PECULIARITIES OF TISSUE REACTIONS DURING RESORPTION OF BIODEGRADABLE SUTURE MATERIALS

Full Text

В современной медицине существуют две основные категории шовных материалов: рассасывающиеся (резорбируемые, лизируемые, биодеградируемые) и нерассасывающиеся (нерезорбируемые). Считается, что лизируемые шовные материалы рассасываются по мере заживления раны вследствие процессов гидролиза или протеолиза, нерассасывающиеся шовные материалы остаются в тканях навсегда. Резорбируемые шовные материалы подразделяют на натуральные и синтетические. Простой кетгут (шовный материал натурального происхождения) не используют для ушивания тканей, процесс заживления в которых протекает медленно. Длительная деградация может способствовать инкапсуляции, а не разрушению материала. Относительно низкая стоимость кетгутовой нити все еще является аргументом в приоритетности ее практического применения в отечественной хирургии, хотя мировая практика от него почти отказалась. Высокая реактогенность кетгута сравнима с иммунной реакцией при трансплантации чужеродных тканей. При ушивании чистой раны кетгутом достаточно внесения 100 микробных тел стафилококка, чтобы вызвать гнойное воспаление. Кетгутовая нить, как гетерогенный белок, может вызывать местную тканевую реакцию даже при отсутствии микробов, вплоть до асептических некрозов тканей. Сроки потери прочности и рассасывания кетгута непредсказуемы [1, 3, 7]. Рассасывание синтетических шовных материалов происходит вследствие гидролиза, процесса, при котором вода постепенно проникает в волокна шовного материала и обусловливает разрушение полимерных цепей. Гидролиз вызывает менее выраженную реакцию тканей, чем протеолиз. Синтетические рассасывающиеся шовные материалы делятся на два типа: полифиламентные и монофиламентные. В частности, к полифиламентным хирургическим шовным материалам, состоящим из сополимеров — гликолида (90%) и L-лактида (10%), относят полиглактин 910 [13]. Синтетические полифиламентные рассасывающиеся шовные материалы гораздо прочнее кетгута и обладают меньшей тканевой реактогенностью [16], но и при их применении воспалительная реакция может быть значительно выраженной и длиться до полного рассасывания материала [15]. Кроме того, показаны негативное воздействие на регенерирующие ткани продуктов распада полиглактина 910 [14] и возможность длительного сохранения остатков шовного материала в организме с их инкапсуляцией плотной волокнистой соединительной тканью, а также нарушением функции тканей [5, 10, 11]. Различные осложнения, связанные с неправильным использованием шовного материала, отягощают развитие основного заболевания, тем самым увеличивая сроки пребывания пациента в стационаре [2]. Цель настоящего исследования — изучение особенностей тканевых реакций при деградации различных лизируемых шовных материалов. Материал и методы. Исследование проведено на 6-месячных самцах крыс инбредной линии Wag массой 180–200 г. Все манипуляции с животными осуществляли под общим ингаляционным эфирным наркозом в условиях чистой операционной с соблюдением «Правил проведения работ с использованием экспериментальных животных». Все крысы были получены из вивария Института цитологии и генетики СО РАН, содержание и работу с животными проводили на базе данного вивария. На каждую точку исследования было использовано не менее 6 крыс. После обработки кожи животных спиртом производили разрез в области шеи от основания черепа до лопаток длиной 1–2 см, куда имплантировали шовную нить. Использовали нити простого кетгута толщиной 0,75 мм (Россия), DemeTECH Полиглактин 910 (DemeTECH, США) и Surgilactin (полиглактин 910) (Surgilactin, Великобритания) c химической формулой(C2H2O2)m(C3H4O2)n. Спустя 1, 2, 6 и 12 мес после операции имплантированные материалы биоптировали вместе с окружающими тканями, фиксировали в 4% растворе параформальдегида на фосфатном буфере (рН 7,4) не менее 24 ч, обезвоживали в серии этанола возрастающей концентрации, просветляли в ксилоле и заключали в гистопласт. Срезы толщиной 5–7 мкм окрашивали гематоксилином — эозином, изучали под световым микроскопом Axioimager М1 (Carl Zeiss, Германия) при увеличении до 1200 раз. На срезах у всех животных по формуле S=παβ, где S — площадь эллипса, π=3,1415, α — длина большей полуоси эллипса, β — длина меньшей полуоси эллипса, вычисляли площади гранулем инородных тел и поперечных срезов нитей. Измеряли толщину капсул. Результаты исследования. Через 1 мес после имплантации простого кетгута в месте вживления определялись как крупные деформированные участки нити с площадью поперечного среза приблизительно 0,3 мм2, так и более мелкие 0,007 мм2, вокруг которых отмечали умеренно выраженное продуктивное