CC BY
20
О Р И Г И Н АЛ Ь Н Ы Е С Т АТ Ь И
ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В РАЗРАБОТКЕ ПРОТЕЗОВ БРЮШНОЙ СТЕНКИ
Калантаров Т.К., Доманин А.А., Медведев А.Ю., Чарыев Ю.О., УДК: 617.55-089.844:681.3
Бабаян К.В., Павлов Ю.В., Хохлов А.Н.
Тверская медицинская государственная академия, г. Тверь
Резюме
Приводятся результаты экспериментального исследования политетрафторэти-ленового протеза брюшной стенки с заданными свойствами.
Ключевые слова: брюшная стенка, политетрафторэтиленовый протез, эксперимент.
THE APPLICATION OF MODERN TECHNOLOGIES IN THE DEVELOPMENT OF ABDOMINAL GRAFTS
Kalantarov T.K., Domanin A.A., Medvedev A.Yu., Charyev Yu.O., Babayan K.V., Pavlov Yu.V., Khokhlov A.N.
Приводятся результаты экспериментального исследования политетрафторэти-ленового протеза брюшной стенки с заданными свойствами.
Ключевые слова: брюшная стенка, политетрафторэтиленовый протез, эксперимент.
Разработка современных полимерных протезов для укрепления передней брюшной стенки привела к значительному увеличению числа операций с применением этого вида эксплантантов [6, 13, 16]. Ненатяжные технологии позволяют уменьшить частоту рецидива заболевания и других негативных последствий герниопла-стики [2, 4, 10]. В то же время применяемые полимерные материалы имеют определенные недостатки. В частности, полипропиленовые (ПП) сетчатые протезы подвержены контракции [14, 17, 18], избыточная жесткость монолистов способствует длительному послеоперационному болевому синдрому [8, 14], «штепсельные» конструкции склонны к миграции [7, 12]. Соприкосновение ниток полипропиленовых эксплантантов с петлями кишечника сопровождается развитием массивного рубцового процесса, приводящего к кишечной непроходимости [5, 11, 15], а иногда и к формированию пролежней с образованием свищей. Политетрафторэтиленовые (ПТФЭ) пленки более инертны, чем полипропиленовые плетеные конструкции, обладают меньшей жесткостью и большей растяжимостью [1]. Тканевая реакция на импланты из политетрафторэтилена менее выражена, что приводит к инкапсуляции протеза [2], не обеспечивающего его достаточной интеграции в тканях передней брюшной стенки реципиента.
Таким образом, наиболее распространенные в мире полимерные эксплантаты имеют ряд совершенно определенных качеств, ликвидация которых позволит снизить частоту негативных последствий протезирования брюшной стенки.
Целью работы явилось изучение возможностей создания политетрафторэтиленового протеза с заданными свойствами - низкий ранг воспалительной реакции, оптимальная интеграция в переднюю брюшную стенку реципиента и высокое сродство физических свойств импланта к протезируемым тканям.
Материалы и методы
Дизайн исследования: экспериментальное, нерандомизированное, проспективное. Проведение опытов одобрено этической комиссией Тверской ГМА (заседание № 2 от 13.02.2008 г.). Исследование проведено совместно с НПО «Экофлон» (191040, Россия, г. С.-Петербург, ул. Коломенская, д. 4А).
Экспериментальная часть работы включала в себя имплантацию трех типов полимерных эндопротезов в переднюю брюшную стенку 75 белым крысам линии «Ви-стар» с последующим забором материала на двадцатые и сто двадцатые сутки после операции.
В качестве базовой модели выбрана стандартная политетрафторэтиленовая бикомпонентная пленка из семи слоев (ПТФЭ-1) (рис. 1, 2). Средний непористый слой представлен сополимером, который обеспечивает ей жесткость и прочность. Шесть слоев пленки, покрывающие средний пласт, имеют микроперфорации диаметром 5-50 мкм. В полотне эксплантата сформированы сквозные макроперфорации диаметром 2,6 мм. Площадь макроперфораций - 21% отверстий на 1 см2 поверхности. Толщина полимерного импланта равна 400 мкм. Растяжимость при разрыве не более 10%.
