и развитием кап-сулярной контрактуры - риск развития контрактуры увеличился в четыре раза (рис. 3) [24]. Jacombs и соавт. показали на аналогичной свиной модели, что
использование сетки, пропитанной антибиотиком, может уменьшить доступ бактерий к грудным имплантатам во время хирургической установки и впоследствии защитить от субклинической инфекции и капсулярной контрактуры [25].
Профилактика, диагностика и лечение
Профилактические меры для предотвращения проникновения биопленки при аугментационной маммопластике включают использование строгой асептической техники, орошение грудного кармана тройным антибиотиком (баци-трацин - цефазолин - гентамицин) и бескровную диссекцию [26]. Дополнительные потенциальные меры, позволяющие избежать контакта с обычной флорой молочной железы (например, S. epidermidis) или другими бактериями, включают использование медицинского устройства Keller Funnel (Keller Medical, Inc., Stuart, Fla.), которое, как сообщается, в 27 раз уменьшает контакт с кожей по сравнению с цифровым введением гладких гелевых имплантатов [27].
Недавние экспериментальные исследования показали, что антибиотики, такие как аминогликозиды и фторхинолоны, эффективны против стафилококковых биопленок и могут быть рассмотрены для использования после операции [28]. При этом было показано, что при использовании
Отсроченное осложнение введения филлера. У пациента наблюдается не флуктуирующее воспаление после инъекции гиалуроновой кислоты в губы (вверху). Внешний вид пациентки через 6 месяцев после алгоритмического лечения (внизу) [44]
цефалоспоринов в послеоперационном периоде частота осложнений существенно не отличалась [29].
Осложнения, связанные с грудными имплантатами и мягкоткаными наполнителями, должны решаться взвешенно и алгоритмично. В настоящее время
Алгоритм лечения поздних и отсроченных осложнений, связанных с биопленками
капсулэктомия является методом выбора для большинства хирургов при лечении капсулярной контрактуры. Пластический хирург может рассмотреть возможность отправки капсулы или гранулемы, обнаруженной внутри капсулы, для проведения ПЦР для идентификации биопленки, что может оказаться полезным для лечения и/или профилактики капсуляр-ной контрактуры в случае повторной имплантации. Поскольку мы не знаем причины капсулярной контрактуры, это может помочь установить, является ли причиной инфекция или биопленка, особенно при рецидивирующей капсулярной контрактуре.
Биопленки и наполнители
Хотя инъекционные мягкотканые филлеры для омоложения и коррекции формы лица становятся все более популярными, одновременно с этим растет число осложнений, связанных с биопленками [30]. Мягкотканые филлеры, которые классифицируются по продолжительности действия как временные, длительные, полупостоянные и постоянные [31], прошли всесторонние испытания и имеют редкие, незначительные побочные эффекты [32]. Большинство осложнений, связанных с мягкими тканевыми наполнителями, как правило, связаны с техническими или процедурными ошибками, а не самими медицинскими продуктами [33]. Несмотря на превосходный профиль безопасности и относительную редкость побочных реакций [34], мягкотканые наполнители (за исключением аутологич-ного жира) являются чужеродными для организма и, таким образом, являются потенциальными местом прикрепления и источником образования биопленки и субклинической инфекции - механизм отсроченного формирования гранулемы инородного тела [35].
Скорость образования гранулемы, однако, варьируется в зависимости от типа используемого наполнителя. Для 6-месячных филлеров, по литературным данным, частота образования гранулемы составляет один к 2500 для гиалуроновой кислоты. Для филлеров с более длительным периодом сохранения, таких как Radiesse (Merz Aesthetics, США) и Sculptra (Valeant Pharmaceuticals International, США), частота гранулемы, согласно данным, составляет приблизительно один случай из 500.
Возникновение осложнений в связи с инъекцией мягкотканых наполнителей отличается по времени: ранние ослож-
нения возникают в течение 14 дней, как правило, характеризуются воспалительной реакцией. Поздние осложнения возникают в период от 14 дней до 1 года и обычно связаны с образованием гранулемы. Отсроченные осложнения возникают более чем через 1 год после инъекции и связаны с биопленками [22].
Ранние осложнения, связанные с мяг-коткаными наполнителями, являются наиболее распространенными осложнениями и могут наблюдаться сразу после инъекции. Травматический эффект от прокола, связанный с инъекцией, может привести к эритеме и отеку [36]. Некроз места инъекции может произойти из-за внутриартериальной инъекции, особенно в супраорбитальную или угловой артерии [37, 38]. Аллергическая реакция также может возникнуть на ранних стадиях после инъекции. Видимые или пальпируемые узелки характерны для отсроченной эритемы в местах инъекций, которая может быть вызвана гиперчувствительностью, инфекцией или реакцией на инородное тело [39].