воспаление с активным ангиогенезом, новообразованием соединительной ткани, гигантоклеточной трансформацией и формированием гранулем (площадью до 0,07 мм2). Встречались гигантские клетки как с элементами кетгута в цитоплазме, так и без него. Вокруг крупных фрагментов нити определялись грануляции и формирующиеся соединительнотканные капсулы толщиной до 300 мкм. В капсулах были видны фибробласты и коллагеновые волокна, которые начинали формироваться в пучки (рис. 1, а). Макрофаги, гигантские клетки, фибробласты, видимо, привлеченные ферментами нейтрофилов, отделяли и изолировали более мелкие части кетгута от основной нити. Единичные нейтрофилы в этот период времени ещё обнаруживались на поверхности кетгута (см. рис. 1, б). Через 1 мес после имплантации полиглактина 910 (DemeTECH) вокруг него наблюдалось формирование соединительнотканных капсул толщиной до 100 мкм, разной степени зрелости с прорастанием коллагеновых волокон между филаментами нити. На поперечном срезе размеры нити достигали 0,3 мм2. В центре шовного материала между филаментами находились остатки фибрина, по которому, видимо, мигрировали клетки, участвующие в воспалительной реакции. Перифокально и между филаментами нити были отмечены признаки умеренно выраженного продуктивного воспаления с гигантоклеточной трансформацией, образованием гранулем (площадью до 0,05 мм2), активным ангиогенезом, новообразованием соединительной ткани (см. рис. 1, в). Вокруг очага воспаления были обнаружены дистрофические изменения периферических нервов. Отмечена фрагментация нити с лизисом мелких её частей гигантскими клетками. Макрофаги и гигантские клетки окружали отдельные филаменты нити, отдаляя их друг от друга, таким образом разволокняя нить. Встречались гигантские клетки инородных тел как с элементами полимера внутри, так и без него (см. рис. 1, г). Через 1 мес после имплантации нити Surgilactin ее нелизированных фрагментов обнаружено не было. В зоне вживления наблюдалось умеренно выраженное продуктивное воспаление: грануляции с признаками формирования плотной соединительной ткани, от слабой до умеренной, лимфогистиоцитарная инфильтрация, дистрофические изменения периферических нервов, полнокровие сосудов (см. рис. 1, д, е). Через 2 мес после имплантации простого кетгута в месте его вживления у одного животного вокруг крупных фрагментов нити были отмечены соединительнотканные капсулы с очагами их частичной инволюции и истончения (до 100 мкм). Перифокально сохранялись признаки умеренного продуктивного воспаления с фиброзной трансформацией грануляционной ткани и очагами рубцевания. Встречались крупные гранулемы (0,05 мм2), в том числе и в отдалении от места имплантации (между мышечными волокнами). Через 2 мес после имплантации полиглактина 910 (DemeTECH) место вживления было обнаружено лишь у одного животного. Нелизированных фрагментов нити выявлено не было. Были отмечены перифокальный склероз с очагами рубцевания, слабо выраженное продуктивное воспаление с несколькими гигантскими клетками, грануляции, полнокровие. Был обнаружен очаг гнойного расплавления нити (рис. 2, а), что может быть связано с повреждением места имплантации и вторичным инфицированием. При этом соединительнотканная капсула была сформирована. Встречались гранулемы площадью до 0,03 мм2. Через 2 мес после имплантации нити Surgilactin место вживления было обнаружено лишь у двух животных из шести. В 1-м из этих двух случаев были выявлены нелизированные фрагменты нити разных размеров (с площадью поперечных срезов до 0,06 мм2), окружённые фиброзированными соединительнотканными капсулами толщиной до 50 мкм. На поверхности нити располагались адгезированные макрофаги. Перифокально отмечалось слабо выраженное гранулематозное воспаление с гигантоклеточной трансформацией и признаками фиброзирования грануляционной ткани (см. рис. 2, б). Гранулемы чаще были параваскулярными и достигали 0,02 мм2. В другом случае были обнаружены псевдокисты с минимальным продуктивным воспалением и фиброзной трансформацией грануляционной ткани перифокально (см. рис. 2, в). Через 6 мес после операции место имплантации кетгута, нитей полиглактина 910 (DemeTECH) и Surgilactin не обнаруживалось ни у одного животного. Через 12 мес после имплантации простого кетгута в одном из 6 выявленных мест вживления были обнаружены крупный деформированный нелизированный инкапсулированный фрагмент нити со слабым перифокальным продуктивным воспалением, рубцовой трансформацией соединительной ткани, дистрофические изменения периферических нервов (см. рис. 2, г). В остальных случаях наблюдали псевдокисты, окруженные волокнистой соединительной тканью с большим количеством сосудов, с перифокальным склