Catetere acoperite cu nanoparticule de argint Student: Maria-Leila POPA Conducător Științific: Prof. Dr. Ing. Ecaterina ANDRONESCU As. Drd. Ing…. [307294]

PROIECT DE DIPLOMĂ

Catetere acoperite cu nanoparticule de argint

Student: [anonimizat]-Leila POPA

Conducător Științific: Prof. Dr. Ing. Ecaterina ANDRONESCU

As. Drd. Ing. Vasile Adrian SURDU

București

Iulie, 2019

INTRODUCERE

Cateterizarea a devenit o [anonimizat] o [anonimizat]. Însă, [anonimizat], reprezintă o [anonimizat]. Deși trebuie urmat întotdeauna un protocol în sistemele spitalicești în cadrul procedurii de introducere a [anonimizat].

[anonimizat]. [anonimizat] a [anonimizat]-se până la nivelul rinichilor. O cauza majoră a infecțiilor asociate cateterelor urinare se datorează materialelor ce nu sunt ideale pentru fabricarea cateterelor. Așadar, [anonimizat], în funcție de gravitatea situației. Utilizarea cateterelor pe termen lung prezintă o mare problemă: [anonimizat]. Una dintre posibilele soluții s-a dovedit a [anonimizat] a îndeplini toate cerințele și a preveni infecțiile.

Datorită rezistenței demonstrate a multor microorganisme la terapiile convenționale cu antibiotice și de asemenea și a [anonimizat], ce posedă un puternic efect antimicrobian. [anonimizat] o ramură intens studiată a nanotehnologiei, [anonimizat]. [anonimizat] s-au dovedit a avea un potențial impresionant în dezvoltarea unor noi agenți antimicrobieni.

CAPITOLUL 1 – CATETERE

1.1. Considerente generale

1.1.1 Istoric

Top of Form

Cateterizarea urinară

Bottom of FormCuvântul „cateter” [anonimizat] „a lăsa sau a trimite în jos”. [anonimizat] a goli cervixul uterin.

[anonimizat] î. Hr., Erasistratus, un fiziolog și anatomist grec ce trăia în Keos, a fost creditat în scrierile medicale ale lui Galen pentru tratarea retenției urinare prin utilizarea unui tub metalic în forma literei romane „S”, pe care l-a numit „cateter”. [anonimizat] a [anonimizat], frunze, [anonimizat], cupru, alamă sau plumb. [anonimizat] o mare îndemânare și precizie pentru a fi manipulate în interiorul vezicii. Ulterior, o dezvoltare a cateterelor flexibile a fost realizată de către fizicianul arab Avicenna, care a scris numeroase instrucțiuni în asamblarea cateterelor din piele de animal marin.

Timp de mulți ani, cateterele epidermale utilizate erau compuși din tuburi simple sau compuși industriali disponibili. Mult mai târziu, au fost dezvoltate primele catetere maleabile, pornind de la cele realizate din argint, datorită faptului că acesta, pe lângă faptul că putea fi îndoit spre orice formă dorită, are și proprietăți antiseptice. În secolul al XVII-lea, chirurgul olandez Cornelius Solingen a proiectat un tub dintr-o bandă de metal spiralat pentru a obtine un cateter flexibil acoperit cu pergament moale și tratat cu ceară pentru a avea o suprafață mai netedă. Același model a fost folosit și de către Benjamin Franklin și Michele Troia care au folosit materiale ce includeau și cauciucul. Însă cauciucul natural are dezavantajul de a deveni mult prea moale la temperatura corpului și mult prea rigid la rece. Cateterele flexibile, realizate complet din cauciuc, le-au înlocuit complet pe cele metalice spre sfârșitul secolului XIX iar în următorul secol, s-a văzut evoluția unei varietăți de materiale realizate din cauciuc sintetic utilizate extensiv pentru catetere. [1]

În timp și odată cu avansarea tehnologiei, au început să fie utilizate și alte materiale, precum PVC (policlorură de vinil) sau siliconul. Până în ziua de astăzi, evoluția în tehnologia cateterelor este foarte vizibilă, existând catetere intermitente în numeroase materiale, dimensiuni sau tipuri, inclusiv cele hidrofilice, pre-lubrifiate sau chiar personalizate. [2]

Cateterizarea cardiacă

În 1929, Werner Forssmann, un general practicant dintr-un oraș mic de lângă Berlin, prezenta un mare interes în problemele de boli de inimă și a speculat pe eficacitatea administrării digitale direct în inimă. Operând pe un câine, acesta a inserat un cateter urologic printr-o venă a picioarelor în atriul drept, iar câinele a supraviețuit. Devenind obsedat de această idee, și-a izolat propria venă antecubitala stângă și și-a filetat un cateter în partea superioară a pieptului, avansând-ul 65 de cm de la cot, dovedind în final printr-o radiografie că acesta a ajuns în inimă și că nu au existat efecte dăunătoare, după ce cateterul a fost înlăturat. Acest experiment a fost confirmat mai târziu, în 1945 de către Dr. Andre Cournand și Dickinson Richards, câștigători și ai premiului nobel în medicină în 1965.[3]

1.1.2 Proces

Un cateter reprezintă un tub subțire, fabricat din materiale de puritate medicală și care îndeplinește o varietate de funcții în corpul uman. Acestea pot fi inserate în organism în scopul tratării bolilor sau efectuării procedurilor chirurgicale. În mod funcțional, ele sunt utilizate pentru a permite scurgerea lichidelor din sau în organism, administrarea de fluide sau gaze, accesul de instrumente chirurgicale dar și multe alte sarcini, în funcție de tipul de cateter. Introducerea cateterelor se face în cavități, canale sau vase, procesul de introducere a acestora numindu-se „cateterizare”. [4]

Cateterizarea cardiacă- proces

Cateterizarea cardiacă reprezintă o procedură utilizată pentru diagnosticarea și tratarea afecțiunilor cardiovasculare. Constă în inserarea unui tub subțire numit cateter într-o arteră sau venă în zonă gâtului sau brațului și trecut prin vasele de sânge până în inimă. Această procedură se efectuează într-o cameră de operație dotată cu echipamente imagistice cu radiații X, de obicei pe pacientul treaz dar sedat.

Inițial, o linie intravenoasă este introdusă în mână sau braț, cu scopul de a putea da orice medicamente suplimentare de care ar putea fi nevoie în timpul procedurii. De asemenea, pe piept se plasează electrozi pentru a verifica bătăile inimii.[5]

Medicul specialist efectuează o perforare a pielii cu un ac, într-un vas de sânge mare. Un tub de mici dimensiuni, numit și „teaca” este introdus în vas iar prin el este directionat ușor un cateter. Poziția cateterului este mereu afișată pe un eran video, în drumul către inimă. Pe vârful cateterului pot fi plasate diverse instrumente, precum cele de măsurare a presiunii sângelui în fiecare cameră a inimii sau în vasele de sânge aferente, instrumente pentru vizualizarea interiorului vaselor de sânge, prelevarea de probe de sânge sau pentru îndepărtarea unei mostre de țesut (biopsie) din interiorul inimii. Procedura durează aproximativ o oră, iar în final, medicul specialist va elimina cateterul și teaca acestuia, uneori utilizând și un dispozitiv special de închidere.

Tipuri de cateterizare cardiacă:

a. Angiografia – cateterul este utilizat pentru a injecta un colorant care poate fi observat in investigatiile cu raze X.

b. Intervenție coronariană percutanata (PCI) sau angioplastie – cateterul este utilizat pentru a curăta o arteră ingustată sau blocată.

c. Valvuloplastie – catetrul este folosit pentru a lărgi o deschidere a valvei înguste. [6]

Cateterizarea urinară – proces

Cateterizarea uretrală este o procedură medicală de rutină care facilitează drenajul direct al vezicii urinare. Poate fi folosită în scopuri diagnostice (pentru a ajuta la determinarea etiologiei diferitelor stări genitourinare) sau terapeutic (pentru a ameliora retenția urinară, pentru a introduce medicația sau pentru a asigura irigarea). Cateterizarea permite urinei pacientului să se scurgă liber din vezică pentru colectare. Cateterul poate fi unul permanent (cateterul intern) sau un cateter intermitent ce este eliminat după fiecare cateterizare.

Auto-cateterizarea intermitentă este procedura optimă de gestionare a retenției urinare, imitând funcția vezicii normale și permițând umplerea vezicii urinare și scurgerea ei completă. De asemenea, reduce și riscul de infecție. Această procedură poate fi percepută că una inconfortabilă, deși este ușor de efectuat. Respectând un standard ridicat de curățenie și în condiții sterile, pacientul introduce un sistem flexibil (cateter – de obicei un tub de plastic cu ochi de drenaj adiacent la varful închis rotunjit) în uretră, până când urina începe să se scurgă și îl retrage atunci când fluxul încetează.

În situația în care auto-cateterizarea intermitentă nu este posibilă, trebuie folosit un cateter intern, introdus printr-o intervenție medicală realizată de un medic specializat. Acest tip de cateter este definit că unul pe termen lung, fiind în vigoare pentru mai mult de 30 de zile.[7]

1.2. Utilizări

Prin modificarea procesului de fabricare sau prin utilizarea unor materiale diferite, cateterele se pot adapta în funcție de aplicațiile dorite, cum ar fi cele cardiovasculare, urologice, gastrointestinale, oftalmice, neurovasculare. În ziua de astăzi există multe modele de catetere specializate. Datorită design-ului specific al fiecăruia, cateterele pot fi utilizate în țesuturi pulmonare, neonatale, cardiace (vasculare), țesuturi ale sistemului nervos central sau epidural. Cateterele mai pot fi concepute pentru a efectua ablația țesuturilor, adică îndepărtarea țesutului și pot servi drept și conducte termice și optice în dispozitive medicale.[4]

1.2.1 Catetere cardiace si venoase – utilizări

Catetere intravenoase (IV):

Angiograma coronariană – pentru a verifica blocajele din arterele care duc la inimă, cu ajutorul injectării unui colorant prin cateter și efectuarea imaginilor cu raze X ale arterelor inimii. Cateterul este plasat inițial în artere din regiuea inghinală sau a încheieturii.

Biopsia inimii – pentru a se preleva o mostră de țesut cardiac. Cateterul este plasat în general în vena jugulara interna și mai rar, în zonă inghinală. Este folosit un cateter de dimensiuni mici, cu vârf foarte mic ce are formă asemănătoare unui maxilar, pentru a obține o mostră de țesut din inimă.

Cateterism cardiac drept – pentru a verifica presiunea și fluxul sanguin în partea dreaptă a inimii. Cateterul este introdus în jugulara interna sau inghinal. Acesta posedă senzori speciali pentru a măsura presiunea și fluxul sanguin.

Angioplastia cu balon – pentru a deschide o arteră îngustă în inimă sau în apropierea inimii. Cateterul este introdus în încheietura mâinii sau în zona inghinală. Inițial se introduce un cateter mai lung și flexibil în arterele îngustate, urmat de un cateter cu diametru mai mic cu balon introdus prin primul, și umflat în regiunea îngustă pentru a o deschide. Procedura poate fi realizată cu sau fără stent, dar în multe cazuri, medicul va plasa un stent în partea îngustată pentru a menține artera deschisă.

Repararea defectelor cardiace – pentru închiderea unei găuri în inimă, cum ar fi un defect atrial sau septal, cateterele sunt inserate în ambele artere și vene din regiunile inghinală și a gâtului. Ulterior, se introduce un dispozitiv pentru închiderea defectului. În cazul în care trebuie remediată și oprită o scurgere din inimă, este utilizată o clemă sau o priză.

Valvuloplastie mitrală cu balon – pentru a deschide valvele înguste ale inimii. Cateterul este plasat în funcție de valva ce prezintă defect. Cateterul este introdus prin valvă, apoi un balon este umflat pentru a face valva să se deschidă mai repede.

Înlocuirea de valvă – este o procedură similară valvuloplastiei cu balon, cu excepția faptului că o valvă artificială este implantată în inimă pentru a înlocui una ce prezintă scurgere sau este prea îngustă.

Ablația inimii – mai multe catetere sunt introduse prin regiunile gâtului sau inghinală pentru a transmite o energie cu radiofrecvență care poate fi direcționată spre partea inimii ce prezintă bătăi anormale.

Trombectomie – sau tratamentul cheagurilor de sânge. Cateterul este folosit pentru a elimina cheagurile de sânge care au potențial de a distruge țesutul sau s-ar putea deplasa spre alte organe.[8]

Cateterul venos central (CVC):

Un cateter venos central este un cateter mult mai lung decât unul intravenos (IV) regulat. CVC poate rămâne în corp timp de săptămâni sau chiar ani, în funcție de tipul fiecăruia. Așadar, se poate face mai ușor tratamentul pe termen lung.

CVC este utilizat în administrarea pe o perioadă lungă de timp cu antibiotice intravenoase, cu substanțe de nutriție parenterală, în special la persoanele bolnave cronic, cu medicamente pentru durere sau pentru chimioterapie. De asemenea, este o cale de administrare și a medicamentelor care sunt susceptibile de a provoca flebită (inflamația peretelui venos, de obicei asociată cu o tromboză venoasă) în venele periferice, cum ar fi: clorura de calciu, chimioterapia, soluție hipertonică, clorura de potasiu (KCl), amiodarona, vasopresorii (epinefrină, dopamină). Se mai folosește și în cazul anumitor procese precum plasmofereza, colectarea de celule stem din sângele periferic, proceduri de dializă, prelevări frecvente de sânge, sau pur și simplu doar pentru monitorizare a presiunii venoase centrale la persoanele cu afecțiuni acute sau acces intravenos frecvent. [9]

1.2.2 Catetere urinare – utilizări

Atunci când o persoană nu mai este capabilă să urineze normal, problema se poate agrava într-un ritm foarte rapid. Pe măsură ce urina este acumulată în vezică, este resimțit incomfortul și în final, durerea. Dacă problema persistă, vezica urinară poate să devină excesiv de plină și urina se poate întoarce în rinichi, provocând daune permanente.[10]

În cele mai multe cazuri cateterele urinare sunt recomandate în situatii în care pacientul nu se poate controla când urinează, prezintă incontinență urinară, retenție sau motive din cauza cărora nu pot urina pe cont propriu, precum:

Leziuni ale nervilor vezicii urinare

Leziuni ale măduvei spinării

Mărire severă a prostatei

Intervenții chirurgicale prostate

Intervenții chirurgicale în zona genitală, precum repararea fracturilor de șold sau histerectomie

Blocarea fluxului de urină datorat pietrelor la rinichi sau cheagurilor de sânge din urină

Afecțiuni ale funcției mentale cum ar fi demența

Medicamente care afectează capacitatea mușchilor vezicii urinare de a se contracta, lucru ce face ca urina să rămână blocată în cavitatea vezicii urinare

Spina bifida-malformație congenitală a coloanei vertebrale caracterizată prin absența sudurii arcurilor posterioare și a apofizei spinoase a uneia sau mai multor vertebre. [11]

Utilizările cateterelor urinare diferă în funcție de tipul de cateter, și de durata de menținere în organism:

Catetere utilizate pe termen scurt

Un cateter poate fi utilizat pentru o perioadă scurtă de timp in cazul in care:

Vezica urinară trebuie golită imediat înainte sau după o operație

Vezica urinară trebuie golită în timp ce o femeie dă naștere

Pentru a monitoriza ieșirea urinei în situația în care pacientul este inconștient și în terapie intensivă

Pentru a goli vezica urinară de orice cheaguri de sânge și reziduuri după rănirea acesteia

Catetere utilizate pe termen lung

Pentru a trata incontinența urinară în situația în care toate celelalte tipuri de tratament au eșuat

Cand pacientul este la pat și nu se poate deplasa până la toaletă

În cazul unei obstrucții a tractului urinar, precum o piatră vezicală sau, în cazul bărbaților, când este umflată prostata, iar intervenția chirurgicală sau medicamentele nu pot fi utilizate pentru a îndepărta în mod imediat obstrucția în scopul efectuării studiilor urodinamice (cum ar fi măsurători de presiune)[12]

Catetere permanente

Pentru a permite scurgerea urinară în cazul pacienților ce prezintă condiții neurologice care cauzează disfuncția vezicii

Pentru gestionarea incontinenței urinare la pacienții ce nu prezintă funcția cognitivă

Pentru a minimiza distrugerea pielii și ulcerele în cazul pacienților paralizați, in comă sau în fază terminală

Traumatisme grave ale coloanei vertebrale, vezicii urinare sau pelvisului care nu permit controlarea vezicii urinare în mod normal

Pentru administrarea chimioterapiei

Pentru a ajuta la intervenții chirurgicale urologice sau la alte intervenții chirurgicale

Pentru a se obține măsurători exacte ale producției urinare în cazul pacienților critici sau postoperatorii[7]

Alte utilizări:

Pe lângă toate aceste utilizări clinice, un cateter urinar poate fi folosit ocazional și pentru a obține o probă curată de urină pentru a testa infecțiile bacteriene. O probă curată de urină este una care nu a fost contaminată de bacterii din organele genitale sau de pe mâini.

