диссертации / 73
.pdfГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ “РОССИЙСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Н.И. ПИРОГОВА”
МИНИСТЕРСТВА ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
На правах рукописи
Ануров Михаил Владимирович
Влияние структурных и механических свойств сетчатых протезов на
эффективность пластики грыжевых дефектов передней брюшной стенки
14.01.17 – хирургия
Диссертация на соискание ученой степени
доктора медицинских наук
Научный консультант:
д.м.н., профессор А.П. Эттингер
Москва, 2014
Оглавление
Стр.
Список принятых сокращений………………………………………………….. .4
Введение…………………………………………………………………………....5
Глава 1. Биосовместимость сетчатых протезов, применяемых в хирургии грыж. (Обзор литературы)……………………………………………………...15
1.1Реакция на инородное тело………………………………………………..16
1.2Долгосрочная биосовместимость хирургических сеток: осложнения.....22
1.3Расположение протеза, как фактор биосовместимости………………….30
1.4Свойства хирургических сеток, влияющие на их биосовместимость…..34
1.5Возможные пути повышения биосовместимости хирургических
сеток и снижения числа осложнений……………………………………...44 Глава 2. Материалы и методы.
2.1Объем и структура исследований………………………………………....59
2.2Экспериментальные модели и порядок проведения исследований…….61
2.3Аппаратура и методики проведения исследований……………………...71
Глава 3. Результаты исследований.
3.1Воздействие биоактивных субстанций на процесс формирование рубцовой ткани при имплантации протеза……………………………….88
3.2Влияние расположения протеза относительно мышечного слоя на воспалительный ответ и образование коллагена………………..89
3.3Сравнение биомеханических свойств у 3 типов легких сетчатых протезов……………………………………………………………………..91
3.4Сравнение структурных и механических показателей у стандартных и легких протезов, изготовленных на основе разных типов
трикотажных переплетений……………………………………………….96
3.5Сравнительное исследование передних и задних листков влагалища прямой мышцы живота крысы, кролика и человека……………………111
3.6Моделирование грыжевых дефектов………………………………….....114
3.7Сравнение биосовместимости стандартных сетчатых протезов с разной трикотажной структурой…………………………………….....118
3.8Влияние структурных модификаций на биомеханические свойства сеток и характер возникающих осложнений…………………………....126
3.9Влияние расположения протеза при sublay пластике на его деформационное поведение……………………………………………...135
2
3.10 Оксидативные повреждения волокон сеток и их связь с механическими свойствами……………………………………………..141
Глава 4. Обсуждение результатов………………………………………………144
Глава 5. Классификация сетчатых протезов.
5.1 Анализ существующих классификаций и обоснование концепции системного подхода………………………………………..177
5.2Общая характеристика исследуемых сетчатых протезов и методические дополнения при проведении исследований…………….185
5.3Выделение системных параметров и классифицирование исследуемых сетчатых протезов………………………………………...187
5.4Использование системных параметров для построения классификации……………………………………………………………210
Заключение……………………………………………………………………….223
Выводы…………………………………………………………………………....248
Практические рекомендации……………………………………………………252
Список литературы………………………………………………………………254
3
Список сокращений.
ПБС – передняя брюшная стенка ПОВГ – послеоперационная вентральная грыжа ПП (PP) – полипропилен
ПВДФ (PVDF) – поливинилиденфторид ПЭТ (PET) – полиэтилентерефталат ПТФЕ (PTFE) – политетрафторэтилен ПГ (PG) – полиглекапрон
СЭ – сетчатый эндопротез СЭМ – сканирующая электронная микроскопия
ИПОМ (IPOM) – интраперитонеальная техника имплантации сетки
(intraperitoneal onlay mesh)
ВБД (IAP) – внутрибрюшное давление
Hg ст. – ртутный столб
ММП (MMP) – матриксные металлопротеиназы ИЛ (IL) – интерлейкин
ТРФ-бетта (TGF-β) – трансформирующий ростовой фактор ФНО (TNF) – фактор некроза опухоли
FBR – реакция на инородное тело
ГКИТ (FBGC) – гигантские клетки инородных тел ЭЦМ (ECM) – экстрацеллюлярный матрикс
ИМТ – индекс массы тела
4
Введение.