Физические свойств фасциально-апоневротических структур передней брюшной стенки изучены на 130 препаратах передних и задних листков влагалищ прямых мышц живота, извлеченных у 85 нефиксированных трупов людей обоего пола, умерших от различных причин. Размеры образцов составляли не менее 3x4 см (12 см2).
Относительное удлинение в момент разрыва и толщина образцов изучались на разрывной машине «Ninius olsen» H5KS Serial № H5KS1777 в стандартном режиме.
Результаты
Исследование физических свойств передних и задних листков прямых мышц живота показало, что ва-
риабельность их толщины в большей степени зависит от локализации образца, чем от пола и возраста людей (рис. 3). При этом диапазон разброса составляет от 400 до 1200 мкм.
Следовательно, толщина выбранного базового протеза соответствует минимальной толщине протезируемой структуры.
Разброс относительного удлинения листков влагалищ прямых мышц живота оказался значительным - от 10% до 70%, что позволяет говорить о способности этой ткани значительно деформироваться (рис. 4). Средняя растяжимость образцов составила 30%.
Таким образом, взятый для изучения образец полимера не обладает достаточной степенью растяжимости по сравнению с протезируемой тканью.
Морфологическое изучение участков передней брюшной стенки экспериментальных животных вместе с имплантированными в них протезами ПТФЭ-1 показало, что на двадцатые сутки вокруг полимерных полотен формируется тонкая рубцовая капсула с включениями гигантских клеток. Фибробласты проникают только в наружный слой имплантов по микроперфорациям. В лабиринтные ходы врастает нежная рубцовая ткань, там же встречаются единичные макрофаги и гигантские многоядерные клетки. Неоангиогенеза внутри пленок нет (рис. 5). Толщина рубцовой капсулы составляет 168,5±29,5 мкм (п=25).
На сто двадцатые сутки в зоне имплантации ПТФЭ-1 вокруг пленок формируется прочная рубцовая капсула с единичными гигантскими клетками инородных тел. Фибробласты проникают преимущественно в поверхностные слои полимеров. При этом необходимо отметить тот важный факт, что даже в отдаленные сроки нет проникновения фибробластов в средний непористый слой имплантов и неоангиогенеза внутри пленок (рис. 6). Толщина соединительнотканной капсулы составляет 170,4±30,1 мкм (п=25).
Таким образом, фиксация ПТФЭ-1 в тканях происходит в большей степени за счет инкапсуляции с врастанием ее элементов в макроперфорационные отверстия. При этом на сто двадцатые сутки в рубцовой капсуле обнаруживаются гигантские клетки инородных тел, свидетельствующие о сохраняющейся воспалительной реакции.
Предположено, что увеличение числа макроперфораций будет способствовать снижению активности воспалительной реакции, лучшей интеграции эксплантата в тканях и увеличению его растяжимости.
Создан новый образец экспланта - ПТФЭ-1к - экспериментальная политетрафторэтиленовая бикомпо-нентная семислойная пористая перфорированная пленка с комбинированными макроперфорациями 2,6 и 5,0 мм, площадь которых составляет 48,5% на 1 см2 материала (рис. 7). Растяжимость импланта 15%.
Изучение гистологических препаратов брюшной стенки крыс с эксплантатом показало, что на двадцатые
сутки вокруг ПТФЭ-1к формируется соединительнотканная капсула, в которой присутствуют гигантские клетки инородных тел. Фибробласты проникают в наружные слои пленок по микроперфорациям. В макроперфорации врастает рубцовая ткань. Проникновения фибробластов в средний непористый слой и васкуляризации в толще пленок нет (рис. 8). Толщина рубцовой капсулы составляет 177,1±43,2 мкм (п=25).
