|
Реферат: Биология раневого процесса (Биология)
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА УКРАИНЫ
ОДЕССКИЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ
ФАКУЛЬТЕТ ВЕТЕРИНАРНОЙ МЕДИЦИНЫ
КАФЕДРА АКУШЕРСТВА И ХИРУРГИИ
РЕФЕРАТ НА ТЕМУ : «БИОЛОГИЯ РАНЕВОГО
ПРОЦЕССА».
Студента 4 курса 6 группы
Телятникова П. Б.
ОДЕССА 1997
Биология раневого процесса. В зависимости от степени повреждения тканей , отсутствия или наличия микробного загрязнения и некоторым другим причинам раны заживают по трём основным типам:1) по первичному натяжению без нагноения, при слабо выраженных явлениях серозного воспаления; 2)по вторичному натяжению, путём гранулирования, при более или менее выраженном гнойном воспалении , так заживают случайные и огнестрельные, а также огнестрельные и колотые раны; накладывать швы на такие раны недопустимо и 3) под струпом , преимущественно у грызунов и птиц, а также при неглубоких ранах у рогатого скота и свиней; значительно реже это наблюдается у собак и лошадей. Рана как тканевой дефект, возникает вследствие механического повреждения покровов и глубжележащих тканей, является сильным раздражителем, включающим подкорковые центры, ретикулярную формацию, систему гипоталамус- гипофиз- кора надпочечников. Возникающий в результате такого включения рефлекторной и эндокринной систем реактивный процесс оказывается анатомически локализованным(местным), а физиологически генерализованным (общим). При раневом процессе местная и общая реакция организма находится в прямой зависимости от тяжести и особенностей повреждений тканей и органов, а также от вида и вирулентности раневой инфекции. Местные и общие реактивные процессы при ранах находятся в прямой и обратной зависимости будучи взаимообусловленными и взаимовлияющими.. Устранение сильных раздражителей и замена их слабыми нормализуют функцию нейроэндокринной системы, улучшает состояние организма, способствует более благоприятному заживлению раны, таким образом, раневой процесс рассматривается не как чисто местный процесс , так как при нём в большей или меньшей степени включаются многие системы . Раневая болезнь достаточно хорошо выражена при значительных кровотечениях, наличии в ране мёртвых тканей, обширном нагноении, затруднённом выделении из раны гнойного и ихорозного экссудата , и как правило при полостных ранениях и раневой инфекции . Клинически раневая болезнь характеризуется: высокой общей температурой, угнетением, потерей аппетита, ухудшением функции органов пищеварения, стойкими, нередко прогрессирующими отеками, некрозами в зоне раны и другими признаками.
Фазы и стадии раневого процесса . Н.П. Пирогов на основании клинических признаков выделил 3 стадии раневого процесса: 1 отека; 2 очищения раны ( первые 4-14 дней) и 3 стадию гранулирования. Н.Ф. Кашаев на основании цитологических и патологических изменений подразделил раневой процесс на периоды и фазы: 1 ранний период ( около 12 часов) – первичные признаки воспаления и контаминации флоры ; 2 дегенеративно – воспалительный период ; и 3 регенеративный период, включающий 3 фазы , направленные на освобождение раны от некротических тканей , образование грануляционной ткани, эпидермацию и нормализацию состояния раненого . Первая фаза заживления раны . Процесс заживления раны начинается с момента остановки кровотечения . В первой фазе происходят наиболее резко выраженные био-физико-коллоидно- химичесские изменения . Они характеризуются увеличением содержания калия и быстро нарастающим уровнем кислотности раневой среды; эта реакция нередко становится устойчивой и вызывает декомпенсированный ацидоз на месте ранения
Ацидоз. Повышенная кислотность в ране возникает довольно быстро вследствие травмы сосудов , застоя крови, местной асфиксии , накопления CO2 , уменьшения притока кислорода и изменения тканевого обмена. Неполное окисление продуктов распада тканевого белка и жиров в зоне раневого канала и травматического некроза ведет к образованию органических кислот- молочной , масляной , нуклеиновой , парааминобензойной , аденилфосфорной , аминокислот, различных жирных кислот , углекислоты, и т.д. Чем больше накапливается кислот в воспалительном очаге и чем меньше организм способен освободиться от них , тем скорее и сильнее наступает сдвиг активной реакции среды в кислую сторону. Нарушение кислотно-щелочного равновесия оказывается настолько постоянным, что тканевые буферные системы не в состоянии ощелочить раневую среду , в результате чего возникает местный декомпенсированный ацидоз . Повышенная концетрация водородных ионов , обуславливающая развитие ацидоза , оказывает огромное влияние на жизнедеятельность клеток . Кислая реакция среды угнетает прежде всего фагоцитароную деятельность сегментоядерных лейкоцитов - микровагов ; макрофаги обладают большей устойчивостью . На основании изложенного можно сделать следующие выводы : 1. лейкоциты наименее резистентны к изменениям концетрации водородных ионов ; 2. накопление органических кислот в воспалительном очаге подавляет фагоцитарную деятельность клеток вследствие повреждения их протоплазмы ; 3. изменения рН воспалительного экссудата отражается на цитологической его картине 4. концетрацию водородных ионов является фактором , оказывающим несомненное влияние на морфологические изменения воспалительного экссудата ; 5. резкое повышение концетрации водородных ионов в воспалительном очаге действует токсически на фагоцитирующие клетки , а высокая кислотность раневой среды вызывает их массовую гибель . Кислая реакция раневой среды влечет повышение проницаемости сосудистых стенок , набухание тканевых коллоидов , повышение поверхностного натяжения и повышение осмотического давления оно способствует развитию гиперемии, вызывает резкое нарушение тканевого обмена , изменение активности ферментативных процессов , развитие дегенеративных изменений , некроз клеток и тканей и отравление организма ядовитыми продуктами распада тканевого белка . В первой фазе наблюдается также угнетение иммунологических реакций организма . Повышение проницаемости сосудистых капилляров возникающие в результате повышения концетрации водородных ионов в поврежденных тканях , изменений химического состава крови , наличия ядовитых веществ выделяемых микробами , образующихся в ране . К этим токсическим продуктам относятся вазогенные яды - гистамин и ацетилхолин . Проницаемость сосудистых стенок в воспалившихся ранах бывает настолько велика , что через них проходит не только вода и растворенные в ней вещества , но и другие , более крупные, белковые молекулы - глобулин и фибриноген . Набухание тканей представляет собой физико-химический процесс , при котором совершается поглощение жидкости тканевыми коллоидами , причем объем их увеличивается , а сцепление уменьшается . Связывание воды тканевыми коллоидами , в частности соединительной тканью ,. Возникают вследствие кислой реакции раневой среды , повышение осмотического давления , гормональных влияний и изменение тонуса вегетативной нервной системы . От состояния последней зависит водный обмен , а от изменения его - степень набухания коллоидов . Задержка продуктов тканевого обмена , угнетение окислительных процессов способствует интенсивному набуханию коллоидов . Действие гормонов на процесс набухания различно , одни из них способствуют более интенсивному набуханию , например - тироксин ; другие наоборот - питуитрин . Воспаленная ткань , при нарушенном обмене веществ , имеет ограниченные возможности ассимиляции доставляемых питательных веществ , даже усиленная доставка их оказывается малоэффективной . Чем резче выражено набухание тканей , тем сильнее сдавливаются капилляры и вены и затрудняется отток крови , несмотря на артериальную гиперемию , существующую в зоне повреждения . При прогрессирующем набухании тканей возникает стаз венозной крови , замедление тока артериальной крови , дегенерация и распад клеточных элементов, а затем гибель самой ткани . Чем больше плотных неподатливых тканей в воспалительном очаге , тем скорее происходит нарушение кровообращение и некроз тканей в результате набухания. Изменение поверхностного натяжения . Под поверхностным натяжением понимают молекулярное притяжение между поверхностно находящимися частицами , вследствие которого они противодействуют всякому искривлению поверхности жидкости и образует как бы сплошную эластическую мембрану . С развитием воспалительной реакции в тканевой жидкости появляются альбумозы , пиптоны , аминокислоты , жирные кислоты , которые понижают поверхностное натяжение . Тканевые коллоидные вещества , которыми являются лейкоциты , становятся более клейкими , что облегчает в кровяном русле и краевое пристеночное расположение . Затем лейкоциты, посредством амёбовидного движения , эмигрируют через сосудистую стенку и фагоцитируют микробы . Таким образом изменение поверхностного натяжения находится в прямой зависимости от распада тканевого белка, чем больше погибает тканей, тем сильнее изменяется поверхностное натяжение , больше эмигрируют клетки из сосудистого русла в клетчатку, окружающую рану. Чем больше содержится некротических тканей, тем скорее образуется воспалительный сегментоядерный инфильтрат со всеми вытекающими последствиями- цитолизом клеток вследствие выделения лейкоцитами протеолитических ферментов. Изменения тканевого обмена. В воспалившейся ране происходит повышенный обмен веществ и усиленный распад тканевого белка. Количество кислорода , поглощаемого тканями , резко увеличивается. Однако окислительные и диссимиляционные процессы не осуществляются полностью. Поэтому в ране образуется много органических кислот и других промежуточных продуктов обмена. Отток их к периферическим тканям сильно затрудняется. В конечном итоге нарушаются нормальные соотношения веществ, циркулирующих в межтканевой жидкости. Эта жидкость является непосредственной питательной средой клеточных элементов, Она осуществляет обмен веществ между клетками и тканями, с одной стороны, и кровью с другой . В межтканевую жидкость переходят через стенку капилляров вещества, циркулирующие в крови , и вещества, образующиеся внутри клеток. Она также как и кровь имеет постоянную концентрацию водородных и гидроксильных ионов , известную под названием изоионии . Комплекс аппаратов или механизмов , регулирующих состав среды в которой живут клетки органов и тканей, носит название гистогематического барьера. Каждый орган имеет свою питательную среду, так как общая питательная среда - кровь - не может без всякого изменения своего состава служить питательной средой для всех органов. При нормальных условиях межтканевая жидкость бедна белком , содержащийся в ней белок выводится лимфой. Лимфатические капилляры вбирают в себя белок , появившийся в межтканевых щелях , потому что лимфа имеет положительный электрический заряд (по сравнению с сывороткой), а белок, находящийся в межклеточных и межтканевых щелях, заряжен отрицательно, и поэтому он притягивается лимфой сильнее чем кровью. При острогнойных процессах межтканевая жидкость отличается высоким содержанием белка , что ведет к кислородному голоданию клеток ткани , так как диффузия кислорода из крови затрудняется ( аноксимия ) . Обмен веществ оказывается совершенно невозможным, если содержание белка в кровеносных капиллярах и межтканевой жидкости становится одинаковым . Смерть клеток и тканей в таких случаях неизбежна . Если такого нарушения белкового обмена не происходит; то все же резкое повышение осмотического давления и длительный застой кислых продуктов в воспалившейся ране будут происходить то для развития местного ацидоза создаются благоприятные условия . Если рН =6 , то это равносильно смерти большинства клеток . Когда колебания осмотического давления выходят за пределы осмотической сопротивляемости клеток, последние погибают вследствие плазмолиза : протоплазма набухает , разжижается , разрывает клеточную оболочку и выходит в окружающую среду. Ферменты. Организм ведет постоянно борьбу с угрожающей ему интоксикацией ядовитыми продуктами распадающегося тканевого вещества посредством самых разнообразных ферментов . Они содержатся в каждой клетке и ткани и проявляют свое действие лишь при соответствующей активной реакции среды . В первой фазе воспалившаяся ткань содержит много протеолитических ферментов . Лейкопротеаза содержится в сегментоядерных лейкоцитах . Под ее воздействием ткани ,находящиеся в состоянии паранекроза и омертвления подвергаются расплавлению ( гетеролизу) . Сложные тканевые белки расщепляются образуя : большие молекулы протеидов , полипептиды , альбумозы, пептоны и аминокислоты . Лейкопротеаза наиболее активна в нейтральной или слабощелочной среде . Протеазы тканевых клеток и лейкоцитов .Они способствуют плазмолизу , аутолитическому расплавлению тканей при нагноении и некрозе . Пепсины , пептазы и оргиназы . Эти ферменты выделяются с распадом лейкоцитов : они усиливают процессы гидролиза , вызывают обильный приток жидкости , вследствие чего повышается еще большее осмотическое давление, расплавление некротизированных тканей и молодых сегментоядерных лейкоцитов . Они относятся к пепсиноподобным ферментам и наиболее активны при кислой реакции среды . Оксидаза. Она содержится в эозинофилах . Под действием этого фермента различные токсические продукты белкового распада , образующиеся под влиянием лейкопротеазы , переводится в безвредные для организма токсоиды. Липаза. Она содержится в лимфоцитах . Этот фермент разрушает липоидную защитную оболочку микробов , вследствие чего они легче подвергаются действию лейкопротеазы. Липаза отсутствует в сегментоядерных лейкоцитах, поэтому фагированные им микробы , обладающие липоидной оболочкой, долго остаются живыми. Диастаза. Она способствует расщеплению гликогена. Лимфопротеаза—фермент мононуклеарных фагоцитов (макрофагов). Посредством его происходит переваривание протеина , оптимум действия—слабокислая слабокислая среда . Стафилококковый и стрептококковый хемолизины. Эти ферменты обладают высокой токсичностью вследствие чего микробы, уже поглощенные фагоцитом могут вызвать его смерть и затем размножится в протоплазме. Ферменты клеток тканей и микробов крайне чувствительны к водородным и гидроксильным ионам. Даже самые незначительные изменения ионной концентрации способны парализовать или , наоборот усилить действие ферментов. Пролтеолизу подвергаются коагулированные , под влиянием травмы , белки или лишенные притока крови раздавленные ткани . В начале протеолиз происходит под действием ферментов , освобожденных мертвыми лейкоцитами , а затем присоединяется протолитическое действие микробов. В конечном итоге тканевые белки распадаются на полипептиды и аминокислоты и образуется лейкотоксин, при наличие которого повышается проницаемость капилляров , экссудация плазмы и диапедез лейкоцитов . Наряду с лейкотоксином , появляются в экссудате гистамин , лейцин , тирозин и др. биогенные амины , образующиеся из аминокислот в процессе их разложения под влиянием гидролиза и жизнедеятельности микроорганизмов . Протеолиз всегда сопровождается разжижением различных ядовитых продуктов распада тканевого белка и расплавлением мёртвых тканей. Этот процесс в целом не может заканчиваться в одни и те же сроки . Он протекает медленно или быстро, в зависимости от анатомической структуры повреждённой ткани, локализации и обширности ранения, условий кровоснабжения воспалившихся тканей , деятельности ферментов. Исходы протеолиза различны . Если созданы условия для удаления из раны всех веществ , ставших для организма инородными и токсичными , то рана очищается и беспрепятственно заполняется здоровыми грануляциями .Наоборот , опасность инфекции и интоксикации возрастает , если ядовитые продукты , образовавшиеся в результате протеолиза , остаются в ране , не имея выхода наружу , или не удалены путём активной хирургической обработки раны . Чем вирулентнее микробы , больше попало их в рану и чем слабее самозащита организма , тем больше различных ядовитых соединений скапливается в ране .Это следует учитывать при глубоких огнестрельных ранениях , когда большое количество размятой и раздавленной мышечной ткани создаёт наилучшую питательную среду для развития наиболее опасной анаэробной инфекции. Паранекроз. Паранекроз- обратимое состояние клеток , близких к омертвлению . Оно может быть устранено своевременным устранением вредного агента и созданием условий , благоприятных для жизнедеятельности клеток . Смерть клеток , находящихся в состоянии паранекроза , иногда зависит не только от нарушения кровообращения , но и от аутоинтоксикации организма ядовитыми продуктами тканевого распада (анемический аутотоксический некроз). Например , закупорка приводящей артерии приводит к гибели клеток не вследствие недостатка питательных веществ , а вследствие накопления вредных продуктов обмена , которые остаются на месте и вследствие этого вызывают смерть клеток. Вторая фаза заживления раны. Вторая фаза—дегидратации характеризуется снижением воспалительной реакции , снижением отёка , отбуханием коллоидов и преобладанием регенеративно--восстановительных процессов над некротическими . На протяжении этой фазы клинически достаточно хорошо различимы 2 основных периода , или фазы . Первый период характеризуется преобладанием гранулирования : второй — преобладанием эпидермизации и рубцевания раны. Био-физико-химические сдвиги в фазе дегидратации характеризуются регенеративно—восстановительными процессами , развивающимися на фоне нормализации трофики , снижения воспалительных процессов и дегидротации тканей . В ране , освобожденной от мертвых тканей , уменьшается гнойная экссудация , улучшается крово- и лимфообращение , ликвидируюстя застойные явления . вследствие обеспечения раны кислородом анаэробное расщепление переключается на окислительный тип обмена . В результате этого повышается окислительно—восстановительный потенциал , снижается ацидоз , уменьшается количество редуцирующих веществ . Это способствует снижению протеолиза и количества адениловых веществ (адениловая кислота , аденозин , пуриновые и пиримидиновые основания), нормализации тканевого обмена ,снижению фагоцитоза и протеолиза белков и уменьшению молекулярной концентрации , что приводит к понижению онкотического и осмотического давления и уменьшению поверхностного натяжения ; уменьшается клейкость коллоидных структур . Снижение ацидоза и ферментативного распада клеток уменьшает в зоне раны количество свободных ионов К и физиологически активных веществ при одновременном увеличении Са в тканевой жидкости. Данный процесс сопровождается уплотнением клеточных мембран и капилляров. Постепенно прекращается экссудация , рассасывается отечная жидкость , снижается гидратация . В экссудате и тканевой жидкости накапливаются стимуляторы регенерации и нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК), принимающие участие в синтезе белков и регенерации. Недостаточная выработка нуклеиновых кислот , неполноценное снабжение ими вазогенных клеток , бедное содержание нуклеотидов в раневом секрете является одной из важных причин нарушения регенерации. Полифосфорные нуклеотиды , будучи продуктами распада нуклеиновых кислот , является наиболее активной фракцией лейкоцитарных «трефонов», стимулирующих регенеративные процессы. Ухудшает заживление ран интенсивно протекающий процесс дегидротации грануляций под влиянием ускоренной замены кислой реакции среды на нейтральную (рН=7) или слабощелочную (рН=7,2—7,3). Это приводит вначале к перезреванию грануляций и замедленному их формированию , затем к рубцеванию их и прекращению эпителизации. Повышенный ацидоз раневой среды , усиливая гидротацию грануляций , затормаживает нарастание на них эпителия , вследствие чего заживление раны замедляется . Такие набухшие грануляции легко повреждаются им не препятствуют проникновению через них патогенных микроорганизмов ., в результате чего раневой процесс может осложниться инфекцией .. Видовые особенности раневого процесса у животных находятся в прямой зависимости от условий их обитания и является следствием филогенетически выработанной видовой адаптацией на рану . В связи с этим процесс очищения ран от мёртвых тканей и загрязнений у животных различных видов протекает по 3 основным типам : 1) гнойно- ферментативно , 2) гнойно-секвестрационно , 3)секвестрационно Гнойно-ферментативный тип очищения ран наблюдается у плотоядных и лошадей . Характеризуется он гнойно-экссудативными явлениями , протекающими при выраженной гидратации , возникающего после ранения в виде травматического , затем воспалительного отеков. На этом фоне развивается гнойно-ферментативный процесс , в результате которого происходит ферментативное разжижение мёртвых тканей , подавление микробов, выведение во внешнюю среду инородных тел и других загрязнений вместе с гнойным экссудатом , Данный тип биологического очищения ран протекает в более короткие сроки и в меньшей степени препятствует движению животного по сравнению с двумя другими типами . Кроме того , в процессе ферментативных явлений, развивающихся в ране , в её зоне возрастают иммунобиологические процессы и формируется клеточный барьер который «удерживает» микробов и препятствует их проникновению в здоровые ткани . Однако в случаях задержки гноя в ране гнойно-резорбтивная лихорадка при этом типе очищения оказывается более выражена . По мере освобождения раны от мертвых тканей воспаление начинает стихать и раневой процесс переходит в фазу дегидротации . Гнойно-секвестрационное очищение ран является основным у рогатого скота и свиней при ранах с большой зоной повреждения . В течении первых часов в ране скапливается большое количество фибринозного экссудата , который вместе с м1ртвыми тканями формирует фибрино-тканевую массу , которая вследствие ретракции фибрина дегидратируется и приобретает каучукообразную консистенцию .