CC BY
24
УДК 616-089.84:53
В. В. ИВЛЕВ
ПРОБЛЕМА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ХИРУРГИЧЕСКОГО ШОВНОГО МАТЕРИАЛА: ОТ НАНО- ДО МАКРОУРОВНЯ
Оренбургский государственный медицинский университет V. V. IVLEV
PROBLEM OF PHYSICOMECHANICAL PROPERTIES OF SURGICAL SUTURE MATERIAL: FROM NANO — TO MACROLEVEL
Orenburg State Medical University
РЕЗЮМЕ.
В статье представлен материал о строении хирургических нитей, показана возможность изучения физико-механических свойств материала (прочность нити, надежность узла, прочность на разрыв в узле) от нано- до макроуровней, показано изменение физического свойства нитей при модификации шовного материала.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ШОВНЫЙ МАТЕРИАЛ, ФРИКЦИОННЫЕ КОНТАКТЫ, АТОМНО-СИЛОВАЯ МИКРОСКОПИЯ, РАСТРОВАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ МИКРОСКОПИЯ, КОНФОКАЛЬНАЯ ЛАЗЕРНАЯ СКАНИРУЮЩАЯ МИКРОСКОПИЯ, INSTRON 5882, ПОКАЗАТЕЛЬ ХЕРСТА.
SUMMARY.
The article presents the structure of surgical sutures, possibility of studying the physical and mechanical characteristics of the material (threat's strength, node's durability, tensile strength in the node) from nano — to macro level, it has been shown the change in the physical characteristics of the surgical threats in the modification of the suture.
KEY WORDS: SUTURE MATERIAL, FRICTIONAL CONTACTS, ATOMIC FORCE MICROSCOPY, SCANNING ELECTRON MICROSCOPY, CONFOCAL LASER SCANNING MICROSCOPY, INSTRON 5882, HURST EXPONENT.
При связывании нитей образуются так называемые фрикционные контакты. В процессе сложной операции выполняются сотни узлов, число которых возрастает при использовании наиболее распространенных синтетических монофиламентных нитей [8].
Мононити представляют собой в сечении однородную структуру с гладкой поверхностью. Такие нити отличаются отсутствием «эффекта пилы». Полифила-ментные нити в сечении состоят из множества нитей. Крученые нити изготавливаются путем скручивания нескольких филамент по оси; плетеные нити — путем плетения многих филамент по типу каната [3].
Ивлев Владислав Васильевич — ассистент кафедры оперативной хирургии и клинической аатомии им. С. С. Михайлова; тел. 89878432450; e-mail: [email protected]
В настоящее время наиболее распространены комплексные нити. Это плетеные нити, пропитанные или покрытые полимерным материалом. За счет полимерного покрытия снижается «эффект пилы» [3].
Еще в 1965 году определены одни из требований к шовному материалу, такие как прочность нити, надежность узла, прочность на разрыв в узле [1].
Однако при стерилизации шовного материла могут измениться его физико-механические свойства. Сополимеры гликолида и лактида, входящие в состав некоторых хирургических нитей, являются гидролитически нестабильными. Наличие влаги и высокая температура уменьшают время хранения биополимеров и изделий из них [14]. Высокая влажность влияет на температуру стеклования и молекулярную массу полимера, что может изменить физико-механические свойства полигликолидлактидной нити [4, 14].
Потеря прочностных свойств нити происходит при ее рассасывании. С позиции механики деформируемого твердого тела объект данного исследования может быть рассмотрен как конструктивный элемент, обладающий структурной неоднородностью, микроразрушению которого предшествует разрушение отдельных составляющих на мезо-, микро- и наноуровнях [3, 9, 12, 17].
Таким образом, знание механических свойств шовного материала не только на макроуровне, но и на более мелких уровнях крайне необходимо для построения многоуровневой (multi-scale) модели взаимодействия нити и мягких тканей при ушивании раны [3, 2, 13, 15].
При исследовании полимерных нитей также применяются методы наномеханики, такие как атомно-силовая микроскопия, растровая электронная микроскопия, конфокальная лазерная сканирующая микроскопия и флуоресцентная микроскопия, рентгеноспектральный микроанализ для изучения мельчайших деталей структуры при деградации [12, 11, 16, 10, 18, 16, 3].
С помощью универсальной испытательной машины Instron 5882 и видеоэкстензометра были исследованы механические характеристики нитей
производства компании «Джонсон и Джонсон»
[6]. Были получены следующие результаты: значение максимальной нагрузки для нитей марки «Vicryl» выше, чем у нитей марки «Safil» компании «Aesculap». Для нитей «Vicryl» характерны более высокие значения максимальной деформации [6].
Так же выявлен интересный факт: при наличии узла деформационные и прочностные свойства ухудшаются на 30%.
Был исследован так называемый модуль упругости шовного материала [1].