Поздние и отсроченные осложнения после введения наполнителей в мягкие ткани связаны с образованием гранулемы инородного тела, которая состоит из воспалительного инфильтрата, включающего лимфоциты, плазматические клетки, нейтрофилы, эозинофилы и многоядерные гигантские клетки, представляющие собой реакцию организма на инертные инородные тела [37]. 1ранулемы инородного тела обычно появляются в период от 6 до 24 месяцев после инъекции и возникают с частотой от одного из 100 до одного из 5000 пациентов [40, 41]. Хотя характеристики гранулемы инородного тела обычно зависят от типа используемого наполнителя, диагностика основывается на клинических данных [31]. Влияние биопленок на гранулемы инородного тела в настоящее время неясно, и это должно стать направлением будущих исследований [42]. Однако инфекционная причина, связанная с гранулемами инородных тел, подтверждается различными публикациями (рис. 4) [33, 43].
Профилактика
Профилактика образования биопленок наполнителей мягких тканей должна включать в себя тщательный сбор анамнеза пациента, чтобы определить, использовались ли ранее какие-либо наполнители, а также выяснить любую информацию о нарушениях кровообращения, имму-нокомпрометированном состоянии или предыдущих инфекциях. Как и в случае
профилактических мер в отношении грудных имплантатов, следует соблюдать асептическую технику, а также использовать хлоргексидин для подготовки пациента к использованию остаточного антибактериального эффекта.
Дальнейшие профилактические меры включают профилактическое применение антибиотиков, особенно при использовании полупостоянных и постоянных филлеров, а также игл меньшего диаметра, чтобы минимизировать травматизацию и доступ для бактерий. Кроме того, пациентам следует избегать нанесения макияжа за 8 часов до операции и сразу после инъекции [44].
Существуют известные факторы риска, связанные с созданием биопленок, которых следует активно избегать. Инъекция в неподходящей плоскости является наиболее распространенной ошибкой [45]. Глубокие плоскости лучше для инъекций, чем поверхностные, особенно для филлеров более длительного действия. Следует избегать инъекций во время активного акне или других инфекций, а инъекции возле губ подвержены высокому риску образования биопленки из-за близости флоры полости рта [38]. Кроме того, наложение филлеров друг на друга и инъекции большого объема были связаны с образованием гранулемы и усилением воспаления [46].
Диагностика и лечение
Как и в случае осложнений, возникающих при аугментационной маммопласти-ке, идентификация биопленки с помощью ПЦР должно привести к алгоритмическому лечению. Эмпирические антибиотики могут быть начаты до получения результатов ПЦР (макролиды и хинолоны) [31]. В случае использования наполнителей для мягких тканей рекомендуемым методом лечения осложнений является определение типа использованного наполнителя с последующим определением флюктуации раны. Если рана окажется флюктуирующей, ее следует дренировать иглой и культивировать [40].
Если целевые антибиотики не уменьшают осложнения, а гиалуроновая кислота не использовалась, следует рассмотреть вопрос о введении стероидов [24]. Если применяли гиалуро-новую кислоту, следует использовать гиалуронидазу [47]. Последним шагом, который следует рассмотреть, является иссечение (рис. 5).
Заключение
Хотя оказалось, что биопленки трудно обнаружить и не менее трудно саниро-
МЕДИЦИНСКИЕ НОВОСТИ
№11 • 2023
38
вать, недавние усовершенствования в методах обнаружения, инновации в профилактике и исследования по ликвидации позволяют создать потенциальный алгоритм профилактики и борьбы с субклинической инфекцией. Особое внимание следует уделять профилактике, предотвращению различных факторов риска, выявлению и лечению осложнений, если и когда они возникают.
В этой статье мы предлагаем метод обнаружения, который, возможно, приведет к более быстрой диагностике инфекционного агента, что позволит сократить время лечения. Целью является ускорение сроков идентификации микроорганизмов и целенаправленной антибиотикотерапии.
Биопленки повсеместно присутствуют в нашей жизни, и все же их трудно обнаружить и санировать. Хотя их существование признано большинством, их значение и влияние еще предстоит полностью оценить в пластической хирургии. Недавние достижения в технологии ПЦР и растущая в последнее время база знаний заложили основу для будущих исследований в этой захватывающей и постоянно развивающейся области.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Costerton J.W., Montanaro L., Arciola C.R. // International Journal of Artificial Organs. - 2005. - Vol.28. - P.1062-1068.
2. Parsek M.R., Singh P.K. // Annual Review of Microbiology. -2003. - Vol.57. - P.677-701.
3. Anwar H., Strap J.L., Chen K., et al. // Antimicrob Agents Chemother - 1992. - Vol.36. - P.1208-1214.
4. Constantine R.S., Constantine FC., Rohrich R.J. // Plastic and Reconstructive Surgery. - 2014. - Vol.133, N6. - P.865-872.
5. Ghigo J.M. // Nature. - 2001. - Vol.412. - P.442-445.
6. van Heerden J., Turner M., Hoffmann D., et al. // Journal of Plastic, Reconstructive and Aesthetic Surgery. - 2009. -Vol.62. - P.610-617.
7. Black C.E., Costerton J.W. // Surgical Clinics of North America. - 2010. - Vol.90. - P.1147-1160.
8. Nyame TT, Lemon K.P., Kolter R., et al. // Plastic and Reconstructive Surgery. - 2011. - Vol.128. - P.1061-1068.
9. James G.A., Swogger E., Wolcott R., et al. // Wound Repair and Regeneration. - 2008. - Vol.16. - P.37-44.
10. Davis S.C., Ricotti C., Cazzaniga A., et al. // Wound Repair and Regeneration. - 2008. - Vol.16. - P.23-29.
11. Sauer K., Camper A.K., Ehrlich G.D., et al. // Journal of Bacteriology - 2002. - Vol.184. - P.1140-1154.
12. Trampuz A., Piper K.E., Jacobson M.J., et al. // The New England Journal of Medicine. - 2007. - Vol.357. - P.654-663.
13. Arciola C.R., Collamati S., Donati E., et al. // Diagnostic Molecular Pathology - 2001. - Vol.10. - P.130-137.
14. Stoodley P., Conti S.F, DeMeo P.J., et al. // FEMS Immunology and Medical Microbiology. - 2011. - Vol.62. -P.66-74.
15. Arciola C.R., Montanaro L., Costerton J.W., et al. // International Journal of Artificial Organs. - 2011. - Vol.34. -P.727-736.
16. Stevens NT, Tharmabala M., Dillane T, et al. // Clinical Microbiology and Infection. - 2008. - Vol.14. - P.719-722.
17. Lee A., Wang H.L. // Implant Dentistry. - 2010. - Vol.19. -P.387-393.
18. Washer L.L., Gutowski K. // Infectious Disease Clinics of North America. - 2012. - Vol.26. - P.111-125.
19. Virden C.P., Dobke M.K., Stein P., et al. // Aesthetic Plastic Surgery. - 1992. - Vol.16. - P.173-179.
20. Silverman B.G., Brown S.L., Bright R.A., et al. // Annals of Internal Medicine. - 1996. - Vol.124. -P.744 -756.
21. Burkhardt B.R., Fried M., Schnur P.L., et al. // Plastic and Reconstructive Surgery. - 1981. - Vol.68. - P.43-49.
22. Pajkos A., Deva A.K., Vickery K., et al. // Plastic and Reconstructive Surgery. - 2003. - Vol.111. - P.1605-1611.
23. Thornton J.W., Argenta L.C., McClatchey K.D., et al. // Annals of Plastic Surgery. - 1988. - Vol.20. - P.39-42.
24. Tamboto H., Vickery K., Deva A.K. // Plastic and Reconstructive Surgery. - 2010. - Vol.126. - P.835-842.
25. Jacombs A., Allan J., Hu H., et al. // Aesthetic Surgery Journal. - 2012. - Vol.32. - P.886-891.
26. Adams W.P. Jr // Clinics in Plastic Surgery. - 2009. -Vol.36. - P.119-126.
27. Moyer H.R., Ghazi B., Saunders N., et al. // Aesthetic Surgery Journal. - 2012. - Vol.32. - P.194-199.
28. Singh R., Ray P., Das A., et al. // Journal of Antimicrobial Chemotherapy. - 2010. - Vol.65. - P.1955-1958.
29. Mirzabeiigi M.N., Mericili A.F, Ortlip T, et al. // Aesthetic Surgery Journal. - 2012. - Vol.32. - P.61-68.
30. Rohrich R.J., Rios J.L., Fagien S. // Plastic and Reconstructive Surgery. - 2003. - Vol.112. - P.1899-1902.
31. Rohrich R.J., Nguyen AT, Kenkel J.M. // Dermatologic Surgery. - 2009. - Vol.35, N2. - P.1605-1611.
32. Broder KW, Cohen SR. // Plastic and Reconstructive Surgery. - 2006. - Vol.118, N1. - P.7-14.
33. Lemperle G., Rullan P.P., Gauthier-Hazan N. // Plastic and Reconstructive Surgery. - 2006. - Vol.118, Nl. - P.92-107.