De asemenea se mai pot utiliza și pentru a introduce medicamente chimioterapice prin și în vezică, pentru a trata cancerul vezicii urinare. În cazul chimioterapiei intravezicale, medicamentele sunt administrate de către un urolog, tratamentul distrugând numai celulele tumorale superficiale care sunt în contact cu agentul chimioterapeutic. Nu se poate ajunge la celulele tumorale ce se află în peretele vezicii sau la cele care s-au răspândit în alte organe. Cele mai frecvent utilizate medicamente pentru chimioterapia intravezicala sunt Mitomicina, tiotepa, doxorubicina sau valrubicina.[13]

1.3. Tipuri de catetere

Exista trei categorii majore de catetere: cateterele cardiace si venoase, cateterele urinare si cele pentru perfuzie.

1.3.1 Catetere cardiace si venoase

Cateterele venoase periferice(CVP)

Cel mai frecvent tip de cateter intravenos este destinat accesului periferic. Înseamnă o linie venoasă periferică reprezentată printr-un cateter cu acces venos, mai exact un tub mic, flexibil, ce se plasează în mod uzual într-o venă periferică mică pentru terapia intravenoasă. După inserție se poate folosi și pentru a prelua sânge. Deoarece venele folosite sunt de dimensiuni mici și au mai puțin sânge care curge prin cateter, multe medicamente le pot irita, așa că un cateter venos periferic trebuie spălat cu o injecție cu soluție salină și heparină după fiecare utilizare sau cel puțin de două ori pe zi, dacă nu se utilizează. Soluția salină are scopul de a curăța interiorul cateterului iar heparina de a preveni coagularea sângelui în acesta între utilizări.[14]

Cateterul cu ac (Over the needle)

Cateterul cu ac este cel mai frecvent tip de cateter folosit în ziua de astăzi. Se utilizează în principal pentru cateterizarea unei vene periferice. Acestea sunt introduse în venă printr-un ac similar cu cel folosit la preluarea de sânge, care ulterior este îndepărtat, în timp ce tubul de cateter rămâne în poziție. Cateterul este apoi fixat prin lipirea acestuia pe pielea pacientului și eventual echipați cu elemente suplimentare de siguranță în scopul evitării rănirii cu ace.[15]

Cateter tip „fluture”

Al doilea tip de cateter periferic intravenos (IV) este numit și cateter tip „fluture” datorită tuburilor de plastic cu formă de aripi prezente la bază acului. Acesta are în componența, din față în spate: un ac hipodermic ce prezintă la baza lui o cameră transparentă utilizată pentru detecția sângelui și în general realizată din material plastic (polipropilen, poliactilat, policarbonat), urmat de două aripi flexibile care sunt prevăzute cu balamale pentru a facilita contactul cu suprafața pacientului, și care sunt atașate la un tub ce este conenctat la pompa de perfuzie sau transfuzie. Acest tip de catetere este mai predispus iritațiilor și necesită monitorizare constantă.[16]

Cateterul venos central

CVC este un cateter al cărui vârf se află în treimea apropiată venei cave superioare, în atriul drept sau în vena cavă inferioară. Poate fi inserat printr-o venă periferică sau o venă centrală proximală, în mod obișnuit vena jugulară, subclaviculara sau femurală. Există mai multe tipuri de catetere central venoase: tunelate, fără tunel, introduse periferic sau catetere complet implantabile. Tipul de cateter este ales în funcție de utilizarea dorită la momentul implantării și de durata estimată a utilizării.[17]

Tabel 1 Tipuri de catetere venoase[17]

Catetere centrale externe:

Hickman

Un cateter Hickman este reprezentat de un tub mic și moale, inserat prin zona gâtului sau a pieptului, cu mai multe canale (lumeni) la capete. Mai mulți centimetrii din cateter se află în afara pielii. Este utilizat pentru prelevarea sângelui în scopul analizei, pentru a da sânge sau pentru a oferi medicamente care necesită o venă mai mare, cum ar fi chimioterapia sau alte fluide. Cateterul Hickman se utilizează adesea și pentru pacienții care primesc transplant de celule stem.

Acestea sunt cele mai frecvente dispozitive în uz curent. Sunt disponibile într-o gamă largă de dimensiuni pentru adulți și pentru utilizare pediatrică. Pot avea un singur lumen, lumen dublu sau triplu. De obicei sunt realizate din materiale precum cauciucul siliconic sau PVC.[18]

Liniile Hickman sunt inserate sub anestezie generală de un medic specialist. Procedura se efectuează în sala de operații sub anestezie locală iar transfuzia de trombocite este utilizată numai în cazul numărului de trombocite foarte scăzut. Tehnica utilizată este una aseptică pe tot parcursul procedurii. Pacientul se află cu capul în jos, gâtul extins și fața îndreptată opus față de partea aleasă, în general preferându-se partea dreaptă. După anestezia pielii și țesuturilor subcutanate, vena jugulară externă este localizată printr-o incizie de 2-3 cm deasupra claviculei. Încă o incizie este realizată pe peretele toracic. Din primul loc de incizie, este creat un tunel până în cel de-al doilea loc, iar cateterul este împins ușor prin acesta, până iese. Zona de ieșire este cea pe unde lumenul (care poate fi singur, dublu sau multiplu), iese prin peretele toracic.

Cateterul este împins apoi către vena cavă superioară, în apropierea joncțiunii și a atriului drept al inimii. Capătul cateterului este tăiat astfel încât vârful acestuia va ajunge la vena cavă superioară, însă nu și la atriu. Incizia de intrare este suturată, cateterul de la zona de ieșire este securizat cu ajutorul unei „mansete” chiar sub piele, iar lumenul este ținut printr-un tifon steril centrat pe incizia de ieșire, care servește pentru prevenirea contaminării potențiale. Pe tot parcursul acestei proceduri, sunt utilizate razele X și ultrasunetele pentru a determina poziționarea cateterului. [19]

Broviac

Cateterul Broviac este tot un tip de linie centrală care permite accesul pe termen lung. Există un loc de intrare unde cateterul intră în vasul de sânge, și un loc de ieșire pe unde acesta iese în afara corpului. De asemenea, cateterul Broviac prezintă o securizare în apropierea locului de ieșire, printr-o „manșetă” care este de fapt o țesătură groasă așezată în cerc în jurul cateterului. În timp ce are loc procesul de vindecare, în primele săptămâni, pielea crește în jurul manșetei și ajută la menținerea ei în loc, lucru ce ajută și la împiedicarea germenilor de a intra în linia cateterică.

Cateterul de tip Broviac a reprezentat design-ul original din care s-a modificat cateterul Hickman. Diferența majoră dintre cele două tipuri de catetere, Hickman și Broviac este diametrul lumenului intern. Acesta este de 1,6 mm pentru cateterul original Hickman, spre deosebire de 1,0 mm pentru un cateter de tip Broviac.[18]

Linia PICC – Cateter central inserat periferic

Un cateter central inserat periferic este o formă de acces intravenos care poate fi utilizată pentru o perioadă prelungită de timp. FDA (U.S. Food and Drug Administration) a aprobat liniile PICC pentru o plasare până la 12 luni, depinzând de tipul de cateter, tehnica inserției, stabilizarea cateterului, acceptarea pacientului și competența personalului medical în menținerea dispozitvului. Liniile PICC sunt disponibile cu un capăt deschis sau cu valvă (prezintă o supapă de deplasare încorporată la capătul cateterului, asigurându-se un flux se sânge într-un sens unic și prevenirea fluxului retrograd înapoi în cateter, unde se poate coagula).

Un cateter central inserat periferic poate fi realizat din elastomer siliconic sau alți polimeri. Are ca puncte de inserție considerate adesea siturile intravenoase foarte mari din braț. Deși acesta este punctul de inserție, fiind catetere centrale veloase, trec prin braț, până la o venă mare din apropierea inimii unde se va afla capătul cateterului. Capătul inițial poate avea unul sau doi lumeni, care ies din braț chiar deasupra cotului și pe unde se întroduc medicamentele. Se pot folosi și ca dispozitive pentru injecții puternice. Liniile PICC sunt excelente pentru situațiile ce necesită perfuzii continue sau ce se extind pe mai multe săptămâni sau luni. Este inserat ușor de către asistenți medicali special instruiți, permițând un acces central rapid și fără intervenție chirurgicală, însă necesită o îngrijire a site-ului exterior și spălări de rutină. [20]

Aceste tipuri de linii sunt înserate de obicei printr-o procedură sterilă de către un medic specializat, orientându-se folosind ultrasunetele. În timpul procedurii, pacientul este treaz și vigilent, însă îi sunt administrate medicamente (anestezice locale) împotriva durerii și pentru a amorți zona din interiorul cotului și deasupra lui. Este utilizat un ac de dimensiuni mai mari pentru a introduce tubul percutanat și pentru a intra în vena cavă superioară, fiind ghidat cu ajutorul ultrasunetelor sau fluoroscopiei. În final, după ce este instalat cateterul, acesta este suturat sau securizat, astfel încât să nu fie scos din greșeală. Este scos acul și aplicat un bandaj, numit dressing în zonă de inserție a cateterului, păstrându-l în același timp curat și uscat pentru a evita infecția, însă, pansamentul trebuie schimbat frecvent. De multe ori, după încheierea procedurii, este realizată o radiografie pentru a observa dacă linia este plasată și așezată corect. [21]

Printre avantajele cateterului central inserat periferic se numără confortul față de alte catetere precum cele cu ac și evitarea lezării venelor într-un mod frecvent. De asemenea, cu acest tip de cateter se pot face majoritatea testelor de sânge și se pot realiza tratamentele ce îl implică chiar de acasă.[22]

Port implantat

Fig. 1 Schemă port implantat[23]

Toate porturile implantate sunt alcătuite din 2 părti: portul cu sept și cateterul cauciuc auto-etanș, fiind partea din ansamblu prin care vor fi amplasate acele (Fig. 1). Acesta este numit și punct de acces. Septul permite un număr substanțial mai mare (mai mult de două ori) de puncturi, fără să cedeze sau să se scurgă fluidul, permițând etanșarea zonei prin care acul a trecut, odată ce acul este retras.În mod obișnuit, un sept poate fi utilizat pentru aproximativ 2000 infuzii. Ulterior, septul se deteriorează și apăr scurgeri. O abordare a acestei probleme în trecut a fost selectarea dimensiunilor pentru sept care sunt mai mari decât carcasa corpului portului, astfel încât corpul septului să fie precomprimat înainte de utilizare, fiind forțat în carcasă.[24]

Cateterul este reprezentat printr-un tub mic, plastic și flexibil. Un capăt al cateterului este conectat la port și celălalt capăt se află într-o venă mare în apropierea inimii.

Așadar, nu există părți externe, acesta fiind accesat prin piele folosind un dispozitiv cu ac specializat, precum un ac Huber. Acul huber este un ac gol conceput special, cu un vârf lung, oblic, care poate trece prin piele, precum și prin septumul siliconic al rezervorului portului implantat, fără să elimine miezul de silicon din port. Acest lucru împiedică depunerea în linia cateterului a unei bucăți de silicon sau piele, lucru ce reprezintă o complicație obișnuită. Acele tip Huber pot fi menținute până la câteva săptămâni, fără ca nici un efect nedorit să aibă loc, atâta timp cât este folosită o tehnică complet aseptica. Această procedură și acest tip de ac ajută pacienții să evite stresul și anxietatea legate de inserția acului.[25]

Există două tipuri de porturi implantate(Fig. 2):

1. Port cu un singur lumen – este un port cu un singur punct de acces. Majoritatea pacienților primesc acest tip de port.

2. Port cu lumen dublu – este un port cu două căi de acces, în care se pot introduce ace simultan. Acest tip de porturi sunt utilizate pentru persoanele care au nevoie de mai mult de un punct de acces în mod regulat, de exemplu pentru administrarea simultană a anumitor medicamente. [23]

Fig. 2 Portul implantat: a) Port cu un singur lumen; b) Port cu două puncte de acces[23]

Se mai pot folosi de altfel, ca o alternativă la administrarea subcutanată pe termen lung, atunci când tratamentele ce utilizează calea subcutanată nu mai sunt acceptate de pacient, spre exemplu, datorită formării nodulului subcutanat.[25]

Partea din pieptul pacientului în care urmează să fie implantat un port este aleasă special astfel încât să se evite deteriorarea portului sau a venelor de către centura de siguranță, atunci când acesta este așezat ca șofer sau pasager. De asemenea, trebuie să fie luate în considerare toate aspectele anatomice și de implantare, în concodranța cu ideile și dorințele pacientului. [26]

Portul subcutanat

Portul subcutanat, denumit și port implantat este un tub subțire cu unul sau două discuri la capăt, ce se duce în întregime sub piele (Fig. 3). În general este amplasat în zonă pieptului, chiar sub claviculă.

