диссертации / 73

Mühl et al. ввели понятие эффективной пористости сетчатых эндопротезов.

Основываясь на том, что поры — это свободные пространства между полимерными волокнами, через которые возможно прорастание ткани, они заключили, что при определении размера пор обязательно нужно учитывать и гранулему, образующу-

юся вокруг волокон. Соответственно только поры размером более 1 мм должны определять эффективную пористость протеза [275]. В этой связи только сетки, име-

ющие эффективную пористость >0% было предложено называть крупнопори-

стыми, а сетки с эффективной пористостью, равной 0% - мелкопористыми.

Механические свойства.

Хирургические сетки должны как можно ближе соответствовать биомеханике ПБС. Механика брюшной стенки традиционно характеризуется (1) физиологиче-

ским максимумом силы, генерируемой в стенке, и (2) растяжением или деформа-

цией, связанной с максимальной физиологической силой. Peiper et al. [292] опреде-

лили, что нагружение паховой области брюшной стенки, преимущественно, свя-

зано с повышением ВБД, а не с мышечными сокращениями. Если допустить, что только ВБД влияет на необходимую силу сопротивления брюшной стенки, то эта сила может быть выведена из закона Лапласа, как было предложено Klinge et al. [243]. ВБД человека колеблется от 0.2 кПа (в покое) до 20 кПа. В соответствии с законом Лапласа, тонкостенная сфера, в которой общее напряжение в стенке сосуда

[(давление х радиус сосуда/2)] не зависит от толщины стенки (толщина стенки/ра-

диус сосуда <<1), может быть описана следующей формулой: F = p x d/4 (N/cm),

где d – диаметр, p – давление, а F – напряжение в стенке, деленное на см окружно-

сти. Если продольный диаметр брюшной стенки человека равен 32 см, то при мак-

симальном давлении растягивающая сила будет соответствовать 16 Н/см. Для опре-

деления физиологической деформации, соответствующей этому значению Junge et al. [38] исследовали полнослойные брюшные стенки 14 свежих трупов и опреде-

лили, что продольно растяжение при 16 Н/см составляет 25%+7%. Однако Cobb et al. [36] провели прямое измерение ВБД у 10-ти здоровых женщин и у 10-ти здоро-

вых мужчин, которые выполняли различные действия, включая кашель и прыжки,

41

которые, как известно, сопровождаются максимальным повышением ВБД. Эти из-

мерения показали, что максимальные значения силы растяжения составляют от 11

до 27 Н/см. Wolloscheck et al. [68] определили силу разрыва различных слоев брюш-

ной стенки – поперечной фасции, брюшины с пред- и надбрюшинной клетчаткой,

апоневроза внутренней косой и наружной косой мышц. Полученные ими значения составили 10.5, 46.6, 51.7 и 92.6 Н, соответственно. Это исследование подтвердило,

что поперечная фасция является самым слабым образованием из несущих нагрузку тканей.

На 30 международном конгрессе европейского общества герниологов 9 экс-

пертов в хирургии грыж и экспериментальной оценки хирургических сеток про-

вели дискуссию за круглым столом, посвященную сегодняшним проблемам хирур-

гии грыж, включая вопросы о том, как можно определить портфолио для “идеаль-

ных” сетчатых протезов. Было сделано заключение, что при всех видах протезиру-

ющей пластики прочность сетки важна для укрепления ПБС и профилактики реци-

дивов. Экспертная группа согласилась, что предел прочности на разрыв в 16 Н/см возможно более чем достаточен, чтобы укрепить ПБС, но для замещения больших дефектов необходимо повышение прочности до 32 Н/см. Кроме того, группа при-

шла к заключению, что сетка должна быть гибкой, но при этом обладать памятью формы, и эластичной, т.е. возвращаться к исходной форме после растяжения, в бо-

лее, чем одном направлении. Мягкость и память формы также важны для оптими-

зации хирургического манипулирования с протезом [293].

Одним из основных требований, предъявляемых к хирургическим сеткам, яв-

ляется приближенность их эластичности к эластичности передней брюшной стенки, которая, как известно, составляет около 38% при нагрузке 32 Н/см. Совре-

менные крупнопористые конструкции обладают эластичностью 20-35% уже при 16

Н/см, в то время как эластичность мелкопористых тяжелых протезов в большин-

стве своем не превышает 4-16% при той же нагрузке, что может приводить к огра-

ничению подвижности передней брюшной стенки [38].