Выполняя роль биологической пробки , она защищает рану от вторичного микробного и других загрязнений , а загрязнения попавшие в рану , фиксируются фибрином , благодаря чему устраняется опасность проникновения микробов в здоровые ткани . Однако если рану с большим количеством мёртвых тканей попадают патогенные стафилококки , стрептококки , гнилостные микробы и особенно анаэробы , то фибрино-тканевая масса может при известных условиях (мёртвые ткани , отсутствие аэрации и контакта антисептических средств с микробами , ослабление иммунобиологических реакций , истощение организма и т.д.) способствовать развитию раневой инфекции . Фибрино-тканевая масса , выполняющая роль биологической пробки , постепенно секвестрируется . На границе здоровых тканей и фибрино-тканевой массы возникает гнойно- демаркационное воспаление , протекающее на фоне умеренной гидратации тканей . При гнойно-секвестрационном типе очищения раны заживление протекает медленнее , чем при гнойно-ферментативном , но зато в зоне секвестрации формируется полноценный грануляционный барьер при менее выраженных гнойно-резорбтивных явлениях . Ко времени полной секвестрации мёртвых тканей рана оказывается покрытой грануляциями , которые затем заполняют рану и эпителизируются . Необходимо учитывать , что у крупного рогатого скота концентрическое рубцевание выражено в большинстве случаев в поверхностных частях раны , чем в глубоких . Это может затруднять выведение во внешняя среду гнойного экссудата , содержащего секвестрационные частицы мёртвых тканей . У овец часть мёртвой ткани может обрастать грануляциями и как бы инкапсулироваться . В дальнейшем эта ткань рассасывается. Секвестрационное очищение ран наблюдается при вторичном заживлении главным образом у грызунов и птиц ; у рогатого скота и свиней оно встречается при относительно неглубоких а у лошадей и собак только при кожных ранах . Сущность его сводится к следующему : возникшее у (грызунов и птиц) кровотечение при ранении довольно быстро останавливается вследствие выпадения плотного фибринозного сгустка . Последний, фиксируя микробные тела и другие инородные частицы , защищает рану от последующих загрязнений .Вскоре появляется небольшой травматический отек , к нему присоединяется фибринозное воспаление с минимальным выходом из сосудов серозного экссудата и большого количества фибриногенных продуктов , которые превращаются в нити фибринов. Они густо пронизывают мертвые ткани и вместе с ними образуют плотную эластическую массу . Последняя также защищает здоровые ткани от загрязнений и проникновения в них микроорганизмов. Затем в течении ближайших часов фибрины мертвой ткани подвергаются дегидротации . Высыхая, они превращаются в плотный фибрино- тканевой струп , который как « биологическая пробка» , надежно защищает рану от различных вредоносных воздействий . Попавшие в нее при ранении микроорганизмы фиксируются фибрином , а затем вместе с ним и мертвым субстратом мумифицируются . Это обеспечивает ране наиболее благоприятные условия заживления , защищая ее от загрязнения . По мере формирования фибрино-тканевого струпа в реактивной зоне, граничащей с ней , образуется клеточковый инфильтрат и развивается гнойно-демаркационное воспаление в виде узкой полосы , где развивается гнойно-ферметативный процесс и фагоцитоз , в результате чего фибрино- тканевой струп секвестрируется . Данный процесс более выражен в начале в глубоких частях фибрино-тканевого струпа , затем секвестрация распространяется к поверхностным его частям . Процесс секвестрации сопровождается формированием грануляционного барьера с последующим напластыванием грануляции , которая постепенно, заполняют раневой дефект , подталкивая секвестрирующийся струп . Возможно отторжение фибрино тканевого струпа наоборот – с периферии в глубину раны . Этот вариант менее совершенен , так как в местах периферического отторжения возможно инфицирование раны . Заживление ран по первичному натяжению . Первичное натяжение возможно при асептических операционных ранах , свободных от инфекции , и инородных тел , а также после хирургической обработки свежих и огнестрельных ран, при условии тщательной остановки кровотечения , наличия жизнеспособных краев раны , наложении на них глухих швов, при правильной коаптации , без значительного натяжения тканей . Такой вид заживления наиболее совершенен , т.к. завершается в короткие сроки ( 5 – 7 дней ). Сущность первичного заживления ран сводится к следующему: После наложения швов узкая раневая щель заполняется небольшим количеством крови серофибринозным экссудатом . Через несколько минут кровь свертывается , фибриноген экссудата выпадает в виде фибринозной сети . Противоположные стенки и края раны соединяются первичной фибринозной спайкой . В этой спайке в течение первых суток на фоне слабовыраженного серофибринозного воспаления накапливается большое количество вазогенных гистиоцитарных клеток , происходит легкое покисление раневой среды , возникает протеолиз и фагоцитоз . Небольшое количество мертвых тканей лизируется , оказавшиеся в ране отдельные микробные клетки фагоцитируются . Одновременно с этим эндотелий капилляров набухает и вследствие разности потенциалов и понижения поверхностного натяжения начинает врастать в фибринозную спайку. Энодотелиальные выросты воссоединяются с такими же у противоположной стороны . Вскоре происходит их канализация – формирование капилляров , по которым начинает циркулировать кровь . Вокруг каждого из них концетрируются лейкоциты , полибласты , макрофаги , происходит трансформация макрофагов и других клеток в фибробласты . Частично трансформируются и лейкоциты . Сегментоядерные лейкоциты , выделяя протолитические ферменты , способствуют лизированию фибрина и оказавшихся в ране микробов . В результате указанных процессов к третьему- четвертому дню формируется вторичное сосудистая спайка раны. При этом клетки , трансформировавшиеся в фибробласты , вытягиваются в длину и складываясь в правильные ряды, формируют волокнистую соединительную ткань ; оставшийся фибрин превращается в каллогеновые волокна . Благодаря этому к 4—5 дню образуется третьичная соединительнотканая спайка раны . Мальпигиевый слой кожного края освобождается от эпидермиса , его клетки набухают , вытягиваются, подвергаются делению и наползают на формирующуюся молодую соединительнотканную спайку раны . Воспалительная реакция при этом снижается , нормализуется рН . На этом фоне происходит дегидратация коллагеновых и эластических волокон соединительнотканной спайки раны ; Волокна укорачиваются и становятся тоньше , но прочнее . Так протекает рубцевание спайки . Под влиянием этого процесса в зоне формирующегося рубца капилляры сдавливаются и постепенно облитерируются . Рубец постепенно бледнеет и подвергается перестройке (разрыхлению в периферических и упрочению в центральной его части). Ширина его уменьшается , а прочность его достигает максимума . Процесс перестройки протекает длительно, около года . Рубец со временем становится едва заметным и не препятствует функции.