Pentru implantare este nevoie de o operație scurtă, minoră. Pacientul este treaz, medicul specializat introduce un ac prin piele și în disc iar pentru a preveni durerea sunt utilizate anestezice locale. Medicul face două incizii mici și glisează tubul într-o venă până când se apropie de zona inimii. Apoi, plasează capătul discului din port într-un buzunar ce se află între cele două tăieturi. Ulterior închide ambele tăieturi cu ajutorul unor cusături sau cu un lipici special. După intervenție, va fi vizibilă o umflătură mică în zona în care este discul. Deoarece acest tip de cateter se află total sub piele, nu limitează activitățile zilnice, precum un cateter venos central. Însă, nu se pot practica sporturi de contact cum ar fi fotbalul sau hocheiul. Portul subcutanat poate să rămână în corp timp de ani de zile, iar atunci când nu este utilizat nu necesită atât de multă îngrijire ca o linie PICC sau un cateter venos central (CVC). Totuși, dacă nu este folosit în mod regulat, portul trebuie spălat la fiecare patru până la șase săptămâni pentru a se evita blocarea acestuia. [23]

Fig. 3 Schemă port subcutanat(implantabil)[25]

Pentru ghidarea în timpul inserției portului se folosește de asemenea fluoroscopia, la fel ca în cazul inserării unei linii PICC. În general, procedura este urmată de o radiografie toracică ce poate detecta imediat complicațiile asociate cu acest tip de procedura sub formă de pneumotorax, hemotorax și malpoziții ale cateterului (Fig. 4). [27]

Fig. 4 Poziția corectă a unui port implantat; a) Fluoroscopie; b) Radiografie cu radiații X[28]

Porturile subcutanate sunt disponibile și în variantă cu lumen dublu, fiind echipate cu două porturi de acces unul lângă altul, care pot fi accesate separat folosind două ace diferite. Fiecare lumen oferă independent accesul la circulația venoasă, astfel încât fluidele/medicamentele incompatibile unele cu altele să poată fi administrate simultan. [25]

Există numeroase subcategorii de port-uri printre care se număra și: PowerPort, EcoPort, MicroPort, BardPort, Passport, Bioflo. Evoluțiile recente în porturile implantate și acelor au făcut posibilă utilizarea unor porturi pentru injecții puternice asociate cu studiile radiologice, cum ar fi scanările CT. Aceste tipuri de porturi sunt proiectate să reziste la injecții cu putere de 5 ml/sec la 300 psi. Însă pentru utilizarea porturilor cu acest tip de injectare, este necesară folosirea acelor specializate capabile să reziste la o presiune mai mare, de tip PowerLoc, de exemplu. [29]

1.3.2 Cateterele urinare

În cadrul cateterizarii urinare este introdus un tub subțire cunoscut sub numele de cateter și realizat din silicon, latex sau poliuretan, în vezica pacientului prin uretră. Cateterizarea permite urinei pacientului să se scurgă liber din vezică în scopul colectării sau în funcție de problema existentă. La bărbați, tubul de cateter este introdus în tractul urinar prin organul sexual. În cazul unui cateter extern de tipul prezervativ, acesta se potrivește în jurul organului în loc să fie introdus. La femei, cateterul este introdus prin canalul uretrei, după o curățire cu ajutorul unei substanțe cu iod-povidona.

Există mai multe tipuri de catetere urinare. Ele variază în funcție de dimensiune, de forma porțiunii terminale și numărul canalelor de drenaj. Trebuie subliniat, totuși, că diametrul exterior nu este necesar să reflecte dimensiunea lumenului.[30]

Cateterizare intermitentă sau utilizată pe termen scurt

Cateterizarea intermitentă sau pe termen scurt implică introducerea și îndepărtarea cateterului de câteva ori pe zi. Acest lucru elimină necesitatea de a purta un cateter care se scurge încontinuu. În comparație cu cateterizarea permanentă, prin utilizarea acestor tipuri de catetere s-a raportat în mod repetat că îmbunătățesc caitatea vieții și scad complicațiile tractului urinar pe termen mediu și lung. Cateterizarea intermitentă ajută la menținerea acestor probleme sub control și de asemenea poate îmbunătăți incontinența urinară la unii oameni. Este susținută pe scară largă ca o strategie eficace de administrare a comportamentului vezicii urinare pentru pacienții cu golire incompletă a acesteia datorită disfuncției idiopatice sau neurogenice. [31]

Un capăt al cateterului este lăsat deschis pentru a permite drenarea într-o toaletă sau atașat la o pungă sau un recipient, iar celălalt capăt este introdus prin uretră până când intră în vezica urinară și urina începe să curgă. Lăsarea urinei în vezică pentru o lungă perioadă de timp poate duce la o vezică umflată sau o infecție a tractului urinar. Aceasta reprezintă o tehnică simplă care poate fi efectuată de majoritatea oamenilor. Poate fi efectuată și de către pacienți, acasă, folosind o tehnică curată și instrumente adecvate. Implică dezinfecția genitală și folosirea cateterelor sterile, a mănușilor și a altor echipamente, folosirea de catetere refolosibile de unică folosință sau de curățare, spălare manuală cu săpun și apă și curățarea perineului. Acest tip de cateterizare se efectuează aproximativ la aceleași intervale la care ar fi necesară deplasarea la toaletă, aproximativ de 4-6 ori pe zi. [32]

Printre avantajele cateterelor intermitente se numără îmbunătățirea autonomiei și independenței, reducerea riscului de traume uretrale și infecții ale tractului urinar și elimină problema encrustarii cateterului. Pe lângă toate acestea, este una dintre cele mai ieftine variante de cateterizare urinară.

Cateterizare permanentă sau utilizată pe termen lung

Cateterizarea intermitentă este, de obicei, mai sigură și mai eficientă, dar în mod evident necesită ca pacientul să fie capabil să învețe și să practice această tehnică cu grijă și într-o manieră sterilă. Un cateter intern/permanent trebuie utilizat numai după o evaluare detaliată efectuată de către un medic specialist și în funcție de recomandare și durata planificată pentru care va fi pus în aplicare. Datorită riscului crescut de infecție, cateterele permanente sau pe termen lung trebuie luate în considerare numai atunci când toate celelalte opțiuni au fost explorate pe deplin. Riscurile secundare ale acestei tehnici includ infecția, hematuria, traumele uretrale și îndepărtarea accidentală a cateterului. [33] Materialul de fabricare al cateterelor diferă în funcție de durata utilizării acestora. Și cateterele permanente pot fi clasificate în funcție de durata de timp: de scurtă durată (<2 săptămâni) și pe termen lung (până la 3 luni).

Cateterism uretral

Cateterismul uretral reprezintă procedura prin care un tub de latex, poliuretan sau silicon, este introdus în vezică urinară prin uretră. Această procedură îi permite pacientului să elimine urina din vezică dar poate fi utilizată și pentru a injecta fluide în scopul tratamentului sau pentru diagnostic.[7]

Cateterism suprapubic

Vezica poate fi drenată suprapubic cu ajutorul unui cateter introdus printr-o cistotomie deschisă, adică o incizie a vezicii urinare. Drenarea suprapubică este efectuată în general după o procedură urologică, cum ar fi reconstrucția vezicii urinare sau reimplantarea ureterică. Inserarea cateterului se realizează prin peretele abdominal anterior. Introducerea unui cateter suprapubic printr-o metodă „închisă” necesită ca vezica urinară să fie plină și această trebuie verificată în prealabil cu un ac fîn de aspirație sau sonografie. Un cateter suprapubic este folosit ca soluție pe termen lung pentru probleme grave, fiind un cateter permanent. [30]

Cateterul Foley

În 1929, Dr. Frederick E. B. Foley a proiectat, utilizând o tehnologie dezvoltată inițial de Edgar G. Ballenger, un cateter realizat din latex ce se auto-fixează, pentru a fi folosit la drenajul vezicii urinare după chirurgii urologice. Inițial, acest dispozitiv era folosit doar pentru controlul hemoragiei și tocmai în 1963, acest dispozitiv a devenit rapid standardul pentru drenajul vezicii urinare, și deși au existat numeroase progrese în sistemele de drenare, configurația de bază a cateterului a rămas aceeași. [2]

Cateterele de tip Foley sunt folosite pentru utilizarea pe termen lung atât în cazul pacienților cu probleme de retenție urinară, cât și în cazul celor cu leziuni sau boli ale măduvei spinării, scleroze multiple, prostată mărită sau ce au suferit accidente vasculare cerebrale.[34]

Construcția cateterelor de tip Foley se bazează pe un arbore ce prezintă un lumen de drenaj și un balon gonflabil adiacent capătului distal al arborelui. Odată ce este plasat, capătul distal este trecut prin uretra pacientului, până la balon, care comunică cu un lumen de drenaj din vezica pacientului. Balonul este umflat printr-un lumen de inflație, cu scopul de a reține cateterul în loc. În timpul cateterismului, urina se scurge prin lumenul de drenaj și printr-un tub de drenaj direct într-un canal de scurgere conectat la capătul proximal al cateterului. Din canalul de scurgere, urina ajunge mai departe într-o pungă de colectare.[35]

Cateterele urinare de tip Foley, obișnuiau să fie realizate din cauciuc latex, prin tehnici de dipping. În timp s-a descoperit faptul că acest tip de material nu era îndeajuns de satisfăcător. În acest context, abordarea pentru rezolvarea problemei a fost construirea „arborelui” cateterului dintr-un material din care se poate extruda, pentru a se preveni posibila blocare a lumenului și reducerea costului de producție a cateterului, prin folosirea tehnicilor mai simple.[35]

În general cateterele de tip Foley sunt produse folosind silicon sau latex natural acoperit cu politetrafluoretilenă, hidrogeluri sau un elastomer de silicon. În funcție de produsul folosit pentru acoperirea suprafaței se determină dacă cateterul este potrivit pentru durata de 28 de zile sau 3 luni. [36]

Fig. 5 Cateter Foley[36]

Catetere externe (condom)

Cateterele externe, denumite și catetere prezervativ sau catetere de sex masculin sunt folosite de bărbați pentru a trata incontinența urinară. Majoritatea tipurilor pot fi destul de similare între ele, însă există diferențe destul de distincte și discrete ce pot oferi un avantaj. Ele pot fi păstrate la locul lor pentru câteva zile, cele mai multe fiind ținute în loc prin benzi adezive sau curele de cauciuc. Sunt de obicei realizate din materiale hipoalergenice precum cauciuc moale de latex.Sunt alcătuite dintr-o teacă flexibilă și sunt o alternativă excelentă la cateterele invazive cum ar fi cele care necesită inserție prin uretră, fiind și foarte ușor de utilizat.[30]

1.4. Materiale

1.4.1 Materiale utilizate pentru ace:

Acele de tip hipodermic sunt realizate în mod normal dintr-un tub de oțel inoxidabil printr-un proces de tragere a tubului, unde acesta este tras prin matrițe mai mici, progresiv, pentru a obține acul. Capătul tubului este apoi tăiat, pentru a crea un vârf foarte ascuțit ce îi permite să pătrundă cu ușurință în piele. [37]

1.4.2 Materiale utilizate pentru port-uri:

Port-urile pot fi realizate în mai multe tipuri și modele, selectate pe baza condițiilor medicale specifice ale pacientului. Dispozitivul de acces venos constă din corpul portului și din cateter. Corpul poate fi realizat din oțel inoxidabil, titan, polisulfonă sau dintr-o combinație a acestora, cu un spațiu central în interior numit rezervor. Un sept de silicon comprimat cu sistem de auto-etanșare suprapune partea de corp a portului. Septul este conceput pentru a se putea realiza accesul de sus sau din lateral, cu un ac tip Huber sau un ac cu vârf ne-coring.[38]

1.4.3 Materiale utilizate pentru catetere urinare

Atunci când cateterul intră în contact cu țesuturile vii ale corpului, există o posibilitate de apariție a iritațiilor. Mai mult, reziduuri din corp precum sângele coagulat și limfa în cazul cateterelor plasate în incizii sau pietrele urinare în cazul cateterelor plasate în tractul urinar, pot adera la suprafața cateterelor. În această situație este nevoie de o înlocuire a cateterului. Scopul materialului din care este realizat cateterul este de a cauza o iritație cât mai mică a țesuturilor, suprafața acestuia fiind de asemenea cât mai puțin adezivă pentru reziduurile organice, astfel permițând cateterului să rămână în corp pentru o perioadă cât mai lungă de timp. [39]

Alegerea cateterului se bazează adesea pe tendința materialului de a induce inflamația uretrală sau încrustarea acesteia, în raport cu costul și, de asemenea, uneori și disponibilitatea. Există diferențe semnificative intre majoritatea tipurilor de materiale. Pe lângă acest aspect, materialul ales pentru cateterul folosit trebuie să fie compatibil cu pacientul în cauză. În practică, cele mai des utilizate materiale sunt polimerii precum siliconul, poliuretanul (PU), polietilenă (PE), policlorura de vinil (PVC), teflon (PTFE) și nailon. Însă, siliconul și poliuretanul sunt cele mai des folosite pentru perfuziile IV, luând în considerare criterii precum flexibilitatea, durabilitatea, compatibilitatea chimică, trombogenicitatea și biocompatibilitatea. [30]

Cateterele din latex

Cateterele cele mai ieftine sunt fabricate din material de latex neacoperit. Au un aspect al suprafeței relativ dur care prezintă o rugozitate crescută în scanările micrografe electronice de înaltă rezoluție, lucru ce le face să fie predispuse la iritarea uretrei și este indicat să fie utilizate pe termen scurt. [30]

Cateterele din latex acoperit

Acoperirea cateterului din latex cu elastomer siliconic sau teflon asigură o suprafață netedă care este mai puțin predispusă la inflamație decât latexul neacoperit. Acest tip de catetere pot fi utilizate până la mai multe săptămâni, însă pot fi ceva mai iritante decât cele realizate din cauciuc siliconic pur. [30]

Cateterele din poliuretan

Poliuretanul este un tip de polimer termoplastic, iar cateterele și tuburile sunt extrudate. Această extrudare permite reglarea mai ușoară a durității cateterului. Vârfurile cateterelor pot fi extrudate la dimensiuni mai mici și pot fi mai moi la vârf, mai mari și mult mai durabile în afară, unde este sunt predispuse la zgâriere și abraziune. Datorită termoplasticitatii, poliuretanul se înmoaie atunci când este încălzit de către corp sau sânge și devine dur când este răcit, așadar cateterul va fi mult mai rigid în afară corpului, decât în interior. Cateterele realizate din poliuretan au pereții mai rigizi decât cei fabricați din silicon și astfel pot fi realizate cu un diametru intern mai mare și pereții mai subțiri. În acest mod, asigură un debit relativ mai mare și reduce șansele de coagulare. [40]

Cateterele din silicon

Cateterele realizate din silicon irită cel mai puțin țesutul epitelial. În general, siliconul are o porozitate mai mare decât poliuretanul, dar nu este la fel de durabil. Mulți cercetători preferă siliconul, deoarece este mai puțin rigid la atingere și prin urmare, poate fi mai puțin dăunător pentru endoteliul vasului. Este recomandat ca acest tip de catetere să fie lăsate in situ până la 3 luni sau chiar mai mult. Cu toate acestea, în cazul multor pacienți se poate produce o oarecare încrustare considerabilă a cateterului dacă acesta este lăsat mai mult timp de 6 săptămâni. Dezavantajele cauciucului siliconic sunt faptul că nu este la fel de flexibil ca latexul și că nu va reasigura închiderea după puncția acului, dacă se încearcă aspirarea urinei din sistemul de drenaj închis. [30]

Cateterele din policlorură de vinil

Policlorura de vinil asigură un cateter rigid care este foarte eficient pentru irigarea cheagurilor sau a resturilor. Însă, acesta nu prezintă o flexibilitate foarte mare și poate duce la perforarea vezicii urinare și la discomfort, deși materialul se înmoaie la temperatura corpului. Cateterul din PVC elimină problemele de alergie la latex. [30]

1.5. Complicații ale cateterelor urinare

Complicații asociate cu utilizarea cateterelor de tip Foley

La fiecare introducere sau îndepărtare a cateterelor urinare, trebuie menținut un protocol de management al diferitelor sisteme spitalicești. Acesta include măsuri de precauție precum utilizarea mănușilor, spălarea mâinilor, realizarea intervenției într-un mediu steril, tehnici de inserare fără atingere, precum și instruire.

