диссертации / 73

изучали оксидативные повреждения сеток, имплантированных животным в преды-

дущей серии, и выясняли причины их появления в опытах in vitro. Для этого в каж-

дой группе из препаратов ПБС, фиксированных в формалине, иссекали небольшой квадрат размером 1 х 1 см, содержащий материал сетки. После полной очистки от тканей и напыления платины образцы сеток исследовали под сканирующим элек-

тронным микроскопом на предмет трещин.

В опытах in vitro образцы 3-х сеток (Parietene light, Dyna light и Ultrapro), вы-

резанные в продольном и поперечном направлениях, сначала подвергали цикличе-

ским нагрузкам на растяжение, а затем оксидации в течении 1-го месяца. Для окси-

дации образцов использовали многократную инкубацию в растворе пероксидазы хрена и гидроген пероксидазы с последующей обработкой раствором гидроген пе-

роксидазы в присутствии солей железа. Механические испытания проб проводили в течение 100 циклов с усилием 4 Н/см. Образцы исследовали под сканирующим микроскопом после проведения циклических испытания, после оксидации, а также после комбинированного воздействия.

В группах с продольным расположением протезов Dyna L и Parietene L, где они были имплантированы без учета направлений преобладающих нагрузок, что привело к возникновению деформации растяжения (Dyna L) и изгиба (Parietene L),

сканирующая электронная микроскопия показала наличие трещин на волокнах протезов. В группах с поперечным расположением Dyna L и Parietene L, когда ани-

зотропные структуры сеток были оптимально ориентированы по отношению к фи-

зиологическим нагрузкам и практически отсутствовали деформационные измене-

ния имплантатов, во взятых пробах оксидативные повреждения волокон выявлены не были. В отличие от двух других легких протезов сетка Ultrapro имела деформа-

ционные изменения как при продольном, та и при поперечном расположении.

Кроме того, интенсивность воспалительной реакции на материал, имеющий в со-

ставе резорбируемую нить, была выше, чем у 2 других легких сеток. Поэтому ок-

сидативные повреждения волокон были обнаружены как в группе с продольным расположением протезов, так и при поперечном расположении сетки.

241

В опытах in vitro после циклических нагрузок в образцах сеток, в которых происходило значительному накопление остаточной деформации (свыше 30%), мо-

делирование свободнорадикальных воздействий в течение 1 месяца вызывало по-

явление оксидативных повреждений волокон. В случае, когда из испытаний ис-

ключали механические нагрузки, оксидативные повреждения за такой короткий срок не возникали. Данные наших экспериментальных исследований и комбиниро-

ванных тестов показали, что оксидативные повреждения могут возникать даже на фоне умеренной воспалительной реакции на инородное тело, если происходит мно-

гократно повторяющееся воздействие на растяжение или изгиб, которое сопровож-

дается накоплением необратимых деформационных изменений. Поэтому при рас-

положении протеза без учета его механических свойств, даже низкие мышечные нагрузки могут значительно ускорить процесс оксидативного повреждения воло-

кон. Использование протеза с учетом его механических параметров и действующих на него нагрузок может снизить негативный эффект воспалительной составляющей реакции на инородное тело в отношении полипропиленовых волокон, что предот-

вратит преждевременное старение имплантированного материала.

Таким образом, в 10 сериях проведенных нами экспериментов были выяв-

лены ранее не описанные структурные свойства сетчатых эндопротезов, определя-

ющие их поведение под нагрузкой, биомеханические взаимодействия с окружаю-

щими тканями в условиях грыжевой модели, и влияющие, в конечном итоге, на процесс биоинтеграции и развитие осложнений. Полученные результаты опреде-

лили необходимость дальнейшей систематизации структурно-механических свойств протезов и формирования нового подхода к их классификации.