Актуальность проблемы.
В последние годы во всем мире отмечается рост числа лапаротомий. По обоб-
щенным статистическим данным, которые приводят в своих статьях различные ав-
торы [1-5], операции на органах брюшной полости осложняются формированием послеоперационных вентральных грыж у 10 – 28% пациентов, даже при благопри-
ятном течении послеоперационного периода. Эта негативная тенденция связана не только с ростом общего количества хирургических вмешательств и расширением показаний к операциям, но и с увеличением числа пациентов, страдающих ожире-
нием, сахарным диабетом и нарушениями синтеза коллагена. Поэтому, несмотря на значительные успехи хирургии, во всех странах наблюдается как абсолютное,
так и относительное увеличение числа больных послеоперационными вентраль-
ными грыжами [6, 7].
Послеоперационные вентральные грыжи характеризуются большим разнооб-
разием по локализации и размеру, и приводят к инвалидизации значительной части пациентов [8-12]. Лечение таких больных требует существенных временных и ма-
териальных затрат [6]. Наиболее ощутимым вкладом в повышение стоимости лече-
ния является развитие осложнений, самым серьёзным из которых является, без-
условно, рецидив грыжи [13, 14]. Причем процент рецидивов после пластики соб-
ственными тканями продолжает оставаться на достаточно высоком уровне, состав-
ляя 25-60% при средних, больших, гигантских грыжах и 10% при грыжах малых размеров [15]. Основной причиной неудач являются дегенеративные процессы,
происходящие в используемых для пластики тканях [2, 15-17]. Кроме того, измене-
ния формы и расположения мышц, часто сопровождающиеся утратой медиальной точки фиксации, приводят к нарушению их сократительной функции и развитию миогенной контрактуры [18]. Морфологические и морфометричесикие исследова-
ния передней брюшной стенки подтверждают развитие мышечной атрофии и воз-
никновение жирового перерождения мышечно-фасциальных структур [10]. В этой ситуации натяжение тканей при пластике грыжевых дефектов вызывает микроцир-
куляциркуляторные нарушения и дальнейшее прогрессирование дистрофических
5
процессов [19]. Поэтому подавляющее большинство пластик грыжевых дефектов во всем мире выполняется с использованием дополнительных материалов, обеспе-
чивающих сопоставление краев без значительного механического натяжения [20].
Следует отметить, что наибольшие успехи современной хирургии грыж свя-
заны с внедрением синтетических протезов из инертных полимеров. В 1958 году
Francis Usher впервые применил полиэтиленовую сетку [21, 22]. Спустя несколько лет им же была разработана и имплантирована первая полипропиленовая сетка [23, 24], предварившая в последующие десятилетия переход к полипропилену и появ-
ление протезов из других синтетических материалов. Использование протезов из синтетических полимеров при пластике грыжевых дефектов позволило уменьшить число рецидивов, но привело к развитию послеоперационных осложнений, кото-
рые связывают с реакцией организма на инородное тело – формированию дли-
тельно, до нескольких лет, существующих вокруг протеза сером, патологического фиброза, появлению хронических болей, сморщиванию протезов, образованию свищей и выраженному спаечному процессу [25-29].
В 1997 году PK Amid проанализировал проблемы, которые возникали после пластики грыжевых дефектов передней брюшной стенки с применением протезов из химически инертных полимеров, и впервые сделал вывод, что с конкретными осложнениями их связывают физические и структурные свойства (размер пор и по-
ристость) [30]. Основываясь на размере пор, наиболее часто используемые в хи-
рургии грыж протезы были разделены на 4 типа. Появление классификации позво-
лило проанализировать частоту и характер осложнений, вызванных протезами с определенными структурными свойствами. Началась новая эра в развитии гернио-
логии, оказалось, что возможно объективно оценивать результаты пластики грыж в зависимости от типа протеза и способа его имплантации. В итоге было показано,
что протезы с макропористой структурой обладают высокой способностью к тка-
невой интеграции, а побочные эффекты макропористости минимальны при надфас-
циальной или ретромускулярной пластике [31], в связи с чем, макропористые сетки получили наибольшее распространение в герниологической практике. При этом обращал на себя внимание тот факт, что все протезы, которые PK Amid отнес к
6
макропористому типу, имели трикотажную структуру и состояли из монофила-
ментных полипропиленовых нитей.