Большинство хирургических сеток, представляют собой трикотажные кон-

струкции, состоящие из непрерывных нитей, обвивающих другие нити в виде

42

петли. Из-за способа производства трикотажные полотна могут иметь сильно отли-

чающиеся механические свойства в продольном и поперечном направлении. Раз-

ница механических свойств материала в различных направлениях определяет сте-

пень анизотропии [57].

Так, Saberski et al. провели механические испытания образцов 6 различных сетчатых эндопротезов и обнаружили достоверную разницу эластических свойств между двумя перпендикулярными направлениями сеток. Ими было высказано предположение о том, что неправильная ориентация хирургических сеток может привести к нежелательным осложнениям протезирующей пластики грыжевых де-

фектов и сделан вывод о необходимости изучения анизотропии синтетических се-

ток для определения оптимальной ориентации протезов. Поэтому авторы предло-

жили ввести в качестве обязательного требования для производителей маркировку протезов в соответствии с их механическими свойствами [294].

В исследованиях in vitro Binnebösel et al. пришли к заключению, что анизо-

тропные сетки должны быть ориентированы более растяжимой стороной в направ-

лении меньшего перекрытия грыжевого дефекта для профилактики дислокации протеза [295].

Важность доклинического исследования механических свойств сетчатых эн-

допротезов была также подчеркнута и в работах Deeken et al. [296, 297]. В то же время следует отметить, что до сих пор международным герниологическим сооб-

ществом не созданы собственные методы тестирования материалов, стандартизо-

ванные для возможности сравнения результатов, полученных в разных лаборато-

риях. Для имплантируемых полимерных сеток преимущественно используются адаптированные стандарты, созданные для текстильной индустрии [57].

Антиспаечные барьеры и покрытия.

Особенно в контексте лапароскопической пластики грыжевых дефектов в по-

следние годы разрабатывается направление профилактики спайкообразования с помощью различных антиспаечных покрытий или барьеров. В качестве антиспаеч-

ных субстанций предлагается использовать полилактидную кислоту, коллаген, ги-

43

алуроновую кислоту и карбоксиметилцеллюлозу [224, 298, 299]. Использование ан-

тиадгезивных барьеров было впервые предложено Loury и Chevrel, которые приме-

нили для этой цели абсорбируемый полиглактин [300]. Современные исследова-

ния, однако, показали неэффективность в отношении предотвращения спайкообра-

зования полиглактидного барьера, помещаемого между полипропиленовой сеткой и органами брюшной полости [301]. Более того, было показано, что полиглактин вызывает выраженную воспалительную и фиброзную реакцию вокруг волокон по-

липропиленовой сетки [302]. Целью комбинирования сетчатой структуры с расса-

сывающимся барьером является временное отделение полимерного протеза от ор-

ганов брюшной полости до момента, пока сетка не покроется неомезотелием [303].

Сравнение различных антиадгезивных покрытий и барьеров было проведено во многих экспериментальных исследованиях [298, 304-310]. Общим выводом из этих исследований является факт, что до сих пор не существует конструкции, позволя-

ющей полностью предотвратить образования спаек. В тоже время в последних кли-

нических исследованиях при МРТ и ультразвуковом обследовании у 80-100% па-

циентов, перенесших лапароскопическую пластику грыжевого дефекта с интрапе-

ритонеальным расположением протеза без покрытия, были обнаружены спайки с органами брюшной полости, которые в одном случае даже привели к образованию кишечного свища [311-314]. Поэтому в настоящее время считается возможным ис-

пользование для интраперитонеального расположения без дополнительной защиты только протезов из ПТФЭ и ПВДФ. Сетки же из ПП или ПЭТ нуждаются в комби-

нации с антиадгезивным покрытием или барьером.

1.5 Возможные пути повышения биосовместимости хирургических сеток и

снижения числа осложнений.

Биоактивные агенты.

Биоактивные агенты могут вводиться как системно, так и локально – на по-

верхности сетчатого эндопротеза. Причем покрытие поверхности сеток биоактив-

ными субстанциями может преследовать различные цели. Это и защита биомате-

44

риала от распознавания иммунной системой [101, 120], и снижение риска инфици-

рования протеза [315, 316], и вмешательство в динамику раневого процесса [317, 318] и формирование рубцовой ткани вокруг сетки у пациентов с нарушениями синтеза коллагена [319].

