диссертации / 73
.pdfпротивляться изменению формы в момент прогиба петли. Упругость отражала воз-
можность материала восстанавливать форму петли (распрямляться) после снятия нагрузки.
Результаты нашего исследования показали, что жесткость на изгиб – это ме-
ханическая характеристика, которая в тестах преимущественно зависела от мате-
риалоемкости протеза и применяемого полимера. Материалоемкость и полимер устанавливали диапазон возможных изменений жесткости, в рамках которого три-
котажная структура определяла уровень жесткости протеза, соотношение жестко-
сти в продольном и поперечном направлении, а также изменения жесткости при лицевом или изнаночном расположении. В отличие от жесткости, упругость на из-
гиб являлась, прежде всего, характеристикой трикотажной структуры, которая также учитывала объем и тип полимера нитей (материалоемкость и тип полимера устанавливали минимальный уровень упругости). Для оценки механических свойств протезов на изгиб крайне важно определить оба параметра. Значения жест-
кости на изгиб в двух направлениях показывают насколько удобно манипулировать с протезом и дают представление о его взаимодействии с окружающими тканями.
Знание обоих показателей позволяет прогнозировать поведение протеза, как в про-
цессе хирургических манипуляций, так и под действием мышечных нагрузок на изгиб.
В 5-ой серии провели сравнительное исследование анатомии ПБС и механи-
ческих свойств фасций у крысы, кролика и человека. После эвтаназии у 6 крыс-
самцов породы Вистар весом 450 – 510 г и 4 кроликов-самцов весом 3.5 – 3.7 кг вдоль белой линии широко рассекали кожу, с обеих сторон кожу с подкожно-жи-
ровой клетчаткой отделяли от мышц и фасций и послойно препарировали мышцы и фасции. Из переднего и заднего листка влагалища прямой мышцы в мезогастраль-
ной области вырезали по одной пробе вдоль и попрек белой линии размером 6-8
мм в ширину и 14-15 мм в длину. С помощью цифрового индикатора измеряли их толщину, после чего проводили их испытания на растяжение до разрыва. Для срав-
нения анатомических особенностей строения ПБС человека и животных были ис-
пользованы данные из научных статей и атласа анатомии человека под редакцией
231
Синельникова Р.Д. Образцы фасций передней брюшной стенки человека для испытаний на растяжение взяли у 4 мужских и 4 женских трупов в судебно-медицин- ском морге №2 г. Москвы. Возраст погибших находился в пределах 30 – 60 лет, время после смерти не превышало 2 суток. В мезогастральной области с обеих сторон от белой линии иссекали по одной полоске размером 60 х 30 мм из наружного
ивнутреннего листков апоневроза прямой мышцы живота. С одной стороны вырезали полоски вдоль белой линии, а с другой поперек.
Вмезогастральной области ламинарное анатомическое строение передней брюшной стенки крысы было похоже на строение передней брюшной стенки человека. Основное отличие касалось гипогастральной области, где у крыс отсутствовал апоневроза наружной косой мышцы живота, так как мышечные волокна без образования фасциальной структуры переходили в наружный листок влагалища прямой мышцы живота. Не было также выявлено принципиальных отличий от крыс в анатомическом строении мышечного слоя ПБС у взрослых кроликов. Из особенностей обращал на себя внимание больший размер живота относительно туловища и его более округлая форма. Результаты тестов на растяжение показали, что механические свойства фасциальных листков у человека так же, как и у лабораторных животных, отличались вдоль и поперек белой линии. Максимальной прочностью и жесткостью листки обладали попрек белой линии, а наибольшей эластичностью вдоль. В корреспондирующих направлениях прочность и жесткость переднего листка была выше, чем у заднего. Прочность и жесткость листков у мужчин в обоих направлениях была достоверно выше, чем у женщин, а прочность и жесткость мужских и женских листков выше, чем у кролика и крысы. Между животными также были выявлены различия механических свойств, которые заключались в том, что фасции крысы имели более выраженную анизотропию и были менее прочными и жесткими в соответствующих направлениях относительно белой линии живота. Основываясь на похожей архитектуре мышц и механических свойствах фасциальных листков, мы сделали вывод, что взрослые лабораторные крысы
икролики являются оптимальными кандидатами для моделирования грыжевых дефектов и протезирующей пластики в верхних и средних отделах живота. Поэтому
232
в 6-ой серии, состоявшей из двух этапов, разрабатывали оптимальную методику воссоздания грыжевого дефекта для тестирования сетчатого протеза у двух видов лабораторных животных – крыс и кроликов.