Нервные элементы в формирующемся рубце обнаруживаются в ранние сроки. Заживление по вторичному натяжению . Этот вид заживления наблюдается при случайных , операционных инфецированных и огнестрельных ранах . Характерной особенностью такого заживления является двухфазность , нагноение, заполнение раны грануляциями и покрытие их эпителием . В связи с этой особенностью раны заживают более длительно : от 3-4 недель до 1.5 -2 и более , что связанно со степенью повреждения , топографическим расположением , а также морфо- функциональной особенностью поврежденных тканей и органов . Процесс заживления по вторичному заживлению начинается с момента остановки кровотечения , однако клинико-морфологически регеративные процессы выявляются лишь в конце первой фазы по мере биологического очищения раны от мертвых тканей , инородных предметов , нейтрализации или подавления микробов. Клинико-морфологические изменения в фазе гидротации раневого процесса . Через 3-4 часа после ранения в зоне раны постепенно нарастает воспалительный отек , ее полость заполняется сгустками крови и содержит больше или меньшее количество мертвых тканей . У рогатого скота и свиней вместе с этим происходит экссудация фибриногена и превращение его в фиброзный сгусток , заполняющий рану и пронизывающий зону мертвых тканей . К концу вторых суток у рогатого скота и свиней формируется фибринотканевая масса , заполняющая рану и развивается гнойно- демаркационное воспаление , протеолиз и секвестрация мертвых тканей и фибрина . У лошадей и собак мертвые ткани лизируются , развивается фагоцитоз , в ране появляется гной , повышается общая температура , учащается пульс и дыхание , у крупного рогатого скота температура может остаться в пределах выше верхней границы нормы ; пульс и дыхание учащены . У названных животных наблюдается увеличение в крови сегментоядерных лейкоцитов со сдвигом влево . Чем больше в ране мертвых тканей , тем тяжелее и интенсивнее гнойное воспаление . Нередко оно приобретает гиперергических характер. При этом значительно возрастает общая температура, частота пульса и дыхания, прогрессирует отек и клеточная инфильтрация, припухлость в зоне раны становится плотной , очень болезненной, нарастает угнетение, рана переполняется гноем, развиваются признаки гнойно- резорбтивной лихорадки . Создаются условия для развития раневой инфекции . При благоприятном течении на 3—5 сутки раневой процесс постепенно переходит в период гранулирования . При этом в местах гнойно- ферментативного освобождения от мертвых тканей , а у рогатого скота и свиней между секвестрируемой мертвой и здоровой тканью формируются грануляции . По мере очищения тканей от мертвых тканей и формирования грануляций уменьшается нагноение , стихает воспалительная реакция , в местах полного отторжения мертвых тканей рана покрывается раневым секретом . В отличие от гнойного экссудата раневой секрет представляет собой мутноватую жидкость соломенного цвета, тягучей консистенции , содержащую трефоны , некрогормоны и другие физиологически активные и питательные вещества, а также относительно небольшое количества вазогенных , гистиоцитарных клеток и фибробластов. Подсыхая, оп превращается в корочки, под которыми протекает процесс гранулирования . Раневой секрет является необходимой средой , обеспечивающей формирование грануляций . Он стимулирует формирование первичных сосудистых дуг, пролиферацию клеточных элементов и фибробластиченский процесс . Как и при первичном натяжении , первыми регенерируют капилляры . Этому способствует кислая реакция раневой среды , отрицательный электропотенциал раневого секрета , а также стимулирующее влияние трефонов и некрогормонов . Набухание и почкование эндотелия способствует врастанию его в раневой секрет . Отрастающий эндотелиальный вырост , не встречаясь с таким же выростом противоположной стороны , загибается книзу и , сблизившись с другим образуют эндотелиальную петлю. Сформированные эндотелиальные петли , канализируясь, превращаются в капиллярные петли , в которых начинает циркулировать кровь. Параллельно с этим вокруг капиллярных петель концентрируются лейкоциты , полибласты , макрофаги , фибробласты , которые превращаются в волокнистую соединительную ткань . Так формируются гранулы , в основе которых залегают капиллярные петли окутанные волокнистой соединительной тканью. В результате этого поверхность нормальной грануляционной ткани оказывается мелкозернистой. Сформированная и беспорядочно расположена в грануляциях сеть капилляров постепенно превращается в параллельно расположенные сосуды , идущие к поверхности грануляции и венулы , направляющиеся от гранулирующей поверхности вглубь . При благоприятном течении резаные раны , имеющие небольшое количество мертвых тканей , покрываются грануляциями на 4—5 день . Значительно позднее это происходит при ушибленных и огнестрельных ранах с обширной зоной нежизнеспособных тканей . В таких ранах гранулирующие участки перемежаются с некротическими , что задерживает гранулирование всей поверхности раны до полного ферментативного отторжения или расплавления их . Полное освобождение раны от мертвых тканей и сплошное покрытие ее грануляционной тканью указывает на завершение первой фазы раневого процесса и переход во вторую фазу – дегидротации , что при благоприятном течении происходит чаще через -2—3 недели . В фазе дегиротации на первый план выступает процесс гранулирования. Это протекает на фоне ослабления признаков воспаления , постепенного снижения кислой реакции среды к нейтральной а затем слабощелочной ( рН = 7.3—7,4 ) . Постепенно происходит формирование , затем созревание и рубцевание грануляционной ткани с частичным разрыхлением формирующегося рубца . Процесс гранулирования сводится к последовательному напластованию грануляционных слоев . При этом сформировавшийся поверхностный слой грануляции , будучи в состоянии умеренной гидротации оказывается покрыт гноем , а при полном очищении ткани от мертвых тканей раневым секретом – продуктом самих грануляций в глубже лежащих слоях, где последовательно понижается покисление раневой среды, протекают дегитратационные явления, способствующие созреванию грануляций и рубцеванию глубоких слоев . В процессе созревания коллагеновые эластические волокна , теряя часть воды за счет дегидратационных явлений , уплотняются, становятся тоньше и короче , прочнее . На такие грануляции начинают нарастать эпителий мальпигиева слоя эпидермиса или слизистых оболочек , а при повреждении полостей – клетки серозного покрова . В глубоких слоях грануляции дегидратационный процесс протекает более