диссертации / 73

близкими свойствами с точки зрения их потенциального взаимодействия с тканями ПБС.

Отношение к конструкции протеза как к специализированной системе позво-

ляет выделить ее составные элементы и выявить функциональных свойств, связан-

ных с каждым элементом и их взаимоотношениями. Из познания отдельных дета-

лей складывается общее представление о конструкции протеза и ее функциональ-

ных возможностях. Системные параметры помогают оценивать заложенные в кон-

струкцию ресурсы и в конкретной клинической ситуации моделировать специфи-

ческие и неспецифические взаимодействия протеза с тканевым окружением.

При исследовании сетчатых протезов было показано, что каждый из систем-

ных параметров отражает совокупность структурных и функциональных свойств,

влияние которых на биосовместимость протеза подтверждено результатами мно-

гих экспериментальных и клинических исследований. Поэтому построенная на этом принципе классификация объединяет большой объем научных данных и пол-

ностью реализует системный подход при выборе протеза для пластики любого гры-

жевого дефекта ПБС. Разделение на достаточно большое количество групп в соот-

ветствии с выделенными для системных параметров диапазонами, предоставляет возможность максимально индивидуализировать выбор протеза и планировать вид пластики с учетом особенностей пациента, финансовой и госпитальной ситуации.

222

Заключение.

В настоящее время выпускается более 200 видов хирургических сеток, и их количество увеличивается каждый год на несколько десятков наименований. При этом существуют как различные показания для применения протезов, так и различ-

ные виды хирургической техники имплантации. Сегодня большинство исследова-

телей хорошо понимают, что не может быть единственной универсальной сетки,

которая была бы оптимальна для любого пациента. Определение групп протезов,

обладающих необходимыми свойствами, которые дают преимущество в тех или иных клинических ситуациях, можно отнести к ключевым вопросам современной герниологии. Несмотря на большой объем данных о протезирующей пластике ПБС и применяемых протезирующих устройствах, наши знания в этой области имеют разрозненный характер. Достаточно сложно найти научные обоснования, которые могут объяснить происхождение таких осложнений, как центральные разрывы про-

тезов, образование складок и появление краевых рецидивных грыж после имплан-

тации легких крупнопористых хирургических сеток. С нашей точки зрения поиск решения проблем следует искать в углубленном представлении о взаимодействии конструкции протеза с мышечно-фасциальным комплексом ПБС и непосредствен-

ным тканевым окружением.

Комплексное исследование структурных и механических свойств сетчатых протезов, влияющих на взаимодействие протеза с тканевым окружением передней брюшной стенки, было выполнены в 10 сериях опытов in vivo и in vitro. Опыты in vivo были проведены у 141 крысы и у 53 кроликов. В опытах in vitro были исполь-

зованы 320 проб, вырезанных из протезирующих материалов и фасциальных тка-

ней и подготовленных для различных видов тестов. Данные, полученные в 10 се-

риях опытов, определили продолжение исследований с привлечением системного анализа, который позволил сравнить функциональные возможности у 24 коммер-

ческих сеток и разработать новую классификацию сетчатых протезов.

Классические исследования, касающиеся факторов риска для развития пер-

вичных и рецидивных паховых и инцизионных грыж, обычно фокусируются на во-

223

просах хирургической техники, локальной анатомии и физических воздействий, та-

ких как повышение внутрибрюшного давления. Однако в последнее время центр внимания исследователей сместился в сторону нарушений ЭЦМ и его главного компонента – коллагена, поскольку именно с изменениями метаболизма коллагена,

приводящими к несостоятельности рубцовой ткани и нарушению баланса коллаге-

нов I и III типов, связывают возникновение грыж. Было показано, что в основе фор-

мирования рецидивных паховых и инцизионных грыж лежит дефект процесса ранозаживления. Даже после протезирующей пластики нарушенное формирование коллагена и неудовлетворительная интеграция сетки могут рассматриваться в ка-

честве основных причин рецидива. Поэтому с целью изучения возможности ло-

кального влияния на формирование соединительной ткани для повышения эффек-

тивности пластики в 1-ой серии экспериментов мы предприняли исследование, в

котором 36 крысам имплантировали образцы сетки Mersilene. Предварительно в структуру сетки вводили различные фармакологические препараты, для чего перед имплантацией образцы инкубировали в течении 30 мин в одном из растворов, со-

держащем биологический агент. В качестве агентов использовали вещества, влия-

ние которых на процессы ранозаживления было продемонстрировано ранее в экс-

периментальных и клинических исследованиях. Это доксициклин, TGF-beta 3 (ТРФ-бета 3), цинк-гидрогенаспартат, аскорбиновая кислота и гиалуроновая кис-