На первом этапе использовались две методики моделирования грыжи, при которых производилось вскрытие брюшной полости. В 3-х группах (n=3) после срединной лапаротомии у крыс-самцов весом 290 – 320 г производили ушивание фасций на катетерах трех разных диаметров 2.4, 4.8 и 7.2 мм. В 4-ой группе (n=8) в
мезогастральной области иссекали прямые мышцы, и к краям раны подшивали большой сальник. Через 28 дней животных выводили из опыта, макроскопически обследовали с наложением пневмоперетонеума и введением теплого раствора ба-
рия в желатине в аорту для контрастирования сосудистой сети передней брюшной стенки. Закрытие лапаротомных ран на катетерах диаметром 2.4 и 4.8 мм не при-
вело к развитию несостоятельности раны или образованию фасциальных дефектов ни у одного животного через 28 дней после операции. В группе, где закрытие раны производилось на катетере диаметром 7.2 мм, у всех животных произошла подкож-
ная эвентрация. У всех восьми животных, которым формировали дефект и закры-
вали его большим сальником, через 28 дней сформировались послеоперационные грыжи с хорошо выраженным грыжевым мешком. Под действием механических нагрузок и ВБД ткань сальника растягивалась и замещалась соединительной тка-
нью. Несмотря на образование грыжи, модель сопровождалась рядом негативных последствий. Иссечение прямых мышц нарушало анатомию и функциональную ак-
тивность передней брюшной стенки, а подшивание сальника вызывало смещение внутренних органов. Кроме того, лапаротомия и фиксация сальника способство-
вали развитию спаечного процесса в брюшной полости.
Поэтому на втором этапе была разработана методика создания дефекта без вскрытия брюшной полости у двух видов лабораторных животных: крыс и кроли-
ков. У 5 крыс-самцов породы Вистар весом 440 – 480 г под общим обезболиванием рассекали кожу вдоль средней линии и выделяли наружные листки апоневроза. С
обеих сторон от белой линии отсекали прямые мышцы живота на протяжении 50
мм и отделяли задний листок апоневроза. Затем полностью удаляли белую линию,
233
частично резецировали медиальные края прямых мышц живота и формировали де-
фект размером 16-18 мм в ширину и 26-28 мм в длину. Через 2 месяца под наркозом проводили грыжевой тест, механические испытания и гистологическое исследова-
ние ткани из области дефекта. У всех крыс через 2 месяца сформировались после-
операционные грыжи, которые были легко выявлены при повышении ВБД от 5 до
10 мм Hg cт с помощью введения физиологического раствора в брюшную полость
(грыжевом тесте). Гистологическое исследование показало, что грыжевой мешок состоял из гиалинизированной соединительной ткани, которая изнутри была вы-
стлана слоем мезотелиальных клеток.
У 5 кроликов-самцов породы Шиншилла весом 3.5 – 3.8 кг под общим обез-
боливанием рассекали кожу ПБС на 2 см латеральнее средней линии и выделяли наружные листки апоневроза. Далее с обеих сторон производили отсечение прямых мышц живота от белой линии на протяжении 7 – 8 см и отделение от внутренних листков апоневроза. После этого частично резецировали мобилизованные медиаль-
ные края прямых мышц и формировали дефект размером 3 х 4 см. Через 2 месяца животных повторно наркотизировали и обследовали. В условиях пневмоперитоне-
ума под давлением 4 – 5 мм Hg ст. определяли наружные размеры грыжевого вы-
пячивания и размеры грыжевого кольца, производили фотосъемку и выводили жи-
вотных из опыта. После чего иссекали ткани грыжевого мешка и грыжевого кольца для механических испытаний и гистологического исследования. Через 2 месяца у всех кроликов завершалось образование грыжевого выпячивания больших разме-
ров и сформировалось грыжевое кольцо. При проведении диагностической лапаро-
скопии у всех животных подтвердили образование грыжевого дефекта, содержа-
щего все компоненты вентральной грыжи. При гистологическом исследовании грыжевой мешок был представлен фиброзной тканью, в которой отсутствовали со-
суды и клеточные включения.