Как уже было сказано выше, в основе реакции на инородное тело лежит аб-

сорбция протеинов для защиты организма хозяина от инородного объекта. Исполь-

зование некоторых агентов для покрытия поверхности имплантатов способно за-

маскировать чужеродную поверхность путем создания гидрофильного простран-

ства, что улучшает взаимодействие между имплантируемым устройством и тка-

нями хозяина, повышает функциональность и время жизни имплантата [320-322].

В настоящее время для использования с этой целью были предложены различные натуральные и синтетические материалы. К материалам, имеющим натуральное происхождение, можно отнести альгинат [323, 324], гиалуронат [325], хитозан [326, 327], фибрин [328], коллаген [329, 330], фибрин-коллагеновая субстанция [331] и

декстран [332, 333]. Вышеперечисленные субстанции очень близки к макромоле-

кулам, которые могут быть распознаны и метаболизированы организмом, что явля-

ется их безусловным преимуществом. В то же время, как и все натуральные поли-

меры, они часто иммуногены, неустойчивы и могут подвергаться пиролитическим модификациям. Кроме того, как и все вещества, выделенные из тканей животных и растений, они имеют высокую степень вариабельности макромолекулярной струк-

туры [101]. Этих недостатков лишены синтетические полимеры, специально разра-

ботанные для создания защитного слоя, такие как поли-молочная кислота и поли-

молочная когликолевая кислота (PLGA) [334-336], поли-этиленгликоль (PEG) [337]

и поли-винилалкоголь (PVA) [338, 339]. Однако использование этих материалов в хирургии грыж пока ограничено. В основном эти синтетические полимеры приме-

няются при лапароскопических операциях с целью снижения числа послеопераци-

онных спаек, причем с противоречивыми результатами [298, 340, 341].

Использование сетчатых протезов в хирургии грыж приводит к достоверному снижению числа рецидивов, но в то же время связано с более высоким риском раз-

45

вития инфекции, по сравнению с пластикой местными тканями [27, 205, 342]. По-

сле хронических болей, инфекция является наиболее частым осложнением проте-

зирующей пластики, нередко приводящим к серьезным последствиям и требую-

щим в ряде случаев удаления хирургической сетки. Следует отметить, что бакте-

риальная колонизация была обнаружена у 40% всех имплантатов [343]. В то время как данные относительно эффективности системной антибиотикопрофилактики продолжают вызывать споры [342, 344, 345], местное применение антибиотиков в хирургии грыж признано безопасным и эффективным методом профилактики ин-

фекционных осложнений [346, 347]. Так, Musella et al. [347] использовали с этой целью пропитанный гентамицином, коллагеновый тампон, который помещали над сеткой, а Lazorthes et al. [346] во время выполнения локальной анестезии вводили в

зону операции цефамандол. В обоих исследованиях было отмечено достоверное снижение числа послеоперационных инфекционных осложнений по сравнению с контрольными группами. В то же время, если в ортопедии и сосудистой хирургии биоматериалы, имеющие антибактериальное покрытие, используются достаточно давно и широко [348-351], в доступной литературе встречаются лишь отдельные указания на возможность доставки антибактериальных агентов на поверхности се-

ток с последующим их высвобождением в области операции. Это связано, прежде всего, со сложностью закрепления антибактериального покрытия на поверхности полимеров, используемых для изготовления сетчатых эндопротезов. Однако группе авторов удалось сконструировать сетку из ПВДФ, имеющую антибактери-

альное покрытие [315]. В качестве антибактериального агента был выбран гента-

мицин. Этот антибиотик не только наиболее часто используется для местного при-

менения в хирургии [352], но и показал высокую эффективность для профилак-

тики инфекции после протезирующей пластики [353]. Носителем гентамицина стала акриловая кислота, закрепленная на поверхности волокон сетки с помощью реакции полимеризации. Диффузионные тесты в агаре подтвердили локальный ан-

тибактериальный эффект покрытия. Кроме того, в последующих экспериментах in vitro и in vivo не было обнаружено цитотоксического действия и признаков нару-

шения процессов интеграции протезов в ткани [315]. Badiou et al. в своей последней

46

работе продемонстрировали достоверный антибактериальный эффект покрытия из серебра, нанесенного на волокна монофиламентной полипропиленовой сетки [354].