Дизайн современных протезирующих устройств основан на научных иссле-

дованиях и инженерных разработках, которые охватывают широкий круг знаний из разных дисциплин, учитывают специфику применения биоматериалов и обяза-

тельно включают данные об анатомии и физиологии протезируемого органа. По-

этому классификацию протезов, можно рассматривать, как способ упорядочить большой объем информации и выделить из него наиболее важные сведения, кото-

рые помогают предотвратить возникновение осложнений и найти перспективные

242

технологические решения. В настоящее время для того, чтобы систематизировать огромный объем знаний о протезах ПБС, необходимо построить классификацию на основе системного подхода. Рассматривая протезирующие устройства как си-

стемы, можно по совокупности структурно-функциональных признаков выделить

5 типов конструкций и, соответственно, разделить протезы на следующие классы:

сетчатые, мембранные, композитные, биологические и 3D. Дальнейшее деление предполагает возможность использование внутри классов системных параметров,

особенность которых заключается в том, что каждый из них отражает свойства конструкции, связанные с одним из ее компонентов, а вместе они характеризуют всю систему в целом. Наши исследования мы сфокусировали на изучение трико-

тажной структуры и механических свойств самого многочисленного класса сетча-

тых протезов, представив их в виде системы, состоящей из определенного количе-

ства нитей, соединенных петельным способом. Исходя из этой модели, мы предпо-

ложили, что объем полимера (нитей), его распределение (структура) и тип, являясь ресурсами конструкции, могут быть выделены в качестве основных компонентов,

которые определяют весь набор свойств. Структурные и механические свойства исследовали у 24 коммерчески доступных хирургических сеток. Все выбранные хирургические сетки являлись трикотажными материалами, изготовленными из монофиламентных синтетических нитей. 20 сеток были сплетены из полипропиле-

новых (ПП) нитей, 2 – из поливинилиденфторидных (ПВДФ) и 1 – из полиэстеро-

вых или полиэтилентерефталатных (ПЭТ). 2 протеза являлись результатом комби-

нации двух видов полимерных нитей. В одном случае к основной структуре из ПВДФ были добавлены ПП нити, а в другом в ПП основу введены рассасывающи-

еся нити из монокрила. При классифицировании исследуемых сетчатых протезов мы выделили три группирующих параметра: распределенный объем, коэффициент анизотропии и тип полимера. Каждый параметр определял один из компонентов конструкции и связанные с ним функциональные свойства, поэтому его выделяли в качестве системного и использовали как основание для деления. Уровень деления зависел от иерархии системного параметра. Для количественных системных пара-

243

метров были установлены диапазоны, которые отражали ресурсы, связанные с со-

ответствующим компонентом конструкции. При этом в границах одного диапазона не происходило существенных изменений свойств. В качестве главного основания установили распределенный объем, который характеризовал материалоемкость протезов и влиял на все структурные характеристики и большинство механических показателей. На основе распределенного объема протезы разделили на 5 категорий,

которые задавали границы структурных показателей, определяли уровни прочно-

сти и жесткости. Следующим критерием для деления служил коэффициент анизо-

тропии, который отражал разнородность трикотажной структуры, проявляющуюся под воздействием механических нагрузок. Выделенные для коэффициента анизо-

тропии 3 степени, характеризовали деформационные изменения протезов при рас-

тяжении в перпендикулярных направлениях. И, наконец, третий параметр – это хи-

мически устойчивый полимер монофиламентных нитей, который у протезов, отне-

сенных к определенной категории и степени анизотропии, позволял учитывать из-

менение жесткости, связанное с типом полимера. В результате, используя диапа-

зоны двух количественных системных параметров и учитывая 3 типа полимера, мы объединили протезы с близкими структурно-механическими свойствами. Итогом наших исследований стала строго организованная классификационная схема, осно-

ванная на иерархии 3-х системных параметров, которая допускает внесение изме-

нений внутри каждого уровня и введение дополнительных классифицирующих признаков, характеризующих строение нити.