лота. Инкубация в физиологическом растворе служила контролем. Через 7 и 90

дней после имплантации по три животных из каждой группы (n=6) были выведены из эксперимента для проведения морфологического исследования. Количество и качество коллагена анализировали путем измерения соотношения коллаген/про-

теин и отношения I/III типов коллагена. Через 90 дней после имплантации было выявлено достоверное повышение соотношение коллаген/протеин в группах с до-

бавлением доксициклина (39.3+7.0 мкг/мг) и гиалуроновой кислоты (34.4+5.8

мкг/мг), по сравнению с контрольной группой (28.3+1.9 мкг/мг). Кроме того, через

90 дней после имплантации было отмечено повышение соотношения коллагенов

I/III типов во всех группах животных, что свидетельствовало о созревании рубцо-

224

вой ткани. Однако, мы не обнаружили достоверного отличия соотношений колла-

генов I и III типов между группами животных, которым имплантировали сетки с лекарственными добавками, и контрольной группой ни через 7, ни через 90 дней после имплантации. Биологические агенты, обладающие доказанным влиянием на различные фазы процесса ранозаживления, не показали своей эффективности в присутствии инородного тела. Дальнейшие исследования следует направить на по-

иск способа контролируемого высвобождения лекарственного вещества для опти-

мизации его поступления в ткани и дополнительных агентов, способных снизить интенсивность реакции на имплантируемые инородные материалы. Но главное, это расширить изучение факторов взаимодействия протеза с окружающими тканями,

связанных с его расположением, структурой и биомеханическими свойствами.

Основной задачей следующего исследования было оценить зависимость каче-

ства образующейся соединительной ткани и реакции на инородное тело от распо-

ложения имплантируемой хирургической сетки. Во 2-ой серии экспериментов у 24

кроликов – самцов породы Шиншилла производили пластику инцизионной грыжи по методу sublay (ретромускулярное расположение сетки; n=12) или onlay (надапо-

невротическое расположение сетки; n=12). В каждой группе пластику выполняли,

используя протезы 2-х типов. Частично рассасывающуюся сетку UltraPro (удель-

ный вес полипропилена 33 г/м2) и стандартный полипропиленовй протез Prolene

(82 г/м2). Через 60 дней после операции проводили определение соотношения кол-

лагена I/III типов. Кроме того, анализировали экспрессию матриксной металлопро-

теиназы-2 (MMP-2). Микроскопическое исследование пространства сетка/ткань хозяина показало типичное формирование гранулем инородного тела. Диаметры внутренней части гранулемы инородного тела, отражающие количество воспали-

тельных клеток в инфильтрате, через 60 дней после имплантации не показали до-

стоверной разницы между группами sublay и onlay имплантации. Воспалительный процесс сопровождался выраженным перифиламентарным фиброзом. Анализ экс-

прессии MMP-2 показал повышенное образование фермента и также не выявил до-

стоверной разницы между группами. Исследование качества коллагена, образовав-

шегося вокруг волокон сеток, показало, что соотношение коллагена I/III типов

225

было достоверно выше в группе sublay, по сравнению с onlay при любом типе про-

тезирующего материала. (PP sublay 3.1+0.18 vs. PP onlay 2.4+0.41, P=0.004); (PP-PG sublay 3.5+0.34 vs. PP-PG onlay 2.6+0.13, P=0.002). Таким образом, наблюдаемая хроническая воспалительная реакция практически не отличалась в группах sublay

и onlay. Однако величины соотношений коллагена I и III типов были выше при ре-

тромускулярном расположении у обоих типов сеток. Вероятнее всего, это было связано с лучшими условиями интеграции, в результате чего формировалась более прочная соединительная ткань.

В следующей 3-ей серии 18 кроликам-самцам ретромускулярно имплантиро-

вали 3 типа легких протезов с разной трикотажной структурой. Особенностью структуры протезов 1 типа являлись тонкие нити, малая толщина и относительно равномерное распределение структурных элементов вокруг пор размером 1.5х1.5

мм. Структура протезов 2 типа характеризовалась неоднородностью заполнения материала, наличием крупных пор (2.5х2.7 мм) и мелких ячеек с образованием “уз-

ловых” соединений, а также чередованием в петельных столбиках одинарных и двойных петель. Протезы 3 типа имели только крупные поры в виде ромба (3.2х2.2

мм), стороны которого образовывали петли двух цепочек и уточные нити из расса-

сывающегося сополимера Полиглекапрон-25. Через 3 месяца после операции жи-

вотных выводили из опыта и методом компьютерной планиметрии определяли длину, ширину и площадь имплантата, а затем сетку вместе со слоем соединитель-

ной ткани на разрывной машине испытывали на прочность. При морфометрии из-

меряли толщину сформировавшегося слоя, определяли соотношение соединитель-

ной и жировой ткани в крупных порах, а также парциальное содержание зрелой соединительной ткани в области узловых соединений нитей.