В то же время, следует отметить, что, хотя это направление профилактики инфек-

ционных осложнений представляется очень перспективным, особенно в случаях потенциальной контаминации зоны операции, например, при ущемленных грыжах,

клинические данные по применению протезов с антибактериальными покрытиями пока отсутствуют.

В последние годы большое число биоактивных агентов – антибиотиков, ци-

токинов и антител к цитокинам, было исследовано в отношении их влияния на фор-

мирование экстрацеллюлярного матрикса, повышение биосовместимости и инте-

грацию биоматериалов. Так, Robson et al. продемонстрировали достоверное сниже-

ние процента образования инцизионных грыж после местного введения TGF-β2,

фактора роста фибробластов (bFGF) и интерлейкина-1β [355, 356]. Улучшение ранозаживления было связано с повышением числа фибробластов и макрофагов в зоне фасциального разреза, ускорением синтеза коллагена и экстрацеллюлярного матрикса и повышением неоваскуляризации. Однако Korenkov et al., в противопо-

ложность вышеизложенным данным, не обнаружили укрепления передней брюш-

ной стенки после местного введения TGF-β1 [357].

В одном из последних исследований была изучена роль тучных клеток в раз-

витии фиброзной реакции вокруг полипропиленовых и полиэстеровых хирургиче-

ских сеток. Orenstein et al. показали, что обработка протезов ингибитором тучных клеток кромолином приводит к достоверному снижению фиброзной реакции и вос-

палительного ответа на имплантируемые сетчатые эндопротезы [358]. Tang et al.,

которые также исследовали возможность влияния на активность тучных клеток,

показали, что одновременное введение антагонистов H1 и H2 гистаминовых рецеп-

торов значительно снижает выход и адгезию нейтрофилов (<20% от контроля) и

моноцитов/макрофагов (<30% от контроля) к имплантату [359].

Кроме того, многими исследователями предпринимались попытки оказать влияние на качество коллагена в соединительной ткани, образующейся вокруг сет-

47

чатого протеза, но лишь гентамицин показал свою эффективность в этом отноше-

нии, приводя к повышению соотношения коллагена I/III в группах животных, ко-

торым были имплантированы ПВДФ сетки с гентамицин-содержащим покрытием

[360].

Однако, несмотря на то, что современные технологии позволяют создавать протезы с биоактивными покрытиями, а идея использования сеток в качестве но-

сителя для лекарственных препаратов представляется достаточно перспективной,

необходимо проведение клинических исследований для подтверждения многообе-

щающих результатов, полученных в экспериментах.

Экспериментальные модели.

Большинство исследований, направленных на улучшение биосовместимости аллопластических материалов, основано на данных экспериментов у животных.

Экспериментальная модель на животных, которая была бы близка к человеческой грыже, могла бы существенно помочь ученым в исследовании различных аспектов лечения грыж. Существующие экспериментальные модели недостаточно хороши,

поскольку искусственно созданный грыжевой дефект у животных не воспроизво-

дит биологические процессы, которые ведут к образованию грыжи у человека, та-

кие, например, как дефекты синтеза коллагена [17]. К тому же, грыжевые дефекты,

которые создаются у животных для тестирования протезов, далеки от тех с кото-

рыми хирург сталкивается в реальной жизни.

Наиболее близкими к хирургической практике считаются модели, которые используют крупных животных, таких как свинья или овца, так как позволяют со-

здавать грыжи, близкие по анатомии к человеческим [361]. Преимущественно на моделях у крупных животных было проведено сравнение лапароскопических и от-

крытых методов имплантации хирургических сеток, способов фиксации протезов и выполнены основные испытания антиадгезивных барьеров и биологических ма-

териалов. Так, именно у свиней было проведено сравнение открытой и лапароско-

пической герниопластик [362]. Для чего у 28 свиней формировали циркулярный дефект ПБС размером 5 см с последующим закрытием его Gore-Tex Dualmesh. 16

животным была выполнена открытая, а 12 – лапароскопическая операция. Через 2

48

и 6 недель определяли прочность путем введения в брюшную полость физиологи-

ческого раствора под контролем внутрибрюшного давления до потери герметично-

сти. При этом не было выявлено разницы между группами. Отмечено повышение прочности за счет врастания ткани.