Таким образом, несмотря на определенные ограничения (исследуемые сетки были монофиламентными, не во всех категориях и группах были представлены протезы из разных полимеров, не во всех группах, выделенных по степени анизо-

тропии, было представлено равное количество сеток), результаты нашего исследо-

вания позволили предложить новый принцип классифицирования сетчатых проте-

зов. В основу этой классификации был положен не набор технических показателей,

которые только в сумме приближают к описанию индивидуальных свойств про-

теза, а ограниченное число системных параметров. Каждый из них по отдельности

244

отражает комплекс характеристик, связанных с одним из компонентов конструк-

ции, а вместе они дают представление не только о структуре, но и о функциональ-

ных возможностях протеза. Поэтому протезы, попадающие в одну группу, обла-

дают наиболее близкими свойствами с точки зрения их потенциального взаимодей-

ствия с тканями ПБС. Построенная на этом принципе классификация объединяет большой объем научных данных и полностью реализует системный подход при вы-

боре протеза для пластики любого грыжевого дефекта ПБС. Разделение на доста-

точно большое количество групп в соответствии с выделенными для системных параметров диапазонами дало возможность сопоставить механические свойства фасциальных структур человека со свойствами выделенных групп сетчатых проте-

зов и разработать алгоритм выбора хирургической сетки в зависимости от способа планируемой пластики и с учетом особенностей пациента (рис. 61). Соблюдение принципа биомеханического соответствия, заложенного в алгоритм, позволит сни-

зить число осложнений протезирующей пластики, связанных с деформационными изменениями протезов, и будет способствовать более полному функциональному восстановлению ПБС.

245

SUBLAY

СТАНДАРТНАЯ

КАТЕГОРИЯ

Рекомендуются сильно анизотропные сетки, допустимо использование умеренно анизотропных.

ONLAY

КАТЕГОРИЯ

Рекомендуются сильно анизотропные сетки, допустимо использование умеренно анизотропных.

246

Пластика по Лихтенштейну

Рекомендуются умеренно анизотропные сетки, допустимо использование сильно анизотропных.

Рис. 61. Алгоритм выбора сетчатого протеза в зависимости от способа пластики грыжевого дефекта ПБС.

247

Выводы.

1. При ретромускулярном расположении сетчатого протеза создаются лучшие условия для его интеграции, чем при надапоневротическом, что приводит к форми-

рованию вокруг протеза более качественной по соотношению коллагенов I и III

типа соединительной ткани. При этом у протезов, обладающих низкой жесткостью в направлении действия боковых мышц живота, возникают деформационные изме-

нения, не связанные с феноменом “сморщивания”. Выраженность деформаций за-

висит от особенностей трикотажной структуры.

2. Материалоемкость сетчатого протеза влияет на большинство структурных и ме-

ханических характеристик. Традиционно используемый показатель материалоем-

кости - поверхностная плотность, не дает возможности для корректной сравнитель-

ной оценки структурных и механических свойств сетчатых протезов, изготовлен-

ных из разных типов полимеров, поскольку его величина в значительной степени зависит от удельного веса полимера. В связи с чем, протезы из тяжелого и легкого полимеров, имея близкие структурные характеристики и прочностные параметры,

попадают в разные категории. Для оценки материалоемкости сетчатых протезов может быть использован новый показатель – распределенный объём, который ха-

рактеризует количество мл полимера, распределенного с помощью переплетенных нитей в 1 м2 материала. Этот показатель не зависит от плотности полимера и отра-

жает реальную материалоемкость протеза.

3. Прочность и жесткость сетчатых протезов при растяжении зависят, преимуще-

ственно, от величины распределенного объема. Кроме того, на жесткость протеза также влияет тип полимера, из которого изготовлены нити. Разрывные и эластиче-

ские деформации в обоих направлениях определяются трикотажным переплете-

нием. Внесение любого изменения или дополнения в структуру сетчатого протеза приводит к изменению целого комплекса деформационных свойств протеза.