Выпускаемые до середины 90-х годов хирургические сетки были представ-
лены исключительно тяжелыми ПП конструкциями с поверхностной плотностью свыше 100 г/м2. Эти трикотажные структуры состояли из относительно толстых нитей, отличались плотным расположением петель и обладали малым размером пор. Интеграция подобных биоматериалов проходила на фоне выраженной воспа-
лительной реакции на инородное тело с образованием избыточного количества гру-
бой соединительной ткани, ограничивающей подвижность ПБС. В ряде случаев от-
мечалась тенденция к инкапсуляции протеза и перерождение соединительной ткани в хрящевую [32]. В результате возникало редкое, но калечащее пациентов осложнение «stiff abdomen» [33], которое подталкивало исследователей к актив-
ному поиску решения этой проблемы. Еще одним негативным последствием избы-
точного образования фиброзной ткани являлось «сморщивание» протеза. В боль-
шинстве случаев сетки сокращались приблизительно на 20 % от исходных разме-
ров, однако у части пациентов сокращение протеза достигало 50 или более % и со-
провождалось рецидивом грыжи, выходившей из-под края имплантата [34].
Для того, чтобы минимизировать формирование рубцовой ткани, было пред-
ложено снизить удельный вес и увеличить размер пор [35]. Теоретическим обосно-
ванием снижения материалоемкости сеток явились исследования механизмов воз-
никновения и слияния гранулем вокруг волокон, которые вызывали феномен
«bridging» [35], а также расчеты действующих на имплантат максимальных нагру-
зок, показавшие избыточную прочность тяжелых протезов [36]. В конце 90-х было создано большое количество облегченных конструкций с поверхностной плотность менее 90 г/м2. Использование облегченных сеток помогло решить проблему «stiff abdomen» и уменьшить воспалительный ответ на имплантацию, направив развитие протезов по пути дальнейшего снижения поверхностной плотности и укрупнения пор. Начались поиски «идеальной сетки», которые превратились в гонку облегче-
ния протезов [37]. К сожалению, многие технологические перспективы для усовер-
шенствования структуры с целью оптимизации механических свойств и улучшения
7
тканевой интеграции остались незамеченными. Это очень странно, так как именно на данном этапе появились исследования, посвященные биомеханике передней брюшной стенки [38-40], и проводились механические испытания апоневрозов и белой линии живота [41, 42].
Первая легкая крупнопористая легкая сетка Vypro появилась в 1999 году, а
вскоре ее сменила усовершенствованная Vypro II. В последующие 5 – 6 лет все ве-
дущие компании, специализирующиеся на производстве шовных материалов, из-
готовили легкие сетки со значительной редукцией полимера, главным образом, по-
липропилена, поверхностная плотность которых была менее 45 г/м2. При этом ком-
пании из года в год только наращивали производство, выпуская ежегодно до 50
новых хирургических сеток. [20]. Скорость, с которой выпускались и обновлялись коммерческие протезы, повлияла и на качество проводимых исследований, превра-
тив большинство из них в простое сравнительное тестирование готовых коммерче-
ских продуктов. Использование в этих исследованиях самых современных имму-
нологических и гистохимических тестов, возможно, расширило наше представле-
ние о механизмах тканевого ответа на полимер, но не приблизило к ответам на клю-
чевые вопросы: с какими структурными и механическими свойствами сетчатого протеза могут быть связаны те или иные осложнения, и каким требованиям в каж-
дом конкретном случае должны отвечать эти свойства для того, чтобы протезиру-
ющая пластика была эффективна у каждого пациента. Все это привело к тому, что появление «идеального протеза» не состоялось. Уже первые рандомизированные клинические исследования показали увеличение рецидивов при использовании легких сеток [43]. В экспериментальных работах отмечали такие осложнения как миграция в полый орган [44], выраженный спаечный процесс [45] и стриктура се-
мявыносящего протока [46, 47]. В последние годы были опубликованы случаи раз-
рывов легких сеток, подтвержденные во время повторной операции [48-50].