Через 3 месяца площадь сеток либо незначительно уменьшилась на 1.8%,

либо достоверно увеличилась на 6.8 и 17%. При этом общим для всех сеток было то, что произошло их достоверное увеличение в ширину. Механические испытания также выявили большую растяжимость протезов поперек петельных столбиков или в ширину. Причем, если у образцов 1 типа разница относительного удлинения в

226

поперечном и продольном направлениях укладывалась в 8%, у 3 типа приближа-

лись к 25%, то у 2 типа составляла 49 %, а сами значения отличалась в 2.2 раза.

Через 3 месяца после имплантации прочность образцов, выделенных вместе с со-

единительной тканью, в 1 группе достигла средних значений 31.1+4.7 и 31.5+8.1

Н/см (p<0.05), что практически соответствовало расчетной удельной прочности 32

Н/см, необходимой для реконструкции ПБС. Во 2 группе, несмотря на то, что раз-

рывные усилия в обоих направлениях увеличились недостоверно до 32.2+4.4 Н/см и 25+6.2 Н/см в ширину, продольные пробы стали соответствовать необходимому уровню прочности. В 3 группе произошло умеренное ослабление проб в длину

(49+6.5 Н/см), вследствие частичной резорбции уточных нитей, и укрепление в ши-

рину до 18.2+7 Н/см (p>0/05), незначительно превысившее минимально допусти-

мый уровень 16 Н/см. Однако выраженные различия в 2.7 раза показателей проч-

ности вдоль и поперек петельных столбиков у имплантатов сохранились. Морфо-

метрический анализ гистологических срезов, показал достаточно равномерное рас-

пределение зрелой соединительной ткани в сформировавшемся слое у животных 1

и 3 группы. Но доля зрелой соединительной ткани в порах, которая связывала тек-

стильную структуру сеток, была достоверно выше в 1 группе. Во 2 группе было выявлено диспропорциональное образование зрелой соединительной и жировой тканей. Выраженные разрастания зрелой соединительной ткани с участками начи-

нающегося гиалиноза и фиброза находились внутри узловых соединений, крупные поры при этом заполнялись преимущественно жировой тканью. Толщина сформи-

ровавшегося слоя вокруг протезов в 1 и 2 группах была достоверно больше, чем в

3-ей. Только в 1 группе он формировался за счет соединительнотканных тяжей, че-

редующихся с жировыми прослойками, а во 2 группе это происходило за счет из-

быточного образования жировой ткани. Меньшая толщина «протезного» слоя с не-

большим содержанием зрелой соединительной ткани в 3 группе была связана с дли-

тельно продолжающимся активным воспалением вокруг резорбируемых нитей.

При этом в гистологических срезах не было выявлено слившихся гранулем, стяги-

вающих структуру протеза, ни в одной из 3-х групп. Таким образом, деформацион-

ные изменения 3 типов сеток были связаны с боковыми мышечными нагрузками на

227

растяжение, а их характер и выраженность определялись трикотажной структурой и ее механическими свойствами. Кроме того, вокруг 3-х типов протезов, сформи-

ровалась разная по составу и качеству соединительная ткань. Это дает возможность утверждать, что трикотажная структура оказывала значительное влияние на фор-

мирование соединительной ткани, так как у 3-х типов протезов, несмотря на близ-

кую материалоемкость, имелись принципиальные отличия в конструкции.

В 4-ой серии экспериментов исследовали структурные параметры и механи-

ческие свойства на растяжение и изгиб у 12 хирургических сеток. Все выбранные хирургические сетки являлись трикотажными материалами, изготовленными из монофиламентных синтетических нитей. При этом из 8 протезов сформировали 4

технологические пары: Parietene Standard – Parietene light, Premilene – Optilene LP, Dyna Standard – Dyna Light, Esfil Standard – Esfil Light. В каждой паре протезы были изготовлены на основе одного вида трикотажного переплетения, но отличались по материалоемкости и были разделены на стандартные и легкие. Сравнительные ис-

следования структуры и механические свойства были дополнены широко исполь-

зуемыми в практической хирургии двумя сетками от компании Ethicon – Prolene и Ultrapro. Кроме того, были изучены еще две сетки – это Uniflex, изготовленная из

PVDF нитей, и Surgimesh, обладавшая структурой с повышенной жесткостью.