Cu toate acestea și în ciuda tuturor măsurilor luate pentru a evita contaminarea și infecțiile ulterioare, cateterul este susceptibil în continuare la acumularea de microbi. În special în cazul cateterelor urinare, bacteriile și microbii se pot acumula pentru a forma biofilme, ajungând să acopere suprafața cateterului. Infecția poate avea loc și în cazul cateterelor non-Foley, însă doar în proporție de 10-50%, în timp ce aproape toți pacienții ce au parte de cateterizarea de tip Foley mai mult de 28 de zile ajung infectați.[34]

Infecțiile tractului urinar asociate cateterelor reprezintă peste un milion de cazuri numai în SUA și aproape 80% din infecțiile nosocomiale la nivel mondial, iar costurile de tratament depășesc sume mari. Anumite simptome ale infecțiilor normale sunt foarte asemănătoare cu cele ale infecțiilor tractului urinar, așadar s-a decis folosirea termenului de infecție a tractului urinar asociată cateterelor doar pentru pacienții ce au fost cateterizati timp de peste 24 de ore. Acest tip de infecție este definită ca o prezență străină a unui agent patogen bacterian sau fungic în oricare parte a sistemului urinar. Ea este cauzată prin colonizarea agenților patogeni pe calea urinară și poate produce simptome ușoare până la severe, ce prezintă un motiv major de îngrijorare pentru pacienții spitalizați. Infecțiile urinare asociate cateterelor lăsate netratate pot provoca infecții la nivelul rinichilor, pielonefrită, sau chiar septicemie, ducând la sepsis sau chiar moarte în cazuri extreme.[34]

Producerea infecțiilor

După introducerea unui cateter urinar, posibilitatea apariției unei infecții este foarte crescută, datorită formării unui biofilm pe suprafața cateterului. Biofilmul, ce este compus în mare parte din glicoproteine și polizaharide asigură locurile receptorilor pentru adeziunea bacteriană la ambele suprafețe, internă și externă.[2]

Infecțiile apar datorită bacteriilor libere planctonice și a dezvoltării de biofilme pe suprafața cateterelor. Formarea biofilmului începe prin colonizarea suprafeței cateterului de agenți patogeni ureazo-pozitivi precum P. mirabilis, M. morganii, P. aeruginosa, K. pneumoniae și P. vulgaris. Prezența urinei în cateterele urinare creează un mediu favorabil pentru patogenii ureazo-pozitivi. Ureaza este o enzimă ce catalizează hidroliza ureei în amoniac, iar amoniacul fiind alcalin, crește pH-ul urinei, ceea ce duce la depunerea cristalelor de fosfat de calciu și magneziu pe suprafața cateterului, urmând o ulterioară posibilă ocluzie completă a cateterului prin formarea biofilmelor cristaline. [34]

Diferite studii descriu existența a trei părți ale biofilmului: una de legătură care se atașează de suprafața celulelor, un film de bază care prezintă organisme compacte, și o peliculă de suprafața. În biofilm pot crește și migra de-a lungul suprafeței cateterului diferite bacterii.[2]

În mișcarea lor, bacteriile planctonice ajung pe o suprafață scufundată în fluid, iar în câteva minute se atașează de aceasta. Ele produc substanțe polimerice extracelulare cu ajutorul cărora formează o peliculă și colonizează. Cu ajutorul producției de substanță polimerică extracelulară ele au posibilitatea de a realiza o structură tridimensională, complexă și influențată de factorii de mediu. Astfel în doar câteva ore se dezvoltă biofilmul. În mod evident, adeziunea bacteriilor depinde de numărul și tipun bacteriilor din urină, dar și de mediul în care a fost expus cateterul. Formarea biofilmului este influențată și de viteza de curgere a urinei prin cateter și de caracteristicile de suprafață ale cateterului. De asemenea, s-a constatat faptul că anumite suprafețe de cateter prezintă atât proprietăți hidrofile cât și hidrofobe, care influențează modul în care sunt atrași agenții patogeni. [34]

Pentru a combate riscul de infecție asociat cu cateterele de tip Foley au fost aplicate acoperiri pentru diminuarea adeziunii bacteriene care să reducă astfel apariția infecțiilor asociate.Toate aceste infecții asociate tractlui urinar au stimulat cercetarea pentru materiale antimicrobiene pentru cateterele urinare.[2] [34]

CAPITOLUL 2 – NANOPARTICULE DE ARGINT

2.1. Considerente generale

Argintul este elementul chimic cu numărul atomic 47. Este un metal, care a folosit în cursul istoriei la baterea monedelor și pentru crearea de bijuterii, iar în prezent, argintul are și o gamă largă de întrebuințări industriale. Primele mine de argint au apărut înainte de 3000 î.Hr. Argintul a fost un metal cunoscut de toate civilizațiile antice, însă spre deosebire de aur, este foarte rar găsit în stare naturală. [41]

În tăietură proaspătă, argintul are o culoare ușor gălbuie. Alături de aur, platină, paladiu, iridiu, face parte din categoria metalelor prețioase. Este moale, maleabil și ductil, fiind metalul cu cea mai mare conductibilitate electrică și termică. Se oxidează cu ușurintă în aer, formând oxizi, și, de asemenea, în prezența sulfului, cu care formează sulfuri. [41]

Nanoparticulele de argint au dimensiuni cuprinse între 10 și 100 nanometri și sunt utilizate în multe aplicații. Ele sunt folosite în cernelurile conductive pentru electronică tipărită și au un punct de topire mult scăzut față particulele de argint de dimensiuni micrometrice. Nanoparticulele de argint sunt folosite, de asemenea, din punct de vedere medicinal în antibiotice și antifungice. [41]

Suprafața lor specifică extrem de mare permite coordinarea unui număr mare de liganzi. Proprietătile nanoparticulelor de argint aplicabile tratamentelor umane sunt investigate în studii de laborator și pe animale, evaluând eficacitatea potențială, toxicitatea și costurile. [42]

2.2 Metode de obținere

Nanoparticulele metalice pot fi preparate prin trei rute, prima reprezentând o abordare fizică cararcteristică mai multor metode, cum ar fi evaporarea sau condensarea și ablația laser.A doua rută reprezintă o abordare chimică în care ionii metalici din soluție sunt reduși în condiții care favorizează formarea ulterioară a grupurilor sau agregatelor metalice mici.[43] A treia rută, cea biologică, este cea mai ecologică și economică și constă în utilizarea de microorganisme sau plante medicinale pentru producerea de nanoparticule.[44] Alături de aceste trei rute, o altă variantă mai este reprezentată și de metodele de sinteză fotochimice sau fotofizice.

2.2.1. Metode fizice

În procesele fizice, nanoparticulele metalice sunt în general sintetizate prin evaporare-condensare, care ar putea fi realizate utilizând un cuptor tubular la presiune atmosferică. Materialul sursă este vaporizat într-un gaz purtător iar nanoparticulele sunt produse ulterior utilizând tehnica de evaporare/condensare. Cu toate acestea, generarea de nanoparticule de argint prin utilizarea unui cuptor cu tuburi are mai multe dezavantaje, deoarece un cuptor cu tub ocupă un spațiu mare, consumă o cantitate mare de energie, în același timp crescând temperatura mediului din jurul sursei și necesită mult timp pentru a atinge stabilitatea termică. Un cuptor tubular tipic necesită mai mult consum de energie decât câteva kilowați și un timp de preincălzire de câteva zeci de minute pentru a atinge o temperatură de funcționare stabilă. [43]

O altă metodă, și una dintre cele mai cunoscute metode fizice de procesare ale nanoparticulelor de argint, este reprezintată de ablația laser. Ele pot fi sintetizate din materiale metalice în soluție. Caracteristicile particulelor de metal formate și eficiența ablației depind puternic de mulți parametri, cum ar fi lungimea de undă a laserul care atinge ținta metalică, durata impulsului, fluență, durata timpului de ablație și mediul lichid, cu sau fără prezența surfactanților.[43]

Toate metodele fizice de sinteză și procesare a nanoparticulelor de argint folosesc în general o cantitate mare de energie fizică (termică, electrică, de descărcare), însă permit producerea unor cantități mari într-un singur proces. Metoda fizică este una dintre cele mai folositoare din punct de vedere cantitativ, însă trebuie luate în considerare costurile de investiție pentru echipamentele folosite. [45]

2.2.2. Metode chimice

Metodele chimice pentru sinteză nanoparticulelor de argint pot fi categorisite în: reducerea chimică, tehnici electrochimice, metode asistate de iradiere și piroliză. [46] Fiecare metodă are atât avantaje și dezavantaje specifice, cât și probleme commune. Printre problemele comune se numără costurile, dimensiunea particulelor, distribuția după dimensiune. În general, procesul de sinteză chimică implică următoarele componente: precursori de metal, agenți reducători și agenți de stabilizare.[45]

Principala metodă chimică folosită în general este reducerea ionilor metalici în soluție (metoda de reducere chimică). În ultimii ani, au fost raportate multe metode chimice pentru sinteză nanoparticulelor de argint, inclusiv metoda poliol și metoda lichid-lichid. Cu toate acestea, reducerea chimică este cea mai frecvent utilizată, datorită simplitătii sale. Această tehnică permite, de asemenea, variația în concentrația molară a reactantului, dispersantului și vitezei de alimentare a reactantului pentru a produce nanoparticule de argint cu distribuția omogenă și îngustă a formei și a dimensiunilor. Selectarea unui agent reducător adecvat este, de asemenea, un factor crucial, deoarece dimensiunea, forma și distribuția dimensiunii particulelor sunt puternic influențate de natura agentului reducător. Introducerea unui agent reducător este cauza reducerii precursorului de metal.[47]

Formarea soluțiilor coloidale din sărurile de argint implică două etape: a formării și a creșterii ulterioare. Dimensiunea și forma nanoparticulelor sintetizate depind de cele două etape, iar pentru o sinteză cu o distribuție uniformă a nanoparticulelor de argint, ele trebuie să se formeze în același timp. În acest caz, de distribuție uniformă, nanoparticulele sunt susceptibile de a avea o dimensiune similară, și implicit, aceeași creștere ulterioară. Ambele etape pot fi controlate prin ajustarea parametrilor de reacție precum temperatura de reacție, ph-ul, precursorii și agenții de reducere. [45]

2.2.3. Metode biologice

Față de metodele chimice, în metodele biologice, stabilizatorul și agentul reducător sunt înlocuite cu organisme vii, precum bacterii, alge, plante, ciuperci. [45] Spre exemplu, în cadrul acestor metode, utilizarea plantelor medicinale este avantajoasă pentru proprietățile lor medicinale care sunt adăugate nanoparticulelor în timpul sintezei. Numeroase categorii de plante oferă proprietăti antioxidante, iar plantele care au activitate antibacteriană oferă și proprietăti antibacteriene suplimentare nanoparticulelor.[48] În plus, nanoparticulele de argint nu sunt toxice pentru celule eucariote, inclusiv cele umane, dar au o toxicitate ridicată împotriva celulelor procariote, cum ar fi microorganismele ce includ bacterii, viruși și fungi. [49]

Prin această metodă se pot sintetiza intracelular nanoparticule. Mai exact, atunci când microorganismele sunt incuvate cu ioni de argint, nanoparticule extracelulare pot fi generate ca rezultat al mecanismului de apărare intrinsec împotriva toxicității metalului. În acest proces, peretele celular al microorganismelor joacă un rol important datorită faptului că acesta, fiind încărcat negativ, reacționează electrostatic cu ionii de argint încărcați pozitiv și astfel îi reduc la nanoparticule.

Dintre toate metodele de sinteză, metoda biologică, poate fi considerată o abordare ecologică și o tehnică cu cost redus. Utilizarea agenților biologici pentru reducerea ionilor metalici poate fi realizată în condiții de temperatură ambientală și condiții normale de presiune. Însă, față de celelalte metode, prin metoda biologică nu se pot obține cantități mari de nanoparticule de argint. [45]

2.2.4. Sinteza fotochimică

O metodă de sinteză a nanoparticulelor de argint o reprezintă metoda depunerii fotochimice, ce are o gamă largă de aplicații, iar principiul ei de funcționare se bazează pe inducerea prin utilizarea luminii a formării argintului metalic din săruri de argint. În mod normal se începe de la utilizarea unei soluții de azotat de argint ce conține un agent de reducere. Expunerea acestor soluții la lumina ambientală sau la diferite surse de lumină duce la formarea de coloizi de argint în suspensii sau pe suprafețe. [50]

Această strategie de sinteză poate fi clasificată în funcție de două abordări diferite: fotofizica și fotochimică. Cea fotofizica presupune prepararea nanoparticulelor prin subdiviziunea metalului, adică formarea lor prin fotoreducerea directă a unei surse de metal, în timp ce metoda fotochimica generează nanoparticule direct prin reducerea ionilor metalici cu ajutorul unor intermediari, printr-un proces de fotosensibilizare în timpul sintezei nanoparticulelor. S-a demonstrat faptul că variația luminii folosite în procesul de fotosensibilizare are efect în modificarea proprietăților optice distinctive a soluțiilor coloidale, lucru ce are directă legătură cu dimensiunea și forma nanoparticulelor.

Sinteza fotochimica reprezintă o metodă cu mai multe beneficii precum faptul că este un proces ușor, și curat, ce oferă o rezoluție spațială ridicată. Pe lângă aceste aspecte, metoda permite generarea și controlarea agenților reducători in situ, iar formarea nanoparticulelor este inițiată prin foto-iradiere, cu o versatilitate mare, și având posibilitatea de a le prepara în diferite medii ce includ miceliile, emulsiile, sticlă, filmele polimerice sau celulele.[45]

2.3 Caracteristici și proprietăți

Nanoparticulele de argint pot avea atât forme și dimensiuni diferite, în funcție de modul lor de preparare, cât și culori diferite ale suspensiilor ce variază odată cu forma și dimensiunea acestora. Dintre toate categoriile de nanoparticule, cele metalice și în special nanoparticulele de argint, sunt cele mai promițătoare, iar acest lucru se datorează proprietăților anti-bacteriene, care apăr datorită suprafeței specifice mari. Prin controlul dimensiunii nanoparticulelor într-un anumit interval (1-100 nm), proprietătile lor fizice, chimice și electrice se pot schimba. Aceste proprietăti depind de dimensiunea și caracteristicile formării nanoparticulelor, cum ar fi temperatura de topire, comportamentul magnetic, potențialul redox și culoarea lor, ce pot fi controlate prin schimbarea dimensiunii și formei. [51]

Argintul coloidal prezintă culori diferite datorită absorbției și împrăștierii luminii în regiunea vizibilă bazată pe rezonanță plasmonică, adică frecvența la care electronii de conducție oscilează ca răspuns colectiv la câmpul electric alternativ al radiației electromagnetice incidente. Culoarea nanoparticulelor metalice depinde de forma și dimensiunea nanoparticulelor și constanta dielectrică a mediului inconjurător.[52] Interacțiunea puternică a nanoparticulelor de argint cu lumina se produce deoarece electronii de conducere de pe suprafața metalică suferă o oscilație colectivă atunci când sunt excitați de lumină la lungimi de undă specifice (Fig. 6). [53]

Fig. 6 Interacțiunea nanoparticulelor cu lumina[53]

Particulele de argint care au dimensiuni fine sau ultrafine au atras interesul științific datorită proprietătilor lor neobișnuite, comparativ cu cea a metalelor masive. Spre exemplu, particulele coloidale, datorită efectelor și suprafeței lor cuantice, prezintă o conductivitate electrică excelentă, activitate catalitică, stabilitate chimică și activitate antimicrobiană.[52]