На модели вентральной грыжи у свиней сравнивали покрытую коллагеном сетку из полиэстера с полипропиленовой [363]. Покрытая коллагеном сетка приво-

дила к образованию меньшего числа спаек. Изучая взаимосвязь между тканевым прорастанием и сокращением сетки при использовании полиэстеровых и полипро-

пиленовых сеток, Gonzalez at al. [159] так же использовали модель у свиней. Через

3 месяца после операции определяли прочность сеток и их сокращение. Полиэсте-

ровые сетки сократились в меньшей степени, но были недостоверно слабее, чем полипропиленовые. Winslow et al. [364] на модели вентральной грыжи у свиней выполнили лапароскопическую пластику сеткой ComposixE/X, используя различ-

ные способы фиксации: гвоздики, шурупы или 4 шва Prolene. Авторами было по-

казано, что использование прокалывающих швов связано с увеличением времени операции и приводит к образованию большего числа спаек, не повышая при этом прочности фиксации сетки и не улучшая ее тканевой инкорпорации. Авторами было сделано заключение о необходимости проведения клинического исследова-

ния для определения оптимального метода фиксации сеток к ПБС.

Считается, что только у крупных животных возможно создание адекватной модели паховой грыжи. Благодаря паховой пластики у свиней Uen [365] сравнил

12 Prolene и 12 PerFix сеток. PerFix оказался менее предпочтителен, как с точки зрения анатомической коррекции, так и по механической прочности. В противопо-

ложность пластике PerFix, при которой протез, имеющий конусовидную форму,

при преперитонеальном расположении облитерировал основной фасциальный де-

фект, пластика плоским протезом Prolene позволяла создать достаточное перекры-

тие дефекта. Кроме того, под нагрузкой в группе Prolene возникало меньше случаев появления фасциального дефекта, чем в группе PerFix.

Peiper et al. [47], используя модели у свиней и крупных кроликов (5 – 6 кг),

подтвердили предположение, что риск развития бесплодия достоверно выше при

49

использовании при паховых грыжах хирургических сеток. У 15 свиней с одной сто-

роны производили чрезпаховую преперитонеальную имплантацию ПП сетки, а с другой пластику по Shouldice. Время наблюдения составило от 7 до 35 дней. Ту же операцию выполняли 8 кроликом, с периодом наблюдения в 3 месяца. У кроликов сетка вызывала снижение артериальной перфузии, снижение тестикулирной тем-

пературы и изменения сперматогенеза. Авторы рекомендовали имплантировать СЭ при паховой пластике строго по показаниям, по крайней мере, при билатеральных грыжах.

Однако свиньи обладают одним существенным недостатком. Быстрый и зна-

чительный рост этих животных ограничивает сроки проведения экспериментов.

Эту проблему можно решить, используя специально выведенных животных – мини свиней. Так, в длительном хроническом эксперименте мини свиньи были исполь-

зованы при изучении возможности пластики вентральных грыж аллогенным ацел-

люлярным дермальным матриксом (ADM, Alloderm; в этом исследовании создан из кожи свиньи), в сравнении его с ПТФЭ (Gore-Tex) [366]. Через 3 и 9 месяцев после операции оценивали наличие грыжи, растяжимость имплантата, наличие кровеносных сосудов и биомеханическую прочность. ADM работал так же хорошо,

как и ПТФЭ. Полнослойный срединный дефект ПБС (12х4 см) замещали 2 образ-

цами (6х4 см каждый) ADM или ПТФЭ. Контрольным животным выполняли фас-

циальный разрез размером 3 см с последующим его ушиванием. По 2 грыжи были выявлены в каждой группе. Они образовались за счет несостоятельности швов между фасцией и имплантатом. При этом не было обнаружено разницы между ма-

териалами по силе разрыва через 9 месяцев, но выявлена лучшая васкуляризация в группе ADM.

Следует отметить, что экспериментальные модели с использованием круп-

ных животных, требуют хорошо оснащенных лабораторий, и являются очень доро-

гостоящими. Кроме того, ни свиньи, ни овцы не являются прямоходящими живот-

ными, что не дает возможности воспроизвести с достаточной точностью механиче-

ские воздействия, которые испытывает протез со стороны мышц передней брюш-

ной стенки после имплантации человеку.

50