Данные указывают, что у нитей «Vicryl» и «Polysorb» он практически одинаков, а у нитей «Maxon» — меньше в 1,8 раза, что означает большую эластичность нитей «Maxon» [1].
Исследования показали, что наибольшей прочностью на разрыв обладает нить «Polysorb» (среднее разрывное усилие составляет около 14,7 кгс), несколько уступает по прочности нить «Maxon» (14,2 кгс). Наименьшая прочность на разрыв у нити «Vicryl» (11,2 кгс) [1].
Было замечено, что узлы способствуют консолидации волокон и предотвращению обрывов отдельных волокон до исчерпания прочности нити
[7]. Наличие узлов заметно повышает прочность шелковой нити, но прочность синтетической нити на основе лавсана несколько уменьшается [7].
При анализе оригинальных изображений нитей «Prolen» и «Vicryl» видно, что поверхности нитей сильно различаются, вследствии способа их изготовления [3]. Поверхность нити «Vicryl» более шероховатая, поскольку этот шовный материал является полифиламентным (т. е. плетеным из нескольких очень тонких нитей) [3].
Выделен так называемый показатель шероховатости (показатель Херста), для профилей нити «Prolen» в двух взаимно перпендикулярных направлениях равен 0,47 и 0,45; для профилей нити «Vicryl» — 0,65 и 0,651 соответственно [3].
Согласно растровой электронной микроскопии можно сказать о более шероховатом профиле нити «Vicryl» [3].
Нити должны обладать особым комплексом физико-механических (прочностных, деформационных и фрикционных) характеристик [7]. Эти характеристики являются управляемыми параметрами по отношению к выработанным практикой показателям качества: манипуляционным свойствам, определяющим удобство работы хирурга [7].
Весьма популярные в настоящее время синтетические монофиламентные нити являются гораздо более жесткими и для надежной фиксации требуют выполнения увеличенного числа узлов [7].
В связи с этим усилия разработчиков направлены на создание шовного материала композиционного строения путем нанесения на эластическую волокнистую основу функциональных, в первую очередь, полимерных покрытий.
Модификация шовного материала приводит к заметному повышению прочностей нити в сухом состоянии, и что более важно для нерассасывающихся хирургических нитей, ее сохранению в условиях намокания [7]. Более заметен данный эффект для крученых нитей из шелка, при котором потеря прочности при увлажнении составляет около 25%. Это объясняется капсулирующим действием покрытия [7].
При нанесении весьма тонкого покрытия (массовая доля 1%) имеет место уменьшение силы трения нитей в сухом и влажном (для лавсана в 1,5 раза) состоянии [7].
ЛИТЕРАТУРА:
1. Дрыга, А. В. Изучение физических и имплан-тационных свойств некоторых видов современного синтетического шовного материала / А. В. Дрыга, В. А. Привалов, А. В. Понькин // Вестник ЮУрГУ. — 2005. — № 4. — С. 292-296.
2. Кучумов, А. Г. Биомеханика шовных материалов в абдоминальной хирургии / А. Г. Кучумов, В. А. Са-марцев, Е. С. Чайкина // Современные проблемы науки и образования. — 2012. — Т. 6. — № 3. — С. 1-13.
3. Кучумов, А. Г. Исследование микрорельефа и измерение механического отклика современных биополимерных шовных материалов при наноинденти-ровании/ А. Г. Кучумов, В. Н. Солодько, В. А. Самарцев // Изв. Сарат. ун.-та. Нов. сер. Сер. Математика. Механика. Информатика. — 2013. — Т. 13. — Вып. 2. — Ч. 1. — С. 69-75.
4. Немойкина, А. Л. Изучение влияния режимов стерилизации окисью этилена на свойства гликолид-лактидных нитей / А. Л. Немойкина, О. В. Бабкина, К. В. Алексеенко // Вестник Томского государственного университета. — 2014. — № 382. — С. 230-233.
5. Семенов, Г. М. Хирургический шов / Г. М. Семенов, В. Л. Петришин, М. В. Ковшова. — М. : OCR, 2001. — 148 с.
6. Федоров, А. Е. Экспериментальное исследование механических свойств современных хирургических рассасывающихся шовных материалов / А. Е. Федоров,
B. А. Самарцев, В. А. Гаврилов // Российский журнал биомеханики. — 2009. — Т. 13. — № 4 (46). — С. 76-84.
7. Шилько, С. В. Биомеханические свойства хирургических нитей с функциональным покрытием /
C. В. Шилько, П. Н. Гранович, В. Ф. Хиженюк // Российский журнал биомеханики. — 2003. — Т. 7. — №2. — С. 85-91.
8. Шилько, С. В. Расчет фрикционно-механиче-ских характеристик тканных и шовных материалов / С. В. Шилько, Е. М. Петроковец, С. Б. Анфиноге-нов // Российский журнал биомеханики. — 2006. — Т. 10. — № 2. — С. 80-85.