34. Lowe N.J., Maxwell C.A., Patnaik R. // Dermatologic Surgery. - 2005. - Vol.31. - P.1616-1625.
35. Christensen L., Breiting V, Janssen M., et al. // Aesthetic Plastic Surgery. - 2005. - Vol.29. - P.34-48.
36. Narins R.S., Brandt IF, Leyden J., et al. // Dermatologic Surgery. - 2003. - Vol.29. - P.588-595.
37. Glaich A.S., Cohen J.L., Goldberg L.H. // Dermatologic Surgery. - 2006. - Vol.32. - P.276-281.
38. McCleve D.E., Goldstein J.C. // Ear, Nose and Throat Journal. - 1995. - Vol.74. - P.182-188.
39. Narins R.S., Jewell M., Rubin M., et al. // Dermatologic Surgery. - 2006. - Vol.32. - P.426-434.
40. Bigata X., Ribera M., Bielsa I., et al. // Dermatologic Surgery. - 2001. - Vol.27. - P.198-200.
41. Lemperle G., Romano J.J., Busso M. // Dermatologic Surgery. - 2003. - Vol.29. - P.573-587.
42. Christensen L. // Dermatologic Surgery. - 2007. -Vol.2. - P.168-175.
43. Rongioletti F, Cattarini G., Sottofattori E., et al. // Archives of Dermatological Research. - 2003. - Vol.139. - P.815-816.
44. Rohrich R.J., Monheit G., Nguyen AT, et al. // Plastic and Reconstructive Surgery. - 2010. - Vol.125. - P.1250-1256.
45. Cohen J.L. // Dermatologic Surgery. - 2008. - Vol.34, N1. - P.92-99.
46. Gelfer A., Carruthers A., Carruthers J., et al. // Dermatologic Surgery. - 2007. - Vol.33. - P.614-620.
47. Lambros V // Plastic and Reconstructive Surgery. -2004. - Vol.114. - P.277.
Поступила 28.06.2023 г.
mmmmpimmrnm
В РОССИИ СОЗДАЛИ «ИСКУССТВЕННЫЕ МЫШЦЫ», РАБОТАЮЩИЕ ОТ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Специалисты лаборатории управляемых бионических систем Сеченовского Университета разработали искусственные мышцы на основе гидрогеля из поливинилового спирта, которые активируются переменным током.
Разработанные мышцы состоят из актуаторов - это части механизма, которые умеют сокращаться, сгибаться или расширяться. Раньше актуаторы имели низкую скорость срабатывания, а также при превышении электрического напряжения могли легко выйти из строя.
Чтобы решить эти проблемы, ученые разработали актуаторы на основе гидрогеля из поливинилового спирта, активируемого переменным током. При воздействии переменного тока ионы не движутся к электродам, а колеблются на месте, поэтому происходит равномерный нагрев всего гидрогеля и изменение формы актуатора. Чтобы достичь необходимого эффекта, требуется около трех секунд.
«Гидрогели состоят из полимера поливинилового спирта и воды. Когда мы воздействуем на гидрогель переменным током, ионы воды начинают локально вибрировать, что приводит к нагреванию всего гидрогеля. В результате нагревания в
определенном диапазоне температур вода резко переходит в газообразное состояние и выделяется из гидрогеля. Когда воздействие тока прекращается, вода быстро абсорбируется обратно. Гидрогель покрыт эластичной герметичной оболочкой, которая в процессе расширяется, подобно надуваемому воздушному шарику. Чтобы расширение происходило линейно, мы использовали два типа внешних армирующих сеток - плетеную и в виде спирали», - объяснил старший научный сотрудник лаборатории управляемых бионических систем Тарек Дайюб.
Чтобы контролировать изменение формы, ученые использовали эластичный материал и два типа внешних армирующих сеток со специальной геометрией плетения. Актуатор с армирующей сеткой в виде спирали способен растягиваться до 60%, а актуатор с плетеной сеткой способен сокращаться более чем на 20%.
Мышцы получились легкими и бесшумными, с хорошими механическими свойствами и способные выдерживать большие нагрузки. Они будут полезны не только в медицинской области для создания бионических протезов и реабилитационных устройств, но и для задач мягкой робототехники и аэрокосмической промышленности.
Источник: https://www.gazeta.ru/