интенсивно, вследствие чего волокнистая структура этих слоев , принимая более правильное расположение , подвергается дальнейшему уплотнению, превращаясь в рубцевую ткань , что сопровождается накоплением в ней нейтральных мукополисахаридов . При этом каллогеновые и эластические волокна становятся очень тонкими прочными и укороченными . В результате чего происходит стягивание – концетрическое рубцевание ткани . Как только грануляционная ткань заполнит рану до уровня кожных краев , ее рост прекращается . На этом заканчивается период гранулирования и раневой процесс переходит в период эпидермизации и рубцевания в данном периоде процесс рубцевания постепенно распространяется на более поверхностные слои грануляций. Одновременно с этим в глубоком слое формирующегося рубца протекает процесс разрыхления и частичного рассасывания его , тогда как созревший поверхностный слой грануляций подвергается эпителизации . Нарастание эпителия возможно только на созревшей грануляции . Эпителий не нарастает на гидремичные , воспаленные и на перезревшие – рубцово- перерожденные грануляции . Раннее рубцевание , до заполнения раны грануляциями , затормаживает их формирование и вследствие компрессионного воздействия на кровеносные сосуды и резкого снижения кровообращения поверхностных слоев грануляций может приводить к полному прекращению этого процесса и эпителизации . Нормальные грануляции характеризуются мелкой зернистостью ( с просяное зерно или несколько большей величины), они плотные, некровоточивые, розового или ярко-розового цвета, выделяют небольшое количество раневого секрета . Такие грануляции формируются только при нормально протекающем вторичном заживлении ран . Через них не проникают микробы и резко снижается всасывание токсинов и продуктов тканевого распада . Здоровые грануляции , будучи провизорной кожей , заполняя раневой дефект, служат надежным барьером для инфекции , фагируют микробов и стимулируют процесс эпителизации . Патологические грануляции . Часто встречаются гидрамичные грануляции , они крупнозернистые, ярко-красные , мягкие , легко кровоточивые либо дряблые , грязно-бурые, с признаками некроза или слизисто-водянистые . Все это указывает на повышенную гидромичность их . Возникают они в результате механического, химического раздражения раны .. Такие грануляции не выполняют барьерной и фагоцитарной функции , на них не нарастает эпителий Атоничные грануляции возникают в результате недостаточного кровоснабжения вследствие трофических нарушений или резко выраженной дегидратации и раннего рубцевания глубоких слоев грануляций. Все виды атоничных грануляций характеризуются отсутствием зетнистости, бледностью, малым или полным прекращением выделения раневого секрета, слабовыраженной регенерацией или отсутствием ее . Такие грануляции характерны для длительно незаживающих ран и язв . Процесс эпителизации ран обычно начинается с 3-5 дня . Эпителиальные клетки утрачивают дифференцировку и начинают перемещаться на созревший слой грануляции – отрицательно зараженные эпителиальные клетки мальпигиевого слоя амебовидно передвигаются на положительно зараженный созревший слой грануляций . Клинически проявляется на 5-7 день в виде эпителиального ободка беловато-перламутрового или розовато-фиолетового цвета . Наползающий на грануляции эпителиальный валик на срезе имеет вид многослойного клина или булавовидного утолщения, состоящего из многослойного эпителия , представленного крупными клетками базального слоя . По мере митотического деления недифференцированных эпителиальных клеток рост эпиелия все более увеличивается и достигает оптимума , когда грануляции достигают уровня кожных краев раны или чуть ниже их. Если грануляции разрастаясь оказываются выше кожных краев эпителизация замедляется или прекращается . Учитывая клинические особенности эпителизации во второй фазе , выделяют два варианта заживления ран : 1) концентрического рубцевания и 2) плоскостной эпителизации . Концентрическое рубцевание наблюдается при глубоких ранах с более или менее значительным зиянием . Сущность :связана с процессом рубцевания , протекающим в глубоких слоях грануляций , где коллагеновые и эластические волокна, сокращаясь по всему периметру раны , концентрически стягивают рану, уменьшая зияние и глубину раны. Одновременно с этим происходит созревание вновь образовавшихся грануляций , на который нарастает узкий слой эпителиального валика. Так последовательно , слой за слоем идёт процесс концентрического рубцевания новых созревших слоёв на которые предварительно наползает эпителий. При этом ранее образовавшийся эпителиальный валик превращается в зрелый эпидермис. Концетрическое рубцевание ран завершается формированием ограниченного , подвижного рубца , так как при этом происходит рассасывание и разрыхление рубцовой ткани в периферических , наиболее ранних слоях . Плоскостная эпителизация наблюдается при поверхностных ранах с большой утратой кожного покрова . В данных случаях грануляции достигают уровня кожных краев в короткие сроки и созревают на значительном протяжении . Это стимулирует рост эпителиального валика . Однако при обширных кожных дефектах эпителизация не успевает покрыть грануляции до их рубцевания , вследствие чего эпителизация прекращается и рана не заживает. Заживление под струпом . Под струпом заживают раны у грызунов и птиц ; у крупного рогатого скота, лошадей , собак и других животных – только поверхностные раны , ссадины , царапины. Струп формируется за счет сгустков крови, фибринозного экссудата и мертвых тканей . Если в ране мало мертвых тканей, нет инородных тел и не развивается гнойный процесс то заживление протекает асептично . В связи с этим указанный вид заживления приближается к первичному натяжению . В случае развития гнойного струп частично или полностью отторгается и рана заживает по вторичному заживлению , либо , как у рогатого скота формируется вторичный струп под которым и заканчивается заживление . Образование струна можно вызвать искусственно : концентрированным раствором перманганата калия , раскаленным железом и другими способами , вызывающими коагуляцию тканевого белка.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ : Москва «КОЛОС» 1981 М.В. Плохотин. ОБЩАЯ ВЕТЕРИНАРНАЯ ХИРУРГИЯ. Государственное издательство сельскохозяйственной литературы 1949 М.Б. Оливков. ОБЩАЯ ХИРУРГИЯ. Москва «КОЛОС» 1977 М.В.Плохотин. Справочник по ветеринарной хирургии.
Реферат на тему: Биореакторы (ферментаторы)
Белорусский Государственный Университет Биологический факультет
Биореакторы
Реферат
студента 2-го курса Бабицкого Мирослава
Минск 2003 г.