На сто двадцатые сутки после имплантации пленок вокруг имплантов определяется тонкая рубцовая капсула с отдельными многоядерными клетками. Фибробласты проникают в толщу пленок по микроперфорациям. Единичные -вплоть до среднего непористого слоя. Нет прорастания соединительной ткани в средний слой пленки (рис. 9). Толщина капсулы вокруг пленок составляет 179,6±41,3 мкм (п=25) .
Таким образом, проведенное исследование показало, что только за счет увеличения пористости протеза путем увеличения диаметра макроперфораций удается добиться лишь незначительного улучшения интеграции полимерного полотна в ткани передней брюшной стенки реципиента. В то же время растяжимость изменилась незначительно, а воспалительная реакция сохраняется в отдаленные сроки после имплантации.
Сформулирована гипотеза - удаление среднего непористого слоя и увеличение диаметра микроперфораций позволит увеличить растяжимость полотна протеза, а так же создаст возможность для улучшения миграции фибробластов в глубокие слои пленок.
Был разработан новый имплант ПТФЭ-2, для оптимизации структуры которого применены нанотехно-логические приемы (рис. 10). Полотно сформировано из шести слоев одинаковых пленок общей толщиной 400 мкм с комбинированными макроперфорациями диаметром 1,6 и 2,6 мм (29% на 1 см2 материала) и увеличенными размерами макроперфораций, достаточных для проникновения сквозь них клеточных элементов. Это позволило снизить эффект инкапсуляции. Растяжимость пленки около 30%.
Изучение препаратов передней брюшной стенки крыс с эксплантатом ПТФЭ-2 показало, что на двадцатые сутки вокруг пленок формируется тонкая капсула с единичными гигантскими клетками. Фибробласты проникают в поверхностные слои имплантантов. Васкуляризации в толще пленок не наблюдается (рис. 11). Толщина соединительнотканной капсулы вокруг имплантов составляет 142,3±38,9 мкм (п=25).
На сто двадцатые сутки после имплантации ПТФЭ-2 фибробласты полностью заполняют поверхностные слои эксплантатов с обеих сторон. Отмечается проникновение единичных фибробластов на всю толщу пленок с образованием коллагена, волокна которого располагаются перпендикулярно по отношению к волокнам капсулы, окружающей полотно имплантата. Вокруг пленок формируется тонкий рубец без признаков хронического воспаления (рис. 12). В толще протезов начинается процесс
васкуляризации, появляется эндотелий. Толщина рубцовой капсулы вокруг имплантов составляет 140,0±41,1 мкм (п=25).
Таким образом, создание конструкции из однородных пленок, в которых диаметр лабиринтных ходов сопоставим с размерами макрофагов и фибробластов, что позволяет улучшить интеграцию политетрафторэ-тиленового полимера в тканях реципиента.
Обсуждение
Проведенное исследование показало, что наличие среднего непористого слоя, обеспечивающего жесткость конструкции, снижает возможность миграции клеточных элементов в ПТФЭ полотне, что негативно сказывается на интеграции эксплантанта в тканях передней брюшной стенки реципиента.
Улучшение интеграции ПТФЭ полимера в тканях может быть выполнено с помощью нанотехнологических приемов, позволяющих оптимизировать структуру полимера. В частности создание в полотне эксплантата микроперфораций, с определенным диаметром лабиринтных ходов, позволяет моделировать его проницаемость для клеток плазмы крови. Таким же образом изменение структуры полимера на уровне наноперфораций влияет на его относительное удлинение.
Следовательно, имеется реальная возможность прогнозирования поведения ПТФЭ протезов в организме реципиента на основании изучения влияния физических свойств полимера на реакцию тканей организма, что в свою очередь решает вопрос о формулировании практического задания для технологов производства.
Контактная информация
Калантаров Т.К.
Тверская государственная медицинская академия 170100, г. Тверь, ул. Советская, д. 4