Таким образом, у обоих видов животных сформировались типичные средин-
ные грыжевые дефекты без каких-либо сопутствующих осложнений, которые могли бы усложнить интерпретацию тканевых реакций на имплантацию протеза.
234
В дальнейшем при исследовании биосовместимости сетчатых протезов, чтобы со-
кратить сроки эксперимента, модель грыжи, которую создавали у крыс, модифици-
ровали. Формирование грыжевого дефекта и его пластику по способу sublay вы-
полняли одномоментно.
В 7-ой серии провели сравнительные исследования биосовместимости 4-х
стандартных сетчатых ПП протезов с близкой материалоемкостью, изготовленных на основе 4 видов трикотажных переплетений: Premilene (атлас), Esfil Standard
(трико-атлас), Prolene (трико-сукно) и Parietene Standard (филейное на основе ат-
лас). У 24 крыс-самцов весом 410 – 460 г породы Вистар, разделенных на 4 группы
(n=6), производили замещение миофасциального дефекта исследуемыми проте-
зами, которые располагали петельными столбиками вдоль средней линии. Через 6
месяцев после имплантации хирургических сеток животных выводили из экспери-
мента. Проводили грыжевой тест, определяли количество абдоминальных спаек,
связанных с имплантатом и наличие осложнений. Затем при стереомикроскопии в проходящем свете определяли площадь дефекта, заполнение соединительной тка-
нью структуры протезов, характер сосудистого рисунка и сохранность трикотаж-
ной структуры. При гистологическом исследовании оценивали выраженность вос-
палительной реакции, клеточный состав воспалительных инфильтратов и качество соединительной ткани.
Результаты исследования показали, что через 6 месяцев после имплантации во всех группах развивались осложнения, которые были связаны с перенесенной острой воспалительной реакцией на протез и имплантацию, и хронической воспа-
лительной реакцией на инородное тело. Однако, несмотря на избыточную матери-
алоемкость стандартных протезов, вид трикотажного переплетения оказывал суще-
ственное влияние на интенсивность воспалительных реакций и характер осложне-
ний в группах. Сетки Esfil с разряженной неравномерной структурой и высокой подвижностью составных частей вызывали воспалительную реакцию вплоть до от-
торжения, вероятнее всего, за счет механической травматизации окружающих тка-
ней. Сетки Premilene за счет плотной структуры поддерживали продолжительную
235
воспалительную реакцию, которая сопровождалась формированием тяжей рубцо-
вой соединительной ткани, стягивающей и деформирующей протез вдоль петель-
ных столбиков. Сетки Prolene, имевшие неравномерное заполнение полотна из-за чередования двойных петельных столбиков и одиночных протяжек, вызывали наиболее разнообразные тканевые реакции: от выраженного воспаления до явле-
ний фиброза и гиалиноза. Сетки Parietene S относительно равномерно заполнялись зрелой соединительной тканью, но в области скопления элементов (узлов нитей)
возникали воспалительные очаги, фокусы грануляционной ткани и скопления ги-
гантских клеток инородных тел. Таким образом, характер локальных осложнений и особенность тканевых реакций в группах были связаны, как с избыточной мате-
риалоемкостью, так и с распределением элементов в структуре протеза и их по-
движностью или взаимодействием друг с другом.
Предположив, что нарушение процессов ранозаживления и возникновение осложнений происходило, в том числе, за счет разной подвижности структурных звеньев и упругости нитей, а также за счет различных механических свойств мате-
риала, в следующей 8-ой серии мы изучили тканевой ответ на структуру и биоме-
ханические взаимодействия у протезов с модифицированной трикотажной кон-
струкцией, изготовленных на основе переплетений атлас и трико-атлас. В группе атлас исследовали стандартную сетку Surgimesh, структура которой подвергалась жесткой термопластической обработке, и облегченную конструкцию Optilene LP.
В группе трико-атлас исследовали стандартную сетку Uniflex, изготовленную из ПВДФ нитей, и сетку Esfil Light с уменьшенной материалоемкостью. У 20 крыс-
самцов весом 430 – 470 г формировали срединный миофасциальный дефект и за-
крывали его по способу sublay одним из 4-х протезов. В каждой группе (n=5) про-
тезы располагали петельными столбиками вдоль средней линии. Через 6 месяцев после операции животных выводили из опыта и обследовали по стандартному про-
токолу.