Datorită procesului de creștere a nanocristalititelor controlate de stabilizatori, este posibil să se manipuleze forma și dimensiunea nanoparticulelor de argint prin alegerea unor agenți de stabilizare diferiți.[54]

Multe proprietăți fizico-chimice ale nanoparticulelor de argint precum suprafeța specifică, formă, potențialul electric al suprafeței și acoperirea acesteia, precum și gradul de aglomerare. Aceste aspecte sunt foarte importante în determinarea interacțiunilor și impactului biologic. Spre exemplu, particulele mai mici ce au o suprafață specifică mai mare au prin urmare un potențial toxic mai mare, datorită unei reactivități pronunțate. În același timp, atât structura cât și morfologia nanoparticulelor de argint pot afecta proprietățile lor chimice și fizice, printre cele utilizate în domeniul biomedical numarandu-se nanoparticulele sferice, nanofirele, nanocuburile sau nanoplacile. Interacțiunea nanoparticulelor de argint cu sistemele vii este în strânsă legătură cu capacitate de încărcare a suprafeței iar viteza disoluției depinde de proprietățile chimice, de suprafață și de dimensiune și este afectată și de mediul înconjurător. [46]

De asemenea, prin anumite studii s-a demonstrat faptul că diferite forme geometrice specifice ale nanoparticulelor dau răspunsuri spectrale distincte. Dependența de forma a spectrelor optice a fost obținută prin experimente de încălzire controlată a nanoparticule de argint și s-au observat modificări spectrale ale particulelor triunghiulare individuale că urmare a tratamentelor termice. [55]

Dimensiunea și morfologia particulelor pot fi modificate și datorită modificării concentrației de agent reducător și stabilizator. Se poate obține argint coloidal cu dimensiuni și culori diferite prin schimbarea concentrației agentului reducător. De exemplu, prin creșterea conținutului de hidrazină, dimensiunile nanoparticulelor de argint cresc, determinând schimbări drastice în proprietătile optice. Culoarea soluției depinde de condițiile inițiale de sinteză și se modifică de la roșu pentru concentrația cea mica a agentului de reducere la verde și gri pentru concentrații mai mari (Fig. 7). [55]

Fig. 7 Culoarea soluției de argint coloidal în funcție de agentul de reducere[55]

2.4 Nanoparticulele de argint cu efect antimicrobian

Odată cu apariția și dezvoltarea microorganismelor microbiene rezistente la mai multe tipuri de antibiotice s-a pus accentul pe cercetarea unor noi reactivi antimicrobieni eficienți. Așa au apărut diferite antiseptice pe bază de argint ce se presupune că au o tendință scăzută pentru inducerea rezistenței microbiene față de diferitele antibiotice. Nanoparticulele de argint prezintă efecte antimicrobiene și sunt folosite în prezent pentru a constola creșterea bacteriilor în aplicații precum catetere, aplicații dentare și arsuri. De asemenea, compușii pe bază de argint sunt compuși ce prezintă o toxicitate ridicată pentru microorganisme, cu efecte biocide asupra diferitelor specii de bacterii.[56] Activitatea antibacteriană a argintului prezintă o varietate foarte mare de aplicații și datorită toxicității sale scăzute față de celulele umane.

O problemă îngrijorătoare ce este prezența la nivel mondial în întregul sistem de sănătate este reprezentată de apariția rezistenței agenților patogeni la medicamente. Din acest motiv, nanoparticulele de argint reprezintă un candidat excelent în scopul dezvoltării nanotehnologiilor eficiente în combaterea antimicrobiană. [57]

Bacteriile prezintă structuri membranare diferite care permit clasificarea generală a acestora în Gram-negative sau Gram-pozitive. Diferențele structurale dintre cele două tipuri sunt date de peptidoglican, o componentă prezentă în membrană. Bacteriile Gram-negative prezintă un strat subțire de aproximativ 2-3nm de peptidoglican între membrana citoplasmatică și cea externă, în timp ce bacteriile Gram-pozitive prezintă un strat gros de aproximativ 30nm de peptidoglican, iar membrana externă lipsește.[58] Nanoparticulele de argint posedă, datorită caracterului intrinsec, proprietăți bactericide atât asupra bacteriilor Gram-negative cât și Gram-pozitive. Mecanismul de acțiune al nanoparticulelor de argint asupra bacteriilor încă este necunoscutînsă până în prezent au fost dezbătute mai multe teorii.

Nanoparticulele de argint au capacitatea de a se ancora de peretele celular și de a îl penetra ulterior, producând astfel modificări structurale ale membranei celulare precum modificarea permeabilității, factor ce contribuie la moartea celulară. S-a demonstrat prin diferite tehnici de spectroscopie că atunci când ajung în contact cu bacteria, nanoparticulele de argint pot forma radicali liberi ce au capacitatea de a deteriora membrana celulară, aceasta devenind poroasă și automat alt factor ce poate duce la moartea celulei. De asemenea, eliberarea ionilor de argint care interacționează cu grupele tiol prezente în enzime vitale, poate duce la inactivarea lor. Alt factor ar fi generarea speciilor reactive de oxigen de către ionii de argint ce prezintă un alt mare pericol pentru celulă gazdă.

Argintul, având caracter acid, are tendința de a reacționa în mod natural cu o bază, iar ADN-ul are în compoziția sa fosfor și sulf, ce au caracter bazic. Așadar, interacțiunea dintre nanoparticulele de argint cu sulful și fosforul din ADN duce la apariția problemelor în replicarea ADN, ce este o cauză clară de moarte celulară (Fig. 8). [59]

Fig. 8 Mecanismul de acțiune a nanoparticulelor de argint in celulă [59]

2.5 Toxicitatea argintului

Argintul, pe lângă nenumăratele lui beneficii antibacteriene, poate avea și un nivel de toxicitate ridicat asupra organismului uman. Acest risc poate să apară prin expunerea pacienților la nanoparticulele de argint prin mai multe modalități precum contactul dermic, inhalarea sau administrarea orală, sau prin circulația sângelui.

Toxicitatea nanoparticulelor de argint, în special a celor cu dimensiuni mai mici de 10nm este mediată în special de către eliberarea ionilor de Ag+, iar organele țintă afectate de aceștia sunt în principal ficatul, urmat de splină, plămâni și rinichi. S-au realizat nenumărate studii asupra modului de acțiune a nanoparticulelor de argint din punct de vedere al toxicității, însă s-a ajuns la concluzia că aceasta depinde în mare parte de modalitatea de sinteză a nanoparticulelor, dimensiunea lor, prezența sau absența agenților de acoperire, dar și de organismul gazdă.[46]

Mecanismul de inducere a toxicității nanoparticulelor de argint se bazează pe legătura dintre interacțiunea nanomaterialului cu celulele, absorbția celulară și reacția toxică ulterioară a celulei ca răspuns la eveniment. În corpul uman, primele celule ce întâlnesc nanoparticulele de argint sunt macrofagele, iar în cele mai multe cazuri, absorbția celulară este realizată prin procesul de endocitoza, care la rândul lui depinde de mai mulți factori: doza, timp și energie. Principalele organite celulare țintă vizate de către nanoparticulele de argint sunt endozomii și lizozomii, iar odată ce nanoparticulele sunt expuse la mediul acid al lizozomilor, pot genera producerea unor specii reactive de oxigen (ROS). În general, speciile reactive de oxigen conțin peroxizi, superoxizi, radicali hidroxil și oxigen singlet. Interacțiunea nanoparticulelor de argint cu peroxizii conduce la eliberarea ionilor de argint (Ag+) in vivo. Mai mult, speciile reactive de oxigen, având o reactivitate foarte ridicată, pot induce disfuncția mitocondrială. Toate aceste evenimente, creșterea intracelulară a speciilor reactive de oxigen, interacțiunea Ag+ cu organitele prezente în citoplasmă și cu membrana celulară, cât și deteriorarea mitocondriilor, conduce eventual la necroza sau la apoptoza mediată de lizozomi. [46]

CAPITOLUL 3 – CATETERE ACOPERITE CU NANOPARTICULE DE ARGINT

3.1. Motivație

Pentru a induce efecte antibacteriene asupra diferitelor materiale și dispozitive medicale, nanoparticulele de argint au fost studiate în modificarea suprafețelor unidimensionale și bidimensionale, printre ele numărându-se țesături din bumbac, fibre artificiale sau naturale, filmele polimerice. Chiar dacă argintul este un metal semi-nobil destul de susceptibil la oxidare, raportul suprafață-volum al nanoparticulelor de argint este impresionant și ideal pentru acoperirea suprafețelor și eliberarea ionilor de argint (Ag+).

Nanoparticulele de argint au fost și sunt utilizate în medicină pentru acoperirea dispozitivelor medicale, în scopul reducerii infecțiilor nosocomiale. Datorită faptului ca legarea nanoparticulelor de argint la suprafața celulelor bacteriene este influențată de suprafața disponibilă pentru interacțiune, se presupune că efectele antibacteriene ale argintului depind de dimensiune și suprafață specifică.[57]

În ultimii ani, cateterele urinare au devenit un element esențial în gestionarea unor boli, însă cea mai mare parte a pacienților ce posedă un cateter de lungă durată dezvoltă infecții ale tractului urinar. Bacteriile au posibilitatea de a ajunge într-o vezică urinară cateterizata prin două modalități: ajung în vezica urinară datorită pungii de colectare sau tubului de drenaj, sau au acces prin spațiul periuretral din afară cateterului. Deși au fost încercate numeroase variante de modificare a design-ului cateterelor urinare, s-a dovedit faptul ca argintul ar fi o soluție ideală, posedând calități bactericide.[60]

În cazul acoperirii cateterelor cu nanoparticule de argint, scopul este prevenirea formării biofilmelor agenților patogeni precum E. coli, Enterococcus, S. aureus, P. aeruginosa, C. albicans, majoritatea fiind implicați în infecțiile asociate cateterelor urinare. Cu acest tip de acoperire, cateterele nu prezintă un pericol sau un risc crescut de toxicitate, ci demostrează un efect antimicrobian, precum și o eliberare susținută a ionilor de argint, factori ce pot reprezenta beneficii în utilizarea lor în cazul pacienților ce au nevoie de cateterizare pe termen lung.[45]

3.2. Acoperire cu nanoparticule de argint

3.2.1. Mod de lucru

Pentru realizarea studiului s-a folosit o sondă Foley din latex acoperită cu silicon (GERMANMED) 14Fr/Ch 30mL/cc, 4.7 mm, proiectată pentru utilizarea de scurtă durată (30 zile). Acoperirea sondei cu argint s-a realizat printr-o metodă de depunere fotochimica a nanoparticulelor. Această metodă implică imersarea secțiunilor de catetere în soluție de argint și inducerea reducerii argintului de pe substrat utilizând radiație UV.

Materiale utilizate:

-Sondă Foley din latex acoperită cu silicon marca GERMANMED 14 Fr/Ch 30 mL/cc 4.7 mm.

-Metanol CardioErba puritate 99.9%.

– AgNO3 SigmaAldrich puritate 99.8%.

Prepararea probelor

S-au preparat trei soluții de concentrații diferite (1w/v%, 2w/v% și 3 w/v%) de azotat de argint (AgNO3), prin dizolvarea azotatului de argint în Metanol (98w/v%) în baloane cotate de 100ml (Tabel). Soluțiile au fost lăsate sub agitare magnetică la temperatură camerei până la dizolvarea completă a AgNO3.

Tabel 2 Materiale utilizate

Eșantioanele au fost pregătite prin secționarea cateterelor la dimensiuni de 1cm lungime din sonda Foley cu ajutorul unui bisturiu steril de clasă II și au fost expuse la radiație UV (250nm) pe fiecare parte, timp de 30 de minute, în vederea sterilizării.

Secțiunile de cateter au fost imersate în soluțiile de Argint timp de câteva secunde și apoi au fost expuse la radiație UV (365nm) timp de 10 minute pe fiecare suprafața externă, în vederea reducerii argintului.

Astfel au fost realizate câte 3 secțiuni pentru fiecare concentrație de soluție de AgNO3 și proba control pentru analiza de testare a zonei de inhibiție și pentru analiza creșterii biofilmului, fiecare bucată de 1cm fiind secționată ulterior în alte 4 bucăți de dimensiune 0,5 cm2. În total au rezultat care 12 bucăți de 0,5 cm2 pentru fiecare concentrație de soluție de AgNO3. Pentru tehnicile de caracterizare fizico-chimice au fost preparate câte 2 eșantioane de cateter (1cm) pentru proba control și cele tratate cu soluție de AgNO3 de concentrații diferite.

3.3. Tehnici de caracterizare

În scopul analizării morfologiei, topografiei și efectului antimicrobian am enumerat o serie de tehnici de caracterizare printre care:

Microscopie electronică cu baleiaj (SEM) și Spectroscopie de raze X dispersivă în energie (EDS)

Spectroscopie în infraroșu cu Transformată Fourier (FT-IR)

Spectroscopie de masă cu plasmă cuplată inductiv (ICP-MS)

Caracterizare microbiologică:

Capacitatea de creștere a culturilor planctonice

Analiza capacității de aderență și a producerii de biofilme

3.3.1. Microscopie electronică cu baleiaj – SEM și Spectroscopia de raze X dispersivă în energie – EDS

Microscopia electronică cu baleiaj, recunoscută și că analiză SEM (Scanning electron microscopy), este utilizată la nivel mondial în nenumărate domenii. Ea reprezintă o metodă eficientă în analiza materialelor pe o scară de la nanometri la micrometri, având posibilitatea de magnificație chiar până la 1.000.000x în cazul modelelor moderne, cu scopul de a produce imagini foarte precise ale unei game largi de materiale.[61]

Un microscop electronic cu baleiaj oferă atât o caracterizare vizuală și de inaltă rezoluție, cât și o analiză elementală și calitativă a unei game largi de materiale organice, anorganice sau compozite. Dintre materialele analizate pot face parte structurile sub formă de straturi subțiri, cele nanometrice, nanopulberile sau nanoparticulele discrete, aglomerate, libere sau înglobate în alte materiale Producerea micrografiilor cu ajutorul microscopului electronic cu baleiaj se bazează pe principiul producerii imaginilor prin scanarea suprafeței de analizat cu un fascicul concentrat de electroni. Analiza se face prin aplicarea fasciculului de electroni ce are o energie foarte înaltă (de obicei între 100-30.000 ev) dintr-o sursă. Datorită faptului că dimensiunea fasciculului este mult prea mare pentru a genera o imagine clară, microscopul este echipat cu lentile de comprimare care și direcționează fasciculuil către probă. Detectorul de electroni are rolul de a detecta electronii emiși din proba scanată. În microscopia electronică cu baleiaj, atât electronii secundari cât și cei retroîmprastiati ajută la producția de imagini. Ulterior, semnalele vor fi afișate pe ecranul calculatorului atașat în compoziția microscopului, unde magnificația, intensitatea și luminozitatea au posibilitatea de a fi reglate în scopul de a vizualiza o imagine cât mai clară și rezonabilă. [61]

În situația în care proba nu este suficient de conductivă pentru a se efectua analiza, aceasta are nevoie de o pregătire specială pentru a îi crește conductivitatea și pentru a fi stabilă condițiilor de vid și fasciculului de electroni. Materialele non-conductive sunt acoperite de obicei cu un strat foarte subțire de material ce prezintă conductivitate mare, în prezent cele utilizate fiind aurul, aliajele de aur, paladiu, platinna, iridiu, grafit. [L. Reimer, Scanning Electron Microscopy: Physics of Image Formation and Microanalysis] Prepararea materialului pentru o analiza de microscopie electronică cu baleiaj necesită o manipulare extensivă, incluzând fixarea, deshidratarea sau uscarea, datorită faptului că microscopul funcționează la vid. [62]

Aparatura microscopiei electronice cu baleiaj cuprinde urmatoarele:

Sursa ce generează electroni de energie foarte înaltă

Coloană cu lentile electronice pentru deplasarea electronilor

Sistemul de deviere alcătuit din bobine

Un detector de electroni pentru electroni retroîmprăștiati sau secundari

Cameră pentru eșantionul de analizat

Sistem de calculatoare pentru afișarea si vizualizarea rezultatelor, alături de o tastatură pentru a controla fasciculul de electroni. (Fig. 9)

Fig. 9 Schemă microscop electronic cu baleiaj [61]

Spectroscopia de raze X dispersivă în energie reprezintă o tehnică de analiză utilizată pentru analiza elementală și caracterizarea chimica a unui eșantion. Principiul metodei se bazează pe interacția unei surse de excitație de electroni și probă, în care fiecare element ce are o structură atomică unică permite formarea unui set de maxime în spectrul de emisie electromagnetică.