Анализируя структуры внутри групп (пар) и сравнивая группы между собой,

мы выделили основные факторы, которые влияют на структурные характеристики сетчатых протезов. Трикотажные переплетения (способы соединения петель) вно-

сили наибольшие технологические ограничения при облегчении структуры, свя-

занные с возможным соотношением толщина/длина нити. Вид переплетения уста-

навливал ограничения количества петель в рядах и столбиках, допустимые измене-

ния размера петель и расстояния между столбиками. Использование филейного пе-

реплетения за счет пропуска элементов позволило увеличить поры даже у стандарт-

ной сетки, комбинации переплетений создавали структуры с большими порами благодаря пропуску петельных столбиков, как у легких, так и у стандартных сеток,

а у переплетения атлас возможности увеличения пор были значительно ограничены самой технологией образования и соединения петель. Поэтому наиболее отчетливо

228

влияние материалоемкости отразилось на величинах структурных показателей у протезов с одинаковым типом переплетений. У протезов из ПП нитей в технологи-

ческих парах при снижении поверхностной плотности отмечалось уменьшение диаметра нити и толщины, сокращение контактной поверхности и увеличение по-

ристости. Но если для протезов из одного полимера поверхностная плотность в каждой группе (паре) точно указывала материалоемкость и охватывала структур-

ные показатели, то в группе трико-атлас, состоявшей из двух ПП протезов и одного из ПВДФ, информативность поверхностной плотности оказалась сильно ограни-

ченной из-за почти в 2 раза большего удельного веса ПВДФ по сравнению с ПП. В

этой ситуации мы попытались оценить реальную материалоемкость, сравнивая ис-

тинный объем образцов (размером 60 х 60 мм) от 3 протезов в этой группе. Полу-

чилось, что материалоемкость образцов Uniflex составляет 0.9 от Esfil Standard и

приблизительно в таком соотношении находятся структурные показатели. Этот подход выявил, что Uniflex по материалоемкости более «легкая» сетка и то, что для оценки материалоемкости нужен дополнительный параметр независимый от удель-

ного веса полимера. На эту роль мы предложили параметр, который характеризует количество мл полимера, распределенного с помощью переплетенных нитей в 1 м2

материала, обозначив его как распределенный объем, а в качестве единицы измере-

ния использовали мл/м2 или см3/м2. Преимущества распределенного объема в том,

он независим от плотности полимера и вида переплетения, его можно легко срав-

нивать с традиционной поверхностной плотностью и применить для расчетов кон-

тактной поверхности и объемной пористости.

Принимая во внимание, что фактор биомеханических взаимодействий, как и фактор структуры, играл важную роль в интеграции сеток, перед тем как начать изучение биосовместимости сетчатых протезов, мы предприняли исследования ме-

ханических свойств у тех же 12 коммерческих протезов, которые провели с учетом особенностей их трикотажных структур, оставив разделение по видам переплете-

ний. Учитывая то, что при пластике грыжевого дефекта по способу sublay, протез испытывает основные нагрузки на растяжение в плоскости его расположения, для

229

определения механических свойств хирургических сеток мы использовали униак-

сиальный тест на растяжение, с помощью которого испытывали протезы вдоль и поперек петельных столбиков. Разрывная нагрузка и деформация в большинстве испытаний отличались у проб, вырезанных из одного протеза в продольном и по-

перечном направлении. Как правило, в направлении наибольшей разрывной нагрузки отмечалась меньшая растяжимость материала, которая характеризовалась минимальной разрывной и эластической деформацией. В этом направлении мате-

риалы протезов обладали максимальной жесткостью или способностью сопротив-

ляться изменению формы под действием силы.

При анализе результатов механических тестов на растяжение, благодаря раз-

делению сеток на группы в соответствии с трикотажным переплетением и исполь-

зованию диаграмм «нагрузка – относительное удлинение» с адаптацией механиче-

ских показателей к этим диаграммам, удалось установить влияние структурных компонентов на деформационное поведение сеток вдоль и поперек петельных стол-

биков. Было выявлено, что разрывные и эластические деформации в обоих направ-

лениях определяются трикотажным переплетением и внесенными в него дополне-

ниями (изменением количества петель в рядах и столбиках, их расположением и формой). Разрывные нагрузки и эластические лимиты в технологических парах за-

висели, преимущественно, от материалоемкости. На эластические лимиты также влиял полимер нитей, который, на примере ПВДФ протеза, в одинаковой степени снизил их величины. Модули эластичности характеризовали жесткость протезов в перпендикулярных направлениях. В каждой паре или группе протезов, объединен-

ных соответствующим трикотажным переплетением, их величина напрямую зави-

села от материалоемкости, кроме того на нее влияли тип полимера нитей и интен-

сивность термопластической обработки материала.

Кроме униаксиального теста на растяжение, исследуемые протезы были под-

вергнуты испытаниям на изгиб для определения их жесткости и упругости в петле-

вом тесте. Жесткость на изгиб характеризовала способность материала протеза со-

230