До сих пор остается неясно, до каких величин надо увеличивать поры и уменьшать вес и нужно ли это делать, чтобы избежать осложнений [51]. Очевидно,
что в результате облегчения снижается интенсивность реакции на инородное тело и возрастает эластичность структуры, в связи с чем, вокруг сеток не образуется
8
рубцовая ткань, и они не ограничивают подвижность ПБС [35, 38, 52]. Улучшенная интеграция приводит к тому, что сетчатые протезы после имплантации становятся частью мышечно-фасциального комплекса, и не только закрывают дефект, но и функционируют вместе с мышцами и фасциями, которые укрепляют или восста-
навливают. Поэтому можно предположить, что осложнения, возникающие после имплантации, могут быть связаны с несоответствием механических свойств легких сеток и действующих на них нагрузок.
Понятно, что выпускаемые в настоящее время протезы не могут замещать мышцы, так как не способны активно сокращаться, но современные хирургические сетки могут и должны взять на себя функции фасций, которые, являясь мягким ме-
ханическим каркасом [53], служат опорой мышцам, передавая их активные сокра-
щения. В клинических исследованиях практически невозможно подтвердить или опровергнуть жизнеспособность этого утверждения и определить структуру сетча-
того протеза, обладающую необходимым набором функциональных свойств. Дли-
тельный срок, который проходит от момента операции до развития некоторых осложнений, таких, например, как рецидив, а также невозможность контролиро-
вать результаты текущих изменений методов, материалов и техник, снижают ин-
формативность клинических данных [54]. Дополнительную сложность создает многообразие госпитальных ситуаций [55, 56] и отсутствие единых подходов и стандартов [54, 57, 58]. Значительный вклад в развитие протезирующей пластики принадлежит экспериментальным исследованиям. Однако в настоящее время эти исследования проводятся разрозненными научными группами и сфокусированы на изучении отдельных проблем или решении узко прикладных задач. В связи с чем полученные в них данные имеют ограниченное практическое значение как для кли-
нического выбора протеза, так и для разработки и усовершенствования протезиру-
ющей конструкции. Кроме того, большинство существующих экспериментальных моделей послеоперационной грыжи не отражает тех нарушений биомеханики пе-
редней брюшной стенки, которые развиваются у людей, что затрудняет проведение объективного сравнения эффективности пластик различными типами сетчатых протезов. Необходим принципиально новый подход, позволяющий моделировать
9
взаимодействия протеза и замещаемых тканей. Только комплексная оценка струк-
турных и механических свойств большой группы протезов по единым стандартным методикам с последующим изучением их влияния на тканевую интеграцию и риск развития осложнений в эксперименте на адекватной модели грыжи может лечь в основу изучения современных протезов и помочь выявлению и профилактике спе-
цифических осложнений после протезирующей пластики.
Цель работы.
Комплексное исследование структурных и механических свойств сетчатых протезов для выделения параметров, определяющих взаимодействия протеза с тка-
невым окружением передней брюшной стенки, и создания на их основе многоуров-
невой классификации, учитывающей функциональные ресурсы различных кон-
струкций хирургических сеток.
Задачи исследования.
1. Определить оптимальное расположение сетчатого протеза относительно мышеч-
ного слоя и установить влияние биомеханических взаимодействий на интеграцию протеза в мышечно-фасциальные ткани передней брюшной стенки.
2. Провести сравнительную оценку трикотажной структуры и механических свойств у различных типов сетчатых протезов для определения комплекса парамет-
ров, с помощью которых можно прогнозировать результаты пластики грыжевого дефекта в отдаленные сроки после операции.
3.Изучить механические свойства переднего и заднего листков влагалища прямой мышцы живота человека в двух перпендикулярных направлениях: вдоль и поперек белой линии.
4.Сравнить анатомию и механические свойства листков влагалища прямой мышцы живота у лабораторных животных и человека и разработать экспериментальную модель послеоперационной грыжи, максимально отражающую нарушения биоме-
ханики ПБС, развивающиеся у людей.
10