В результате технологических изменений, внесенных в структуру стандарт-
ных протезов, у них появились другие механические свойства. Протез Surgimesh
отличался от Premilene отсутствием вязко-эластической растяжимости по причине
236
жесткой термопластической обработки, а Uniflex от Esfil Standard – сниженной жесткостью на растяжение и изгиб, потому что был изготовлен из ПВДФ нитей.
После имплантации протезы Surgimesh вызывали выраженную воспалительную ре-
акцию, которая способствовала возникновению гнойных осложнений, нарушала интеграцию протеза в мышечно-фасциальный слой и явилась причиной ухудшения общего состояния животных. В связи с высокой плотностью заполнения полотна и сильно термопластированной структурой, структурные элементы, обладавшие ма-
лой подвижностью, были окружены неоднородной соединительной тканью, имели тенденцию к инкапсуляции и образованию гиалинового хряща. После имплантации структура сетки Uniflex показала лучшую способность к тканевой интеграции, чем
Esfil S. Об этом свидетельствовал целый ряд признаков – общее состояние живот-
ных, меньшая тяжесть осложнений, макрофагальный тип воспаления вместо лей-
коцитарного и образование более выраженных слоев зрелой соединительной ткани.
Вероятнее всего, повышение биосовместимости было обусловлено более эластич-
ными на изгиб ПВДФ нитями, которые в процессе перегруппировки структуры меньше травмировали окружающие ткани.
В группах легких сеток осложнения возникли из-за того, что в результате ре-
дукции полимера их структуры утратили определенные механические свойства.
После имплантации сетки Esfil L испытывали максимальные нагрузки на изгиб вдоль петельных столбиков. В этом направлении материал протеза обладал низкой жесткостью и недостаточной упругостью на изгиб, поэтому у всех животных через
6 месяцев образовались поперечные складки. Так как часть материала уходила в складку, все сетки уменьшились в длину в среднем на 19.3% (p<0.05) и в 3 случаях под нижним краем образовались грыжевые дефекты. В группе Optilene LP, в связи с утратой у структуры сетки способности сопротивляться нагрузка на растяжение,
у всех животных протезы под воздействием боковых мышц растягивались в ши-
рину (на 12.6 + 1.5%) и сокращались в длину (на 12.9 + 1.9%, p<0.05). В результате сокращения нижний край сетки смещался в область дефекта и в двух случаях под ним сформировались краевые дефекты. Таким образом, редукция количества поли-
237
мера привела к изменению механических свойств, вследствие чего возникли де-
формационные изменения сеток, в результате которых у части животных в обеих группах образовались краевые грыжевые дефекты. Характер деформационных из-
менений определялся особенностями трикотажной структуры, т.е. расположением и подвижностью элементарных звеньев относительно друг друга при механических нагрузках. Кроме того, не произошло и ожидаемого уменьшения воспалительной реакции. Подвижные структурные элементы причиняли повреждения молодой гра-
нуляционной ткани, о чем свидетельствовали множественные мелкие кровоизлия-
ния, и поддерживали воспалительную реакцию.
В следующей 9-ой серии после сопоставления механических параметров се-
ток и фасциальных листков ПБС крысы, отражающих прочность и жесткость в двух направлениях, мы проверили концепцию биомеханического соответствия сетки протезируемым структурам. С этой целью для пластики грыжевого дефекта у 36
крыс-самцов весом 430 – 480 г использовали 3 легкие анизотропные сетки с разной структурой и механическими характеристиками на растяжение и изгиб (Parietene light, Dyna light и Ultrapro). Каждую сетку имплантировали 12 животным, но при этом у одной половины животных ее располагали петельными столбиками вдоль средней линии, а у другой – поперек. Через 6 месяцев животных обследовали на предмет осложнений, связанных с деформационными изменениями сеток. При сте-
реомикроскопии определяли структурные изменения протезов. В механических те-
стах вдоль и поперек средней линии оценивали прочность и жесткость протезиро-
ванных передних брюшных стенок. Проводили гистологические исследования, об-
разовавшейся соединительной ткани и оценивали воспалительную реакцию вокруг протезов.