4. Значения жесткости на изгиб в двух направлениях показывают насколько удобно манипулировать с протезом и дают представление о его взаимодействии с окружа-

248

ющими тканями. Жесткость на изгиб зависит, преимущественно, от величины рас-

пределенного объема. Упругость на изгиб является, прежде всего, характеристикой трикотажной структуры. Знание обоих показателей позволяет прогнозировать по-

ведение протеза, как в процессе хирургических манипуляций, так и под действием мышечных нагрузок на изгиб.

5. Взрослые лабораторные крысы и кролики являются оптимальными кандидатами для моделирования грыжевых дефектов и протезирующей пластики в верхних и средних отделах живота, поскольку имеют сходную с человеком архитектуру мышц и механические свойствах фасциальных листков. Разработанная у двух ви-

дов животных экспериментальная модель приводит к формированию типичных срединных грыжевых дефектов стандартного размера. Модель позволяет произво-

дить ретромускулярную пластику сетчатым протезом и воспроизводить тканевое окружение и биомеханические нагрузки, сходные с теми, которые протез испыты-

вает после имплантации человеку.

6. Характер тканевых реакций и локальных осложнений, возникающих в отдален-

ные сроки после имплантации сетчатого протеза, зависит не только от материало-

емкости протеза, но и от распределения элементов в его структуре, их подвижности и взаимодействия между собой. Избыточная жесткость протеза ухудшает тканевую интеграцию и является причиной серьезных осложнений, таких как образование гиалинового хряща, формирование свищей и отторжение протеза. Значительная ре-

дукция количества материала приводит к потере ряда механических свойств и мо-

жет стать причиной деформационных изменений сеток и связанных с ними ослож-

нений, вплоть до образования рецидивных грыж.

7. Деформационные изменения сетчатых протезов, возникающие при ретромуску-

лярном расположении, преимущественно, связаны с асимметрией мышечных нагрузок на растяжение и изгиб. Тип и выраженность деформаций определяются анизотропией и механическими свойствами протеза. При расположении протеза направлением низкой жесткости и упругости на изгиб вдоль средней линии возни-

249

кает высокий риск образования складок и сокращения протеза в длину. При распо-

ложении протеза низкой жесткостью в направлении боковых мышц происходит растяжение протеза в ширину и сокращение его в длину. В обоих случаях умень-

шение длины может приводить к возникновению нижних краевых дефектов. Если протез в направлении боковых мышц обладает низкой жесткостью и низкой проч-

ностью, то возрастает риск возникновения центральных разрывов с последующим образованием центральных рецидивных грыж.

8. Механические свойства фасциальных листков у человека отличаются вдоль и поперек белой линии. Максимальной прочностью и жесткостью листки обладают попрек белой линии, а наибольшей эластичностью вдоль. В корреспондирующих направлениях прочность и жесткость переднего листка выше, чем у заднего. Проч-

ность листков у мужчин в обоих направлениях достоверно выше, чем у женщин.

9. Для повышения эффективности протезирующей пластики, формирования пол-

ноценного слоя соединительной ткани и укрепления ПБС, сетчатый протез должен по своим биомеханическим свойствам в максимальной степени соответствовать протезируемым фасциальным структурам. Функциональное взаимодействие сетча-

того протеза с укрепляемым фасциальным образованием можно моделировать пу-

тем сопоставления их механических параметров, включающих условные модули эластичности и разрывные нагрузки в корреспондирующих направлениях. Пла-

стика грыжевого дефекта с учетом анизотропных свойств сеток позволяет миними-

зировать деформационные изменения имплантатов и избежать возникновения кра-

евых и центральных грыж.

10. Многократно повторяющиеся нагрузки на растяжение и изгиб, которые протез испытывает после имплантации, способствуют оксидативному повреждению воло-

кон даже на фоне умеренной воспалительной реакции на инородное тело, если про-

исходит накопление необратимых деформационных изменений. Использование протеза с учетом его механических параметров и действующих на него нагрузок снижает негативный эффект воспалительной составляющей реакции на инородное

250