9. Dao, M. Computational modeling of the forward and reverse problems in instrumented sharp indentation / Dao M., Chollacoop N., van Vliet K. J., Venkatesh T. A. // Acta Mater. — 2001. — Vol. 49. — № 19. — P. 3899-3919.
10. Deng, M. A study on in vitro degradation behavior of a poly (glycolide-co-L-lactide) monofilament / Deng M., Chen G., Burkley D., Zhou J., Jamiolkowski D. // Acta Biomater. — 2008. — Vol. 4. — P. 1382-1391.
11. Chen, X. Degradation Behaviors of Bioabsorb-able P3 / 4HBMonofilament Suture in Vitro and in Vivo / Chen X., Yang X., Pan J., Wang L., Xu K. // J. of Biomedical Materials Research. Part B : Applied Biomaterials. — 2010. — Vol. 92. — P. 447-455.
12. Jagtap, R. N. Overview literature on atomic force microscopy (AFM) : basic and its important applications for polymer characterization / Jagtap R. N., Ambre A. H. // Indian J. of Engineering and Materials Science. — 2006. — Vol. 13. — P. 368-384.
13. Ladeveze, P. A multiscale computational approach
for contact problems / Ladeveze P., Nouy A., Loiseau O. // Comput. Methods Appl. Mech. Engrg. — 2002. — Vol. 191. — P. 4869-4891.
14. Middleton, J. C. Synthetic biodegradable polymers as orthopedic devices / Middleton J. C., Tipton A. J. // Biomaterials. — 2000. — Vol. 21. — P. 2335-2346.
15. Migliavacca, F. Multiscale modelling in bio-fluid dynamics: application to reconstructive paediatric cardiac surgery / Migliavacca F., Balossino R., Pennati G., Dubini G., Hsia T. Y., Leval M. R. de, Bove E. L. // J. of Biomechanics. — 2006. — Vol. 39. — P. 1010-1020.
16. Nandula, D. Submicron scale mechanical properties of polypropylene fibers exposed to ultra-violet and thermal degradation / Nandula D., Chalivendra V., Calvert P. // Polymer Degradation and Stability. — 2006. — Vol. 12. — P. 2-14.
17. Nishimura, K. A. New technique for small and secure knots using slipperypolyethylene sutures / Nishimura K. A., Mori R., Miyamoto W., Uchio Y. // Clinical Biomechanics. — 2009. — Vol. 24. — P. 403-406.
18. Wang, Y. W. Biodegradation studies of poly (3-hy-droxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate) / Wang Y., Mo W. K., Yao H. L., Wu Q., Chen J. C., Chen G. Q. // Polym. Degrad. Stab. — 2004. — Vol. 85. — P. 815-821.
ЖИЗНЬ АССОЦИАЦИИ И КАФЕДР
УДК 611+617(063)
Н. Ф. ФОМИН
ВСЕРОССИЙСКАЯ НАУЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «АНАТОМИЯ И ХИРУРГИЯ: 150 ЛЕТ СОВМЕСТНОГО ПУТИ» (ЮБИЛЕЙ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ)
Военно-медицинская академия, Санкт-Петербург N. F. FOMIN
ALL-PUSSIAN SCIENTIFIC CONFERENCE «ANATOMY AND SURGERY: 150 YEARS OF JOINT WAY» (JUBILEE IN EXTREMAL CONDITIONS)
Military Medical Academy, Saint Petersburg
4-6 июня 2015 года в Санкт-Петербурге состоялось важное событие в жизни Российской ассоциации клинических анатомов — Всероссийская научная конференция, посвященная 150-летию кафедры оперативной хирургии и топографической анатомии Военно-медицинской академии им. С. М. Кирова.
История, как известно, имеет тенденцию повторяться, в том числе в проведении юбилеев. 49 лет назад (в 1966 г.) первая российская кафедра оперативной хирургии и топографической анатомии отмечала
Фомин Николай Федорович - з. р. в. ш. РФ, д. м. н., профессор, начальник кафедры оперативной хирургии и топографической анатомии; тел. 8-911-909-36-50, e-mail: [email protected]
100-летний юбилей со дня своего основания. Однако датой основания кафедры считается 30 марта 1865 г., поэтому юбилейные торжества должны были состояться годом ранее. Однако затянувшийся капитальный ремонт кафедры заставил отодвинуть праздник на год позже. К своему 150-летнему юбилею шевку-ненковская кафедра также вошла в полосу крупнейшего инвестиционного проекта по реконструкции большинства уникальных старинных зданий кафедр и клиник Военно-медицинской академии, включая ана-томо-физиологический институт академии, который является преемником Пироговского анатомического института. Это здание было построено в 1871 году по образцу анатомического института Венского уни-