Три легкие сетки, которые имплантировали животным, обладали разными трикотажными конструкциями и механическими характеристиками. Их объеди-
няло то, что они были анизотропны и при расположении петельными столбиками поперек средней линии механические параметры сеток показывали оптимальное соответствие предполагаемым нагрузкам и фасциальным листкам. Расположение
238
петельными столбиками вдоль средней линии, наоборот, по параметрам не соот-
ветствовало нагрузкам, и должно было привести к деформационным изменениям и осложнениям. Через 6 месяцев после пластики протезированная область лишь в группах с поперечным расположением протезов Dyna L и Parietene L по своим ме-
ханическим характеристикам была близка к наружному листку влагалища прямой мышцы живота. В этих группах сетки, уложенные направлением максимальной эластичности вдоль средней линии и максимальной жесткости поперек, в наиболь-
шей степени обеспечили механическую стабильность наружному листку и одно-
временно не ограничивали изменения его длины при мышечных сокращениях и движениях ПБС. Зрелая соединительная ткань, сформировавшаяся вокруг проте-
зов, была плотно связана с наружным листком и практически не отличалась от него по составу и направлению коллагеновых волокон. В группе с продольным распо-
ложением Parietene L у всех животных отметили образование поперечных складок.
Причиной образования складок была низкая жесткость и упругость на изгиб в про-
дольном направлении (1.5 + 0.1 сН, 57.7 + 2.1 %). За счет складок длина сеток уменьшилась в среднем на 14.6% и в 2 случаях под нижним краем появились гры-
жевые дефекты. В группе с продольным расположением Dyna L сетки растягива-
лись в ширину в среднем на 11.5% и сокращались в длину на 12.3%. Нижний край сетки смещался вверх и под ним у 2 животных сформировались краевые дефекты.
В группах с продольным расположением протезов Dyna L и Parietene L несовпаде-
ние с мышечными нагрузками приводило к деформационным изменениям, а несов-
падение с механическими свойствами наружного и внутреннего листков к ограни-
чению подвижности листков и последующей их гипотрофии. Постоянный стресс сдвига, нарушавший функциональную активность фибробластов, с одной стороны вызвал образование очагов патологического фиброза вокруг узловых соединений сетки, а с другой стороны привел к отграничению сетки от фасциальных структур широкими полосами жировой ткани. В итоге протезированная передняя брюшная стенка в поперечном направлении не приобрела достаточной жесткости и прочно-
сти, а в продольном утратила природную эластичность.
239
В отношении Ultrapro полученные результаты также подтвердили возмож-
ность с помощью механических параметров прогнозировать деформационное по-
ведение и осложнения. Сложная структура сетки при поперечном расположении успешно противостояла боковым нагрузкам на растяжение за счет высокой жест-
кости и прочности вдоль петельных столбиков, но в тоже время не обладала доста-
точной жесткостью и упругостью на изгиб (2 сН и 59%) в продольном направлении,
что приводило к образованию волнообразных складок. В группе с продольным рас-
положением Ultrapro у всех животных были обнаружены повреждения протезов: от обширных разрушений с образованием грыжи у 2 двух животных до разрыва от-
дельных цепочек и петель у остальных. В продольном положении ее структура была ориентирована к боковым мышцам направлением, в котором у нее была как низкая жесткость, так и низкая прочностью (14.3 + 0.9 Н/см). Поэтому сетка не вы-
держивала повторяющихся нагрузок и сильно растягивалась вплоть до разрывов,
на месте которых формировались центральные грыжи.
Таким образом, пластика срединного дефекта с учетом анизотропных свойств сеток позволила минимизировать деформационные изменения импланта-
тов и избежать возникновения краевых и центральных грыж. Кроме того, за счет биомеханического соответствия был минимизирован эффект смещения слоев. Фас-
ции и протез работали как единый комплекс. В результате происходило формиро-
вание полноценного слоя соединительной ткани и укрепление ПБС (преимуще-
ственно в поперечном направлении), при котором сохранялась ее высокая растяжи-
мость вдоль средней линии.
Известно, что при длительном нахождении в организме полипропиленовые протезы подвергаются оксидации, которая вызывает повреждения волокон и даже приводит к частичному разрушению структуры. Помимо окислительного стресса полимер протезов постоянно испытывает механические воздействия, что также со-
провождается процессом постепенного изменения структуры, который называется утомлением. Предположив, что сочетание процессов оксидации и утомления в определенных условиях обладает синергичным эффектом и может ускорить разру-
шение отдельных элементов, в 10-ой серии через 6 месяцев после имплантации
240