Биореакторы (ферментаторы) составляют основу биотехнологического производства. Масса аппаратов, используемых, например, в микробной биотехнологии, различна, и требования здесь определяются большей частью экономическими соображениями. Применительно к ферментаторам различают следующие типы их: лабораторные емкостью 0,5—100 л, пилотные емкостью 100л—10 м3, промышленные емкостью 10—100 м3 и более. При масштабировании добиваются соответствия важнейших характеристик процесса, а не сохранения принципа конструкции. Применяемое в биотехнологии оборудование должно вносить определенную долю эстетичности в интерьер цеха или отделения ("ласкать глаз"). В ходе его эксплуатации и вне ее оборудование должно быть легко доступным, содержащимся и функционирующим в определенных рамках требований гигиены и санитарии. В случае замены каких-либо частей или деталей в аппарате, смазки и чистки узлов при текущем ремонте, и т. д., загрязнения не должны попадать внутрь биореакторов, в материальные поточные коммуникационные линии, в конечные продукты. Техническую вооруженность биотехнологических процессов целесообразно условно ограничить аппаратурным оформлением производств, базирующихся на культивировании: 1) бактерий и грибов, 2) клеток и тканей растений, 3) клеток и тканей животных организмов и человека. Такое подразделение обусловлено тем, что бактерии и грибы в большинстве своем выращивают в однотипных биореакторах, имеющих почти однотипную обвязку, в которую входят: ферментатор, многокорпусный вентиль стерильный (для подачи питательной среды, посевного материала, подпитки и пр.), системы регулирования рН, 1°, подачи иеногасителя, система контроля расхода воздуха, пробоотборник, электродвигатель. Растительные клетки, имеющие клеточную стенку (также как бактерии и грибы) растут, размножаются и развиваются значительно дольше, чем большинство бактерий и грибов, а это вносит определенные коррективы в аппаратурное оформление соответствующих биотехнологических процессов. Культуры клеток животных и человека, не имеющие клеточных стенок, являются более ранимыми и требовательными к условиям своего существования, чем клетки других эукариот и прокариот. Поэтому оборудование для них можно отнести к разряду "тихоходного", обеспечивающего нежное обращение с биообъектами. Несомненно, в отдельных случаях допустимы исключения, например, когда возможно культивирование в глубинных условиях некоторых растительных клеток (суспензионная культура женьшеня), используя ферментационное оборудование, рассчитанное на выращивание, например, бактерий или грибов. К. Шюгерль в 1982 г. предложил подразделить биореакторы на 3 основные группы согласно способу потребления энергии для перемешивания и диспергирования г стерильного воздуха (газа): - в биореакторах I типа энергия расходуется на механическое движение внутренних устройств; - в биореакторах II типа энергия расходуется на работу внешнего насоса, обеспечивающего рециркуляцию жидкости и/или газа; - в биореакторах III типа энергия расходуется на сжатие и подачу газа в культуралъную жидкость.
Биореакторы для аэробных процессов: с расходом энергии на механическое движение внутренних устройств а — 1, 2. 3; с расходом энергии на работу насоса, обеспечивающего рециркуляцию культуральной жидкости б — 4; с расходом энергии на сжатие и подачу газовой фазы в — 5 (г — газ. ж — жидкая фаза, д — двигатель).
Человек с древнейших времен эмпирически применял дрожжевые организмы в примитивных по аппаратурному оформлению биотехнологических процессах (хлебопечение, виноделие и пр.). Развитие промышленности антибиотиков продвинуло далеко вперед проблему создания специальной аппаратуры для культивирования микробов — продуцентов БАВ (аминокислот, антибиотиков, полисахаридов, витаминов, ферментов и других соединений). Были предложены различного типа биореакторы для выращивания микроорганизмов, однако все конструкции ферментаторов (ферментеров) оставались в основном сходными по большинству параметров и, усредненно, их можно подразделить на 2 типа: без подводки стерильного воздуха (для анаэробов) и с подводкой его (для аэробов). Аэрируемые биореакторы могут быть с мешалками и без них.
Ферментатор периодического действия (1 — турбинная трсхярусная мешалка, 2 — охлаждающий змеевик. 3 — секционная рубашка. 4 — отражательная перегородка. 5 - барботер. П-пар); I—XI — материальные и вспомогательные трубопроводы с запорно-регулирующими устройствами (I — посевная линия. I —подача стерильного сжатого воздуха. III — подача пара, IV — удаление отработанного воздуха. V — загрузочная линия, VI — линия введения добавок, VII подача пеногаситсля, VIII — подача моющего раствора. IX — пробоотборник. X -выдача продукта, XI — выдача в канализацию через нижний спуск).
В последние годы апробированы мембранные биореакторы, биореакторы с полыми волокнами и некоторые другие. При расчете и конструировании биореакторов необходимо учитывать время протекания различных биологических процессов у представителей различных групп организмов.