Razele X sunt generate atunci când fasciculul de electroni este emis de către sursă și interacționează și penetrează suprafața probei de analizat. Odată ce electronii interacționează cu câmpul electronic al eșantionului, pierderea energiei electronice este emisă sub formă de foton, iar detectorul EDS are scopul de a separa razele X din cadrul eșantionului. Spectrul rezultat este analizat de către software-ul aparaturii, care determină amplitudinea corespunzătoare elementelor specifice, astfel generând o analiză calitativă a probei pentru a determina elementele diferite din compoziția sa. [61]

Microscopia electronica cu baleiaj s-a realizat in scopul evidentierii aspectelor morfologice ale probelor de analizat si a dimensiunii nanoparticulelor sintetizate. Micrografiile s-au obținut utilizând fascicule de electroni retroîmprastiati, obținând astfel informații precise cu privire la topografie și la contrastul compozițional.

Se poate observa faptul că în funcție de concentrație dar și de zona pe care s-a realizat analiza, variază atât compoziția elementală calitativă cât și cea cantitativă.

Echipamentul utilizat pentru investigarea eșantioanelor este un microscop electronic cu baleiaj FEI Quanta Inspect F50, utilizat la o tensiune de accelerare de 30kV, spot de 3,5 V la diverse ordine de mărire. Pentru evidențierea caracteristicilor morfologice a fost utilizat detectorul de electroni secundari iar pentru monitorizarea diferențelor compoziționale au fost utilizați detectorul de electroni retroîmprăștiați și spectrometrul de raze X dispersiv în energie (EDAX).

Pregătirea probelor pentru investigarea prin microscopie electronică de baleiaj:

Pentru investigarea suprafeței, probele au fost plasate pe o bandă de carbon. Pentru asigurarea unei bune conductivități electrice și îmbunătățirea contrastului, probele au fost acoperite în vid (10-5 torr) cu un strat subțire (~100 Å) de Au.

Pentru evidențierea secțiunii, probele au fost studiate după fracturare. Inițial, au fost menținute sub vid (10-5 torr) timp de 2 h în vederea eliminării umidității. Apoi, au fost imersate într-un vas de teflon în azot lichid împreună cu uneltele utilizate pentru fracturare. După 10 minute, au fost fracturate, uscate sub vid și plasate pe o bandă de carbon, evidențiind secțiunea. Probele au fost acoperite cu un strat de ~100 Å de Au.

Proba control

Fig. 10 Microscopie electronică cu baleiaj (SEM) prin tehnica BSED: a) imagine pe suprafața cateterului netratat la magnificație 1000x; b) imagine pe suprafața cateterului netratat la magnificație 5000x; c) Spectrul de raze X dispersivă în energie (EDS)

Analiza de microscopie electronică cu baleiaj a fost realizată pe suprafața externă a cateterului. Micrografiile obținute utilizand fascicule de electroni retroîmprăștiați pe suprafața cateterului evidențiază suprafața rugoasă a cateterului la magnificații de 1000x și 5000x. În cele două micrografii se observă suprafața siliconică rugoasă, iar incluziunile ocazionale pot fi atribuite particulelor de umplutură. Rugozitatea suprafetei este puternic influențată atat de materialele utilizate, cat și de procesul de fabricație al cateterului.

Spectroscopia de raze X dispersivă în energie realizată pe suprafața cateterului netratat pune în evidență prezența elementelor: C, O, Zn, Si, S, Cl, K si Ca. Se observă faptul ca elementele precum Si, O si C predomină, lucru ce se datorează prezenței siliconului pe suprafața cateterului. Prezența elementelor Zn, Cl, S, Ca, K se datoreaza materialelor de umplutură.

Acoperire 1%

Fig. 11 Microscopie electronică cu baleiaj (SEM) prin tehnica BSED: a) imagine pe suprafața cateterului tratat cu AgNO3 1% la magnificație 1000x; b) imagine pe suprafața cateterului tratat cu AgNO3 1% la magnificație 5000x; c) Spectrul de raze X dispersivă în energie (EDS)

În cadrul micrografiilor aferente eșantioanelor de cateter tratate cu soluție de AgNO3 1% se poate observa formarea și prezența nanoparticulelor de argint. La o magnificație de 1000x, în micrografia obținută utilizand fascicule de electroni retroîmprăștiati este evidentă depunerea argintului, prin apariția contrastelor deschise pe suprafața externă rugoasă a cateterului analizat. Nanoparticulele de argint sunt clar vizibile odată cu creșterea magnificației (Fig. 9 b)). De asemenea, se observă faptul că argintul nu s-a depus într-un strat uniform, fapt datorat suprafeței siliconice rugoase a cateterului.

În spectrul EDS al eșantionului de cateter tratat cu AgNO3 1% este evidentă diferența din punct de vedere compozițional referitoare la apariția pe spectrul EDS a argintului, identificat prin linia specifică L.

Acoperire 2%

Fig. 12 Microscopie electronică cu baleiaj (SEM) prin tehnica BSED: a) imagine pe suprafața cateterului tratat cu AgNO3 2% la magnificație 1000x; b) imagine pe suprafața cateterului tratat cu AgNO3 2% la magnificație 5000x; c) Spectrul de raze X dispersivă în energie (EDS)

În analizele de microscopie electronică cu baleiaj realizate pe probele de cateter tratate cu soluție de AgNO3 2% se observă calitativ creșterea cantității de argint de pe suprafață. În continuare, argintul nu este dispus sub forma unui start uniform datorita rugozității suprafeței siliconice a cateterului, însă la magnificații crescute se pot diferenția în mod clar nanoparticulele de argint dispuse uniform pe suprafața cateterului (Fig. 10 b)).

Spectrul EDS corespunzător eșantionului de cateter tratat cu soluție de AgNO3 2% indică de asemenea prezența argintului, identificat prin linia specifică L care crește în intensitate relativă comparativ cu proba tratată cu soluție de concentrație 1%, indicând formarea unei cantități mai mari de nanoparticule.

Acoperire 3%

Fig. 13 Microscopie electronică cu baleiaj (SEM) prin tehnica BSED: a) imagine pe suprafața cateterului tratat cu AgNO3 3% la magnificație 1000x; b) imagine pe suprafața cateterului tratat cu AgNO3 3% la magnificație 5000x; c) Spectrul de raze X dispersivă în energie (EDS)

În micrografiile rezultate din analiza probei de cateter tratată cu soluție de AgNO3 3% este evidentă o creștere a cantității de argint depusă pe suprafața cateterului, față de probele tratate cu celelalte două concentrații inferioare de soluție de AgNO3. Forma și dimensiunea nanoparticulelor este evidențiată în imaginea obținută la o magnificație de x20000.

Fig. 14 Microscopie electronică cu baleiaj (SEM) prin tehnica BSED: a) imagine pe secțiunea cateterului tratat cu AgNO3 3% la magnificație 1000x; b) imagine pe secțiunea cateterului tratat cu AgNO3 3% la magnificație 10 000x

Micrografiile realizate pe secțiulile de catetere tratate cu soluție de AgNO3 de concentrație 3% contribuie la evidențierea dispunerii stratului de nanoparticule de argint pe supratața rugoasă a cateterului. La o magnificație de 1000x, apariția contrastelor mai deschise decât cele aferente stratului de argint și a diferitelor ocluziuni se datorează modalității de pregătire a probelor pentru fracturare. Prin creșterea magnificației, se observă dispunerea neuniformă a stratului de nanoparticule de argint pe suprafață.

Fig. 15 Cartografiere elementală si spectru de raze X dispersivă în energie (EDS)

Prin cartografierea elementală se observă distribuția uniformă a argintului pe suprafața exterioara a cateterului tratat cu soluție de AgNO3 3%.

3.3.2. Spectroscopia în infraroșu cu transformată Fourier-FT-IR

Spectroscopia în infraroșu este o modalitate bine cunoscută pentru analiza calitativă a diverselor materiale. Este o tehnică de analiză ce se bazează pe absorbția lungimilor de undă prezente în intervalul infraroșu, în concordanță cu caracteristicile structurii chimice. Absorbția radiației are loc la anumite frecvențe de rezonanță care la rândul lor sunt asociate energiilor de tranziție ale unor legături sau ale unor vibrații din cadrul moleculelor. Un spectru în infraroșu este obținut prin trecerea radiației infraroșii printr-o probă și determinând ce fracțiune din radiația incidentă este absorbită la o anumită energie. Prin interacția radiațiilor infraroșii cu un compus se determină absorbția radiației electromagnetice de către moleculele substanței iradiate, lucru ce determină la rândul lui apariția unor vibrații ale grupărilor funcționale prezente în comusul chimic iradiat. Din acest proces este rezultat un spectru infraroșu, ce înseamnă reprezentarea digitală a unor maxime de absorbție ale moleculelor din probă, iar fiecare probă posedă o combinație unică de atomi și nu există doi compuși care ar putea avea exact același spectru infraroșu, fapt ce face că această metodă să reprezinte o modalitate eficientă de identificare. [63]

Transformarea Fourier este o operație matematică ce ajută la transformarea domeniului temporal în frecvență, oferind analiei clasice de spectroscopie în infraroșu o performanță mult mai bună, din punct de vedere al vitezei și al procesării datelor. [63] Spectroscopia în infraroșu cu transformată Fourier (FT-IR) se bazează pe ideea interferenței radiației dintre două fascicule pentru a obține o interferogramă, iar semnalul produs reprezintă o funcție a schimbării lungimi de undă între cele două fascicule. Cele două domenii, cel al distanței și cel al frecvenței, sunt interconvertibile cu ajutorul metodei matematice a transformării Fourier. Radiația ce iese din sursă trece printr-un interferometru până la nivelul probei și înainte de a ajunge la un detector. Semnalul rezultat este amplificat și trecut printr-un filtru, iar datele sunt ulterior convertite în formă digitală printr-un convertor analog-digital, apoi transferate calculatorului pentru a produce transformarea Fourier. [64]

Fig. 16 Schema spectroscopie in infrarosu cu transformata Fourier[65]

Prin corelarea spectrului FTIR al materialului caracterizat cu spectrele FTIR existente am identificat legăturile specifice ale compușilor prezenți în materialul analizat, conform tabelului.

Fig. 17 Spectrele de absorbanță FT-IR pentru suprafața cateterului netratat, tratat soluții cu AgNO3 1%, 2%, respectiv 3%.

Tabel 3 Lungimine de undă corespunzătoare legăturilor chimice

Spectrele FT-IR rezultate pun in evidență obținerea benzilor specifice siliconului și latexului din care este fabricat cateterul utilizat. Se poate observa faptul că în cazul spectrelor FT-IR ale cateterelor tratate cu AgNO3 sunt prezente doua benzi suplimentare la 1380 cm-1 și 3300 cm-1 specifice nanoparticulelor de argint. [66]

3.3.3. Spectroscopie de masă cu plasmă cuplată inductiv – eliberarea ionilor de Argint

Spectroscopia de masă cu plasmă cuplată inductiv (ICP-MS) este o metodă de caracterizare ce oferă limite de detecție foarte scăzute, cu o sensibilitate foarte crescută și cu ajutorul căreia se poate măsura o gamă largă de metale, în concentrații extrem de scăzute. În cadrul procesului de analiză, eșantionul care în general este sub formă lichidă este pompat cu o pompă peristaltică într-un nebulizator, unde este transformat în aerosoli. Înainte de a fi direcționate prin intermediului unui injector către plasmă, picăturile de aerosol mici sunt separate de cele mari într-o cameră de pulverizare, cele mari fiind eliminate din proces. În tehnica ICP-MS lanterna cu plasmă este poziționată pe orizontală și generează ioni încărcați pozitiv ci nu fotoni, mai exact prin încercarea de a opri fotonii să ajungă la nivelul detectorului datorită potențialului lor de a crește nivelul zgomotului semnalului. Datorită producției și detecției cantităților mari de ioni, tehnica ICP-MS prezintă o capacitate atât de mare de detecție la limite foarte scăzute. Odată ce ionii sunt produși în plasmă, sunt îndrumați cu o pompă mecanică prin regiunea de interfață care e menținută la vid. Ionii sunt mai departe extrași de la nivelul regiunii de interfață și direcționați într-o cameră principală în vid printr-o serie de lentile electrostatice. Fascicului de ioni trece prin spectrometrul de masă, un dispozitiv de separare menținut tot în vid, de unde ionii pot ajunge la detector fie printr-un proces de scanare ajungând în mod secvențial, fie într-un proces simultan ajungând toți în același timp. Procesul final este cel de a converti ionii în semnal electric cu ajutorul detectorului. [67]

Fig. 18 Schema spectroscopului de masă cu plasmă cuplată inductiv [68]

Testarea eliberării ionilor de argint a fost efectuată utilizând tehnica de spectrometrie de masă cu plasmă cuplată inductiv – ICP-MS. Eliberarea ionilor de argint din secțiunile tratate cu AgNO3 a fost realizată în soluție PBS, obținută prin dizolvarea unei tablete de PBS în 200mL apă deionizată.

Au fost folosite trei tuburi Eppendorf cu câte 3 mL PBS, iar in fiecare dintre ele a fost introdusă câte o secțiune tratată de cateter de 1 cm și care au fost menținute în baie de apă termostatată la o temperatura de 37°C. Au fost prelevate probe la 24h, 3 zile, 7 zile și 14 zile, de câte 1 mL din fiecare tub, cantitatea prelevată fiind înlocuită cu 1 mL PBS la fiecare prelevare. După prelevare, probele au fost menținute la 4°C până la efectuarea analizei.

3.3.4. Caracterizrea microbiologică

Pentru caracterizarea microbiologică au fost folosite eșantioane de 0,5 din fiecare material nanomodificat cu soluție de AgNO3 cu concentrații diferite.

Probele au fost sterilizate prin expunere UV pe fiecare parte timp de 20 de minute. În acest timp am obținut suspensii din tulpini microbiene: Staphylococcus aureus, Escherichia coli și Candida albicans. Tulpinile utilizate au fost obținute din colecția de tulpini a laboratorului de Microbiologie din cadrul Facultății de Biologie, Universitatea din București.

Pentru realizarea suspensiilor microbiene s-a folosit o ansă sterilă. Din fiecare tulpină s-a prelevat o cantitate mică de proba care a fost transferată in tuburi cu apă fiziologică sterilă (AFS = 0,9% NaCl în AD). Densitatea optică a suspensiilor microbiene rezultate a fost corespunzătoare standardului de turbiditate 0,5 McFarland (aprox. 1-3 x UFC/mL)(Fig. 19).

Fig. 19 Densitatea optică a suspensiilor microbiene

Eșantioanele de catetere au fost plasate în plăcuța cu 24 de godeuri în 1 mL mediu de cultură lichid și, ulterior au fost adăugați câte 20µL din suspensia microbiană de densitate optică corespunzătoare standardului (Tabel 3).

Tabel 4 Distribuția probelor in placă

Fig. 20 Distribuția probelor

Pentru tulpinile de Staphylococcus aureus și Escherichia coli a fost folosit mediu de bulion simplu, iar pentru Candida albicans mediu de YPG (Yeast Peptone Glucose/Drojdie-peptona-glucoza) lichid (fig). Plăcuța a fost ulterior incubata timp de 24h la ,.

Pentru evaluarea capacității culturilor planctonice de a crește în prezența materialelor, au fost transferați 200µL într-o placă cu 96 de godeuri, iar absorbanța culturilor obținute a fost măsurată spectofotometric la 600nm.

Fig. 21 Reprezentarea grafică a valorilor la absorbanța de 600nm ce sugerează capacitatea de creștere a culturilor planctonice in prezența materialelor testate.

Din reprezentarea grafică a valorilor absorbanței pe probele de catetere, reiese că după incubarea de 24h la , capacitatea de creștere a culturilor planctonice scade odată cu creșterea concentrației soluției cu care a fost tratat cateterul. La același interval de timp, capacitatea de creștere a culturilor planctonice este cea mai mare în cazul probelor control.

In cazul incubăii de 48h la , capacitatea de creștere a culturilor planctonice scade, de asemenea, odată cu creșterea soluției de tratament AgNO3. În această situație însa, valorile absorbanței în cazul tratamentului cu AgNO3 2% sunt mai apropiate de cele rezultate în cazul tratamentului cu AgNO3 1%. Capacitatea de creștere a culturilor planctonice în cazul probei control prezintă valori apropiate sau la fel cu proba tratată cu AgNO3 1%.

Faptul că valorile absorbanței sunt invers proporționale cu concentrația soluției de AgNO3, confirmă eficiența nanoparticulelor de argint împotriva creșterii culturilor planctonice în prezența materialelor testate.

Rezultate culturi planctonice

Dupa 24h de incubare la s-a analizat vizual capacitatea de creștere a culturilor planctonice in prezența eșantioanelor nanomodificate analizate (Fig. 22).

Fig. 22 Capacitatea de creștere a culturilor planctonice la dupa incubare timp de 24h la

Pentru tulpina de Staphylococcus aureus s-a observat creștere prezentă în cazul probelor de catetere imersate în soluții de 1% și 2% AgNO3 și în cazul probei de control, iar în cazul probei de catetere imersate în soluție de 3% AgNO3 creșterea a fost absentă.

Pentru tulpina de Escherichia coli s-a observat creștere prezentă cazul probei de catetere imersate în soluții de 1% AgNO3 și în cazul probei de control, iar în cazul probelor de cateter imersate în soluție de 2% și 3% AgNO3 creșterea a fost absentă.

Pentru tulpina de Candida albicans s-a observat crestere prezenta cazul probelor de catetere imersate in solutii de 1% si 2% AgNO3 si in cazul probei de control, iar in cazul probei de cateter imersate in solutie de 3% AgNO3 cresterea a fost absenta.

Dupa 48h de incubare la s-a analizat vizual capacitatea de crestere a culturilor planctonice in prezenta esantioanelor nanomodificate analizate (Fig. 23)

Fig. 23 Capacitatea de creștere a culturilor planctonice la dupa incubare timp de 48h la ,

Pentru tulpina de Staphylococcus aureus s-a observat creștere prezentă în cazul probelor de catetere imersate in soluții de 1% și 2% AgNO3 și în cazul probei de control, iar în cazul probei de cateter imersate in soluție de 3% AgNO3 creșterea a fost absentă.

Pentru tulpina de Escherichia coli s-a observat creștere prezentă cazul probelor de catetere imersate în soluții de 1% și 2% AgNO3 și în cazul probei de control, iar în cazul probei de cateter imersate in soluție de 3% AgNO3 creșterea a fost absentă.

Pentru tulpina de Candida albicans s-a observat o creștere prezentă în toate cazurile probelor de catetere imersate în soluții de 1%, 2% și 3% AgNO3 și in cazul probei de control.

Analiza capacității de aderență și producere de biofilme

O unitate care formează colonii înseamnă o unitate utilizată cu scopul de a estima numărul de bacterii viabile dintr-o probă, adică o unitate ce posedă abilitatea de a se înmulți în condiții controlate. Pentru a se număra unitățile formatoare de colonii este necesară cultivarea microbilor, aspectul vizual necesitând o creștere semnificativă a acestora pe mediul de cultură. Scopul numărării lor este de a estima numărul de celule prezente, pe bază capacității lor de a genera colonii în condiții specifice.

Pentru analiza efectului nanomaterialelor asupra capacității microorganismelor de a adera și a forma biofilme, după incubare, materialele au fost spălate cu AFS și mediul a fost schimbat, pentru îndepărtarea celulelor microbiene neaderate. Plăcuțele au fost incubate pentru diferite perioade de timp (24h și 48h). După expirarea fiecărei perioade de incubare luate în calcul, eșantionul pe care s-a dezvoltat biofilmul a fost spălat cu AFS și depus într-un tub steril într-un ml AFS. Tubul a fost vortexat energic timp de 30 sec pentru desprinderea celulelor din biofilm.

Fig. 24 Eșantioanele plasate in tuburi Eppendorf

Suspensia celulară obținută a fost diluată zecimal serial până la si diferite diluții au fost însamanțate pe plăci cu mediu de cultură solidificat în vederea obținerii și cuantificării numărului de unități formatoare de colonii/mL (UFC/mL).

Fig. 25 Realizarea diluțiilor zecimale seriale

Fiecare diluție pară a fost însamanțată multiplicat pe mediu nutritiv de geloză simpla în cazul Staphylococcus aureus și Escherichia coli, respectiv mediu Sabouraud în cazul Candida albicans și au fost incubate timp de 24h la , în scopul permiterii dezvoltării bacteriilor.

Rezultate

Fig. 26 Rezultate unități formatoare de colonii pe probele de catetere

Concentrațiile unităților formatoare de colonii sunt exprimate folosind notația logaritmică, unde valoarea indicată reprezintă logaritmul în bază 10 al concentrației.

Din rezultatele analizei microbiologice pe unitățile formatoare de colonii, reiese faptul că, după 24 de ore, cateterele tratate cu soluție de AgNO3 3% prezintă un efect antimicrobian crescut, datorită valorii inexistente a logaritmului concentrației unitaților formatoare de colonii în cazul tulpinilor Staphylococcus aureus și Escherichia coli. La acelasi interval de timp, în cazul tulpinii de Candida albicans, odată cu creșterea concentrației soluției cu care au fost tratate cateterele, concentrația unitătilor formatoare de colonii scade, lucru ce indică eficiența efectului antimicrobian al nanoparticulelor de argint pe suprafața cateterelor. Valorile crescute ale concentrațiilor unităților formatoare de colonii pe probele control, după 24h, prezintă, in mod evident, capacitatea de creștere și dezvoltare a coloniilor bacteriene pe suprafețele de catetere netratate.

In cazul rezultatelor analizei microbioloce efectuată la 48 de ore de contact al cateterelor cu tulpinile microbiene, în cazul tulpinii Staphylococcus aureus, eșantionul de cateter tratat cu soluție de AgNO3 3% prezintă cel mai mare efect antimicrobian, iar cel tratat cu 2% cel mai mic. In situația tulpinii bacteriene Escherichia coli, probele de cateter tratate cu soluții de 1% si 2% prezintă aceeași capacitate de inhibiție a formării biofilmului, cateterul tratat cu soluție de AgNO3 3% având cel mai mare potențial antimicrobian. Tot la 48 de ore, valoarea cea mai scazută a concentrației unităților formatoare de colonii pe tulpina Candida albicans este prezentă în cazul cateterului imersat in soluție de concentrație 2%. Asemănător cu rezultatele probelor dupa 24 de ore, probele control prezintă cele mai crescute concentrații ale unităților formatoare de colonii, confirmând capacitatea de dezvoltare a coloniilor bacteriene pe suprafețe netratate.

3.3.5. Evidențierea aderenței si a formării de biofilm pe catetere

Biofilmul are în structura tridimensională (3D) o comunitate eterogenă de celule microbiene, înglobate într-o matrice de polizaharide care sunt atașate ireversibil la o suprafață. Pentru o mai bună înțelegere a formării biofilmului nu este de ajuns doar izolarea lor prin metode de cultură. De aceea diferite tehnici, inclusiv microscopia electronică cu baleiaj s-au dovedit a fi adecvate pentru a urmări aderarea biofilmului.

Formarea biofilmului implică mai multi etape urmate de celulele planctonice în procesul de atașare la suprafață (Fig. 27).

Fig. 27 Etapele formării biofilmului [69]

Primul stadiu (a) este reprezentat de contactul dintre suprafață și bacteriile planctonice, unde are loc procesul de aderență. Pentru a avea loc atașamentul, microorganismul planctonic trebuie să se afle în imediata vecinătate a suprafeței, în general fiind propulsat fie într-o direcție specifică, fie la întamplare prin chemotaxis și mobilitate. Acest stadiu este unul reversibil și este puternic influențat de anumite forțe fizico-chimice ce condiționează interacțiunea dintre suprafața celulei microbiene și suprafața la care aderă.

Al doilea stadiu (b) este caracterizat de tranziția la o aderență ireversibilă. În cadrul acesteia, bacteriile încep să producă atât conexiuni intercelulare, cât și o matrice polimerică extracelulară formată din polizaharide dar și enzime, ARN, ADN, nutrienți. După aderarea ireversibilă, microorganismele încep să intercomunice cu ajutorul semnalelor chimice, astfel înmulțindu-se înăuntrul matricii de polizaharide și rezultand în final o micro-colonie.

În al treilea stadiu (c) are loc procesul de maturare a biofilmului. Odată cu replicarea celulelor „legate” de suprafață cresc atât densitatea lor globală, cât și complexitatea biofilmului. Mai mult, în această etapă apar procese precum transferul de gene, ce contribuie la durata de viață și supraviețuirea biofilmelor, de asemenea permițând și desprinderea bacteriilor libere, ce reprezintă modalitatea prin care biofilmul se răspândește

Pe măsură ce trece timpul, celulele se desprind din biofilm, se dispersează și colonizează o nouă regiune – al patrulea stadiu (d). [69]

Eșantioane din fiecare probă incubată timp de 24 de ore au fost spălate și fixate cu metanol și analizate cu ajutorul microscopiei electronice cu baleiaj.

Staphylococcus aureus

Fig. 28 Microscopie electronică cu baleiaj (SEM): a) imagine pe suprafața probei control în contact cu Staphylococcus aureus; b) imagine pe suprafața cateterului tratat cu AgNO3 1% în contact cu Staphylococcus aureus; c) imagine pe suprafața cateterului tratat cu AgNO3 2% în contact cu Staphylococcus aureus; d) imagine pe suprafața cateterului tratat cu AgNO3 3% în contact cu Staphylococcus aureus.

În micrografiile realizate pe secțiunile de catetere ce au fost plasate într-o cultură microbiană cu bacteria patogena de tip Gram-pozitiv Staphylococcus aureus se poate observa în mod evident prezența bacteriilor pe suprafața probei control. Din punct de vedere al dispunerii bacteriilor și luând în considerare faptul ca nu pot fi delimitate individual, se indică faptul că acestea au trecut de etapa de aderență la substratul cateterului, aflandu-se în etapa de colonizare sau chiar de biofilm.

În cazul micrografiilor realizate pe eșantioanele de catetere ce au fost tratate cu soluție AgNO3 de concentrații diferite, bacteriile nu sunt observabile pe zonele studiate, fapt ce dovedeste eficiența nanoparticulelor de argint în scopul inhibării formării de biofilm.

Datorită manevrarii, echipamentelor și metodelor ce preced aceasta analiză de microscopie electronică cu baleiaj, trebuie luată în considerare posibilitatea unei ușoare deformări a bacteriilor, acestea fiind în general sferice.

Escherichia coli

Fig. 29 Microscopie electronică cu baleiaj (SEM): a) imagine pe suprafața probei control în contact cu Escherichia coli; b) imagine pe suprafața cateterului tratat cu AgNO3 1% în contact cu Escherichia coli; c) imagine pe suprafața cateterului tratat cu AgNO3 2% în contact cu Escherichia coli; d) imagine pe suprafața cateterului tratat cu AgNO3 3% în contact cu Escherichia coli.

În micrografia rezultată din analiza de microscopie electronică cu baleiaj realizată pe proba control de cateter ce a fost plasată în cultura microbiană cu bacteria Gram-negativa Escherichia coli se observă prezența microorganismelor aflate atât sub formă de biofilm, cât și în stadiul de colonizare. Bacteriile prezintă o forma de bastonașe, dimensiunile acestora fiind de ordinul micrometrilor. Din modul dispunerii bacteriilor se observă faptul că acestea sunt înglobate într-o matrice, lucru ce confirmă formarea biofilmului pe proba de cateter netratată.

În cazul micrografiei realizate pe proba de cateter tratată cu soluție de AgNO3 1% se observă o topografie diferită față de cea a cateterului tratat cu soluție de AgNO3 1% însă fără prezența bacteriei Escherichia coli. Luând în considerare acest aspect, alături de ideea că este posibilă modificarea formei bacteriior, acestea fiind greu de obsevat separat, datorita manevrării probelor, se indică prezența biofilmului pe suprafața cateterului.

Odată cu creșterea concentrației soluției de AgNO3 la 2% si 3%, în micrografii se observă numai suprafața rugoasă a cateterului, alături de nanoparticulele de argint vizibile mai ales în analiza realizată pe eșantionul imersat în soluție AgNO3 de concentrație 3%.

Candida albicans

Fig. 30 Microscopie electronică cu baleiaj (SEM): a) imagine pe suprafața probei control în contact cu Candida albicans; b) imagine pe suprafața cateterului tratat cu AgNO3 1% în contact cu Candida albicans; c) imagine pe suprafața cateterului tratat cu AgNO3 2% în contact cu Escherichia coli; d) imagine pe suprafața cateterului tratat cu AgNO3 3% în contact cu Candida albicans.

Analiza de microscopie electronică cu baleiaj realizată pe proba control de cateter după ce aceasta a fost plasată în specia patogenă Candida albicans indică în mod evident prezența bacteriilor în stare de colonizare. Acestea prezintă o morfologie ovală, majoritatea dintre ele fiind bine delimitate, iar o parte fiind înglobate în matrici, lucru ce indică prezența lor în al doilea stadiu al formării biofilmului, cel al producerii de conexiuni intercelulare și de generare al matricii extracelulare.

În micrografiile realizate pe probele de cateter imersate în soluție de AgNO3 de concentrații 1% și 2% se poate observa prezența microorganismelor planctonice. Datorită faptului că acestea se află la o distantă mare unele față de celelalte iar prezența lor sub formă de colonii este absentă, se confirmă faptul că tratamentul cu nanoparticule de argint inhibă formarea biofilmului.