Некоторые технические характеристики промышленного биореактора в сравнении с пилотным и лабораторным приведены в таблице:
|Характеристика |Показатели для аппаратов | | |промышленного на |пилотного на 150 |лабораторного на | | |100 м3 |л |10 л | |Внутренний |3600 |420 | | |диаметр, мм | | | | |Высота, мм |15715 |1140 | | |Рабочий объем, л |1 |100 |2-6 | |Диаметр турбин, |900 |140 | | |мм | | | | |Число турбин |1-2 (диаметр |3 |2 | | |рабочего колеса | | | | |960 мм) | | | |Число отбойников |4 |4 |± | |Частота вращения |173 |125-990 |200-1500 | |вала мешалки, | | | | |об/мин | | | | |Мощность | | | | |электродвигателя | | | | |мешалки, кВт |160 |2,2 |Не более 2 | |Мощность | | | | |электродвигателя | | | | |пеногасителя, кВт|4 |0,73 | | |Максимальное | | | | |количество | | | | |отработанного | | | | |пеногасителем | | | | |газа. | | | | |м3/мин |100-110 |0,3 | | |Частота вращения | | | | |вала | | | | |пеногасителя. |725 |3000 | | |об/мин | | | |
Размеры ферментаторов определяются соотношением внешнего диаметра к высоте, который варьирует обычно в пределах от 1:2 до 1:6. Почти универсальными и чаще используемыми являются ферментаторы для анаэробных и аэробных процессов. Эти ферментаторы в свою очередь классифицируют по способу ввода в аппарат энергии для перемешивания газовой фазой (ФГ), жидкой фазой (ФЖ), газовой и жидкой фазами (ФЖГ). |Ферментаторы |Характеристика конструкции |Тип аппарата | | |аппарата | | |ФГ с подводом|Простота конструктивного |Барботажный. | |энергии |осрормления и высокая надежность в|барботажно-эрлифтный. | |газовой фазой|связи с отсутствием движущихся |колоночный (колонный), | | |узлов и деталей |форсуночный | |ФЖ с подводом|Обычно энергия передастся жидкой |Эжекционный. с | |энергии |фазе самовсасынающсй мешалкой или |циркуляционным | |жидкой фазой |насосом |контуром, с нсасывающей| | | |мешалкой | |ФЖГ |Основным конструктивным элементом |Барботажный с | |(комбинирован|является перемешивающее |механическим | |ные) |устройство, обеспечивающее высокую|перемешиванием | | |интенсивность растворения | | | |кислорода и высокую степень | | | |диспергирования газа. В то же | | | |время энергия газовой фазой | | | |выводится обычным способом | |
С использованием указанных выше классификаций удается разработать единые методы инженерных расчетов основных конструктивных элементов и режимов работы ферментаторов. Ферментаторы указанных трех групп имеют большое количество общих элементов. Различие же состоит в конструкциях аэрирующих и перемешивающих устройств. Примером конструктивного оформления ферментатора группы ФГ может быть аппарат с эрлифтом вместимостью 63 м3. В аппарате отсутствует механическое перемешивание, поэтому проще поддерживать асептические условия. Воздух для аэрации среды подастся по трубе, расположенной вертикально в ферментаторе. Аэратор, конструкция которого обеспечивает вихревое движение выходящего воздуха, расположен в нижней части диффузора и насыщает питательную среду воздухом. Газожидкостная смесь поднимается по диффузору и перемешивается через его верхние края. В этой же зоне часть воздуха уходит из аппарата, и более плотная среда опускается вниз в кольцевом пространстве между корпусом ферментатора и диффузором. Так происходит многократная циркуляция среды в ферментаторе. Для отвода биологического тепла внутри ферментатора установлен змеевик, а также аппарат снабжен секционной рубашкой. Недостатком этих аппаратов является низкая интенсивность массообмсна по кислороду. Известны ферментаторы этого типа объемом 25, 49, 63 и 200м3.
Ферментатор с эрлифтом: 1 — штуцер для слива, 2 — аэратор, 3 — змеевик, 4 — штуцер для загрузки. 5 — люк, 6 — корпус аппарата, 7 — диффузор, 8 — рубашка, 9 — труба передавливания.
Широкое распространение в производстве кормового белка получили ферментаторы с самовсасывающими мешалками (рис. 91). Это ферментаторы из группы ФЖ. Для выращивания чистой культуры дрожжей созданы ферментаторы вместимостью 0.32, 3.2 и 50 м3. Ферментатор представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат, снабженный циркуляционными, теплообменными и аэрирующими устройствами. В качестве циркуляционных устройств использованы системы направляющих диффузоров, разграничивающих восходящие и нисходящие потоки. Теплообменные устройства выполнены в виде трубок, установленных в трубных решетках диффузоров.
Ферментатор с самовсасывающей мешалкой непрерывного действия: 1 — корпус, 2 — диффузор, 3 — самовсасывающая мешалка. 4 — теплообменник, 5 — фильтр.
На предприятиях микробиологической промышленности при выращивании дрожжей в средах с жидкими парафинами также применяют ферментаторы с самовсасывающими мешалками непрерывного действия. Емкость его 800 м3 (рабочий объем 320 м3) разделена на 12 секций. Ферментационная среда последовательно проходит все секции, и из последней выходит культуралъпая жидкость с минимальным содержанием н-парафинов и максимальной концентрацией биомассы. В каждой секции установлено перемешивающее и аэрирующее устройство и змеевики для отвода тепла. Ферментаторы периодического действия из групп ФЖГ применяют с 1944 г. в промышленности для получения антибиотиков, витаминов и других биологически активных веществ (см. рис. 88). Его конструкция обеспечивает стерильность ферментации в течение длительного времени (нескольких суток) при оптимальных условиях для роста и жизнедеятельности продуцента. Ферментаторы такой конструкции изготавливают на 1,25; 2,0; 2,5; 3,2; 4,0; 5,0; 6,3; 10,0; 16,0; 20,0; 32,0; 50,0; 63,0; 100,0 и 160,0 м3. Как видно из рисунка, это цилиндрический вертикальный аппарат со сферическим днищем, снабженный аэрирующим, перемешивающим и теплопередающим устройствами. Воздух для аэрации поступает в ферментатор через барботер, установленный под нижним ярусом мешалки. С точки зрения эффективности диспергирования воздуха конструкция барботера принципиальной роли не играет при наличии мешалки, однако, с точки зрения эксплуатации, наиболее удобным является квадратный барботер, который получил наибольшее распространение. Отверстия в барботере направлены вниз, во избежание засорения биообъектами. Общая площадь отверстий должна быть на 25% больше площади поперечного сечения трубопровода, подводящего воздух. Барботер по своим размерам должен соответствовать диаметру мешалки, чтобы выходящий из него воздух попадал в зону ее действия. Эффективность работы ферментатора определяется прежде всего необходимой интенсивностью перемешивания. Перемешивающие устройства служат для сохранения равномерного температурного поля по всему объему аппарата, своевременного подвода продуктов питания к клеткам и отвода от них продуктов метаболизма, а также интенсификации массопередачи кислорода. Для создания в ферментаторе условий "полного отражения", во избежание образования вращательного контура, который резко снижает интенсивность перемешивания, в аппарате устанавливают отражательные перегородки (отбойники). Ширина их составляет (0,1—0,12) dM. Обычно рекомендуют устанавливать 4 отражательных перегородки, несколько отступая от стенок ферментатора. Важным элементом в конструкции ферментатора являются теплообменные устройства. Применение высокопродуктивных штаммов биообъектов, концентрированных питательных сред, высокий удельный расход мощности на перемешивание — все эти факторы сказываются на существенном возрастании тепловыделений, и для отвода тепла в ферментаторе устанавливают наружные и внутренние теплообменные устройства. Промышленные ферментаторы, как правило, имеют секционные рубашки, а внутри аппарата — четыре змеевика. Разработчики аппаратуры в нашей стране и за рубежом постоянно совершенствуют конструкции биореакторов. Так, например, фирма New Brunswick Scientific Co., Inc. (США) предложила следующие типы ферментаторов: Био-Фло III — для периодического и непрерывного культивирования микробных, животных и растительных клеток, совмещенный с микропроцессором и персональным компьютером; Микрос I — для культивирования микроорганизмов (совмещен с микропроцессором) и промышленные ферментаторы емкостью от 40 до 4000 литров и более (совмещены с микропроцессорами). В Датской мультинациональной компании Gist-Brocades в 1987 г. сконструирован и изготовлен самый большой промышленный ферментатор для производства пенициллина (200 м3).
| |