Topografia prezentă în cea de-a patra micrografie, cea realizată pe proba de cateter imersată în soluție de AgNO3 de concentrație 3% susține ideea inhibiției formării biofilmului, în aceasta fiind clar vizibilă doar suprafața rugoasă a cateterului și prezența nanoparticulelor de argint.

CONCLUZII

Infecțiile bacteriene s-au dovedit a fi în foarte multe situații unele dintre cele mai frecvente cauze ale morbidității, reprezentând o problemă serioasă cu care se combat majoritatea pacienților a căror îngrijire medicală implică utilizarea cateterelor. În situția cateterelor urinare, cea mai mare șansă de apariție a infecțiilor bacteriene se află în cazul celor utilizate pe termen lung, datorită colonizării suprafeței cu microorganisme și a posibilității de formare a unui biofilm. Cum un alt factor ce contribuie la dezvoltarea biofilmelor îl reprezintă rezistența microorganismelor la antibioticele convenționale, noi strategii de prevenire a riscului de infecții sunt dezvoltate. Depunerea fotochimică a nanoparticulelor de argint s-a dovedit a fi o metodă ce prezintă un mare potențial in combaterea apariției biofilmelor și implicit a dezvoltării infecțiilor bacteriene, datorită potentialului antibacterian al argintului. Straturile depuse sunt caracterizate de particule de argint ce se încadrează în dimensiuni nanometrice, însă fiind depuse într-o manieră neuniformă, fapt datorat suprafeței rugoase a cateterului. Cateterele tratate au demonstrat o eficacitate bună impotriva tulpinilor bacteriene precum Staphylococcus aureus, Escherichia coli și Candida albicans prin capacitatea de împiedica atât dezvoltarea și creșterea culturilor planctonice în prezența materialului, cât și a coloniilor bacteriene izolate pe suprafața materialului. Creșterea concentrației soluției de nitrat de argint (AgNO3) utilizată în tratamentul cateterelor s-a dovedit a fi direct proporțională cu creșterea efectului antibacterian, atât datorită rezultatelor testării pe tulpinile microbiene utilizate, dar și dovedit prin analizele realizate pe probele tratate în comparație cu cele netratate. Înglobând toate aceste aspecte benefice, tratarea cu argint antibacterian a cateterelor poate fi sugerată ca și o strategie în prevenirea infecțiilor asociate cateterelor urinare.

BIBLIOGRAFIE

[1] R. A. Marino, U. M. Mooppan, and H. Kim, “History of urethral catheters and their balloons: drainage, anchorage, dilation, and hemostasis.,” J. Endourol., vol. 7, no. 2, pp. 89–92, Apr. 1993.

[2] H. A. Carr, “A short history of the Foley catheter: from handmade instrument to infection-prevention device.,” J. Endourol., vol. 14, no. 1, pp. 5–8, Feb. 2000.

[3] S. M. Levin, “The first cardiac catheter,” J. Vasc. Surg., vol. 59, no. 6, pp. 1744–1746, Jun. 2014.

[4] G. Robert C., Diggery; Daniel T., Catheters: Types, applications and potential complications of medical devices and equipment, 1st ed. Nova Biomedical, 2012.

[5] M. Clinic, “Cardiac Catheterization.” [Online]. Available: https://www.mayoclinic.org/tests-procedures/cardiac-catheterization/about/pac-20384695.

[6] “Cardiac Catheterization,” American Heart Association. [Online]. Available: http://www.heart.org/en/health-topics/heart-attack/diagnosing-a-heart-attack/cardiac-catheterization.

[7] R. C. L. Feneley, I. B. Hopley, and P. N. T. Wells, “Urinary catheters : history , current status , adverse events and research agenda,” vol. 1902, no. 8, pp. 459–470, 2015.

[8] T. M. Bashore et al., “2012 American College of Cardiology Foundation / Society for Cardiovascular Angiography and Interventions Expert Consensus Document on Cardiac Catheterization Laboratory Standards Update,” JAC, vol. 59, no. 24, pp. 2221–2305, 2012.

[9] J. Sylvia, Mckean; Ross, John; Dressler, Daniel; Brotman, Daniel; Ginsburg, Principles and Practice of Hospital Medicine, 1st Editio. New York: ACP, 2012.

[10] W. Jennifer, “Using Foley and Other Types of Urinary Catheters,” Verywell Health, 2019. [Online]. Available: https://www.verywellhealth.com/foley-catheters-and-other-types-of-urinary-catheters-3157082.

[11] D. D. Cravens and S. Zweig, “Urinary catheter management.,” Am. Fam. Physician, vol. 61, no. 2, pp. 369–376, Jan. 2000.

[12] “Urinary Catheterisation,” Health Service Executive. [Online]. Available: https://www.hse.ie/eng/health/az/u/urinary-catheterisation/why-you-might-need-a-urinary-catheter.html.

[13] C. N. E. Board, “Bladder Cancer: Types of Treatment,” Cancer.Net, 2019. [Online]. Available: https://www.hse.ie/eng/health/az/u/urinary-catheterisation/why-you-might-need-a-urinary-catheter.html.

[14] D. Mbamalu and A. Banerjee, “Methods of obtaining peripheral venous access in difficult situations,” Postgrad. Med. J., vol. 75, no. 886, pp. 459 LP – 462, Aug. 1999.

[15] I. R. B. Luther and N. Beach, “United States Patent ( 19 ),” no. 19, 1996.

[16] S. Harbor, “United States Patent ( 19 ),” no. 19, 1989.

[17] R. N. Smith and J. P. Nolan, “Central venous catheters.,” BMJ, vol. 347, p. f6570, Nov. 2013.

[18] S. Galloway and A. Bodenham, “Long-term central venous access.,” Br. J. Anaesth., vol. 92, no. 5, pp. 722–734, May 2004.

[19] S. R. Ebbs and A. E. Cameron, “A standardised approach to the insertion of Hickman catheters.,” Ann. R. Coll. Surg. Engl., vol. 70, no. 5, pp. 283–284, Sep. 1988.

[20] C. H. Yarbro, D. Wujcik, and B. H. Gobel, Cancer nursing : principles and practice. Sudbury, Mass.: Jones and Bartlett Publishers, 2011.

[21] “What Are Central Venous Catheters?,” WebMD. [Online]. Available: https://www.webmd.com/heart-disease/what-are-central-venous-catheter#2.

[22] “Peripherally Inserted Central Catheter (Picc),” Cleveland Clinic, 2015. [Online]. Available: https://my.clevelandclinic.org/health/treatments/14983-peripherally-inserted-central-catheter-picc/risks—benefits.

[23] “About Your Implanted Port,” Memorial Sloan Kettering Cancer Center, 2018. [Online]. Available: https://www.mskcc.org/cancer-care/patient-education/your-implanted-port.

[24] H. Products and P. E. C. Pellegrino, “United States Patent (19),” no. 19, pp. 2–5, 1989.

[25] O. L. Central et al., “BARTS AND THE LONDON NHS TRUST GUIDELINES FOR THE USE AND MANAGEMENT OF IMPLANTABLE PORT CENTRAL VENOUS CATHETERS TRUST CORE GUIDELINES,” pp. 1–22, 2013.

[26] L.-H. Julia, “Erleichterung der Chemoterapie durch implantierbare Portkatheter-Systeme bei Patientinnen mit gynäkologischen Tumoren,” 2009.

[27] T. Thomopoulos et al., “Routine chest X-ray is not mandatory after fluoroscopy-guided totally implantable venous access device insertion.,” Ann. Vasc. Surg., vol. 28, no. 2, pp. 345–350, Feb. 2014.

[28] K. Henry, “No Title,” Radiopaedia. [Online]. Available: https://radiopaedia.org/cases/chest-port-on-chest-x-ray.

[29] T. Mimi, Bartholomay; Denise, Dreher; Theresa, Evans; Debra, Guthrie; Hannah, Lyons; Janet, Mulligan; Carol, “No Title,” in Nursing Management of Nursing Management of Venous Access Devices: Venous Access Devices: An Overview of Central An Overview of Central Venous Access Venous Access Devices Device.

[30] P. John P, Urological Prostheses Appliances and Catheters. Springer Science & Business Media, 2012.

[31] X. Biardeau and J. Corcos, “Intermittent catheterization in neurologic patients: Update on genitourinary tract infection and urethral trauma.,” Ann. Phys. Rehabil. Med., vol. 59, no. 2, pp. 125–129, Apr. 2016.

[32] J. J. Wyndaele, “Self-intermittent catheterization in multiple sclerosis.,” Ann. Phys. Rehabil. Med., vol. 57, no. 5, pp. 315–320, Jul. 2014.

[33] M. Bidzan, J. Smutek, K. Garstka-namys, J. Namys, and L. Bidzan, “A Multi-Disciplinary Perspective on the Diagnosis and Treatment of Urinary Incontinence in Young Women,” 2009.

[34] P. Singha, J. Locklin, and H. Handa, “A review of the recent advances in antimicrobial coatings for urinary catheters,” Acta Biomater., vol. 50, pp. 20–40, Mar. 2017.

[35] R. Phillip, “Foley Catheter Assembly,” 4,701,162, 1987.

[36] “Foley catheter,” Wikipedia. [Online]. Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Foley_catheter.

[37] “Hypodermic needle,” Wikipedia. [Online]. Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Hypodermic_needle.

[38] B. Francis E, “Implantable Port Septum,” 4,834,720, 1989.

[39] J. B. Davidson and S. L. C. A. Omea, “United States Patent Office,” pp. 4–7, 1969.

[40] “Catheter Materials,” SAI Infusion Technologies. [Online]. Available: https://www.sai-infusion.com/pages/catheter-materials.

[41] “Silver,” Wikipedia. [Online]. Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Silver.

[42] “Silver nanoparticle,” Wikipedia. [Online]. Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Silver_nanoparticle.

[43] K. M. M. Abou El-Nour, A. Eftaiha, A. Al-Warthan, and R. A. A. Ammar, “Synthesis and applications of silver nanoparticles,” Arab. J. Chem., vol. 3, no. 3, pp. 135–140, 2010.

[44] A. K. Keshari, R. Srivastava, P. Singh, V. B. Yadav, and G. Nath, “Antioxidant and antibacterial activity of silver nanoparticles synthesized by Cestrum nocturnum.,” J. Ayurveda Integr. Med., Aug. 2018.

[45] T. Huy, N. Quy, and A.-T. Le, Silver nanoparticles: Synthesis, properties, toxicology, applications and perspectives, vol. 4. 2013.

[46] L. Wei et al., “HHS Public Access,” vol. 20, no. 5, pp. 595–601, 2016.

[47] S. Ghazali, M. Jaafar, and A. Azizan, Synthesis of silver nanoparticles by chemical reduction method: Effect of reducing agent and surfactant concentration, vol. 10. 2014.

[48] V. R. Pasupuleti et al., “Biogenic silver nanoparticles using Rhinacanthus nasutus leaf extract: synthesis, spectral analysis, and antimicrobial studies.,” Int. J. Nanomedicine, vol. 8, pp. 3355–3364, 2013.

[49] I. Hussain, N. B. Singh, A. Singh, H. Singh, and S. C. Singh, “Green synthesis of nanoparticles and its potential application.,” Biotechnol. Lett., vol. 38, no. 4, pp. 545–560, Apr. 2016.

[50] C. D. Geddes, A. Parfenov, and J. R. Lakowicz, “Photodeposition of silver can result in metal-enhanced fluorescence,” Appl. Spectrosc., vol. 57, no. 5, pp. 526–531, May 2003.

[51] B. Khodashenas and H. Ghorbani, Synthesis of silver nanoparticles with different shapes, vol. 7. 2015.

[52] A. Zielińska, E. Skwarek, A. Zaleska, M. Gazda, and J. Hupka, “Preparation of silver nanoparticles with controlled particle size,” Procedia Chem., vol. 1, no. 2, pp. 1560–1566, 2009.

[53] O. Steven J., “Silver Nanoparticles: Properties and Applications,” Sigma-Aldrich. [Online]. Available: https://www.sigmaaldrich.com/technical-documents/articles/materials-science/nanomaterials/silver-nanoparticles.html.

[54] W. Zhang, X. Qiao, and J. Chen, Synthesis of silver nanoparticles—Effects of concerned parameters in water/oil microemulsion, vol. 142. 2007.

[55] J. J. Mock, M. Barbic, D. R. Smith, D. Schultz, and S. J. Schultz, J.J. Mock, M. Barbic, D.R. Smith, D.A. Schultz, S. Schultz: Shape effects in plasmon resonance of individual colloidal silver nanoparticles, J. Chem. Phys. 116(15), 6755-6759, vol. 116. 2002.

[56] J. S. Kim et al., “Antimicrobial effects of silver nanoparticles,” vol. 3, pp. 95–101, 2007.

[57] A.-C. Burdusel, O. Gherasim, A. M. Grumezescu, L. Mogoanta, A. Ficai, and E. Andronescu, “Biomedical Applications of Silver Nanoparticles: An Up-to-Date Overview.,” Nanomater. (Basel, Switzerland), vol. 8, no. 9, Aug. 2018.

[58] J. R. Morones-ramirez et al., “The bactericidal effect of silver nanoparticles,” no. October, 2005.

[59] S. Prabhu and E. K. Poulose, “Silver nanoparticles : mechanism of antimicrobial action , synthesis , medical applications , and toxicity effects,” pp. 1–10, 2012.

[60] H. Liedberg and T. Lundeberg, “Silver alloy coated catheters reduce catheter-associated bacteriuria.,” Br. J. Urol., vol. 65, no. 4, pp. 379–381, Apr. 1990.

[61] A. Mohammed and A. Abdullah, “Scanning Electron Microscopy ( SEM ): A Review Scanning Electron Microscopy ( SEM ): A Review,” no. January, 2019.

[62] T. Vila et al., “Candida albicans biofilms: comparative analysis of room-temperature and cryofixation for scanning electron microscopy.,” J. Microsc., vol. 267, no. 3, pp. 409–419, Sep. 2017.

[63] R. Castillo and J. Rodriguez, “Fourier transform infrared spectroscopy: Modern applications in biotechnology and biological sciences,” 2014, pp. 101–125.

[64] B. H. Stuart, INFRARED SPECTROSCOPY : FUNDAMENTALS AND APPLICATIONS. .

[65] A. Mezzetti and W. Leibl, “Time-resolved infrared spectroscopy in the study of photosynthetic systems.,” Photosynth. Res., vol. 131, no. 2, pp. 121–144, Feb. 2017.

[66] S. Amrita, Raj; R.D., Lawrence;Kapil, Lawrence; Neha, Silas; Mohd, Jaless; Rashmi, “Green Synthesis and Charcterization of Silver Nanoparticles from Leafs Extracts of Rosaindica and its Antibacterial Activity Against Human Pathogen Bacteria,” 2018.

[67] T. Robert, Practical guide to ICP-MS, Scientific Solutions. 2013.

[68] A. Kashani and J. Mostaghimi, Aerosol characterization of concentric pneumatic nebulizer used in inductively coupled plasma-mass spectrometry(ICP-MS), vol. 20. 2010.

[69] S. El Abed and S. K. Ibnsouda, “Scanning Electron Microscopy ( SEM ) and Environmental SEM : Suitable Tools for Study of Adhesion Stage and Biofilm Formation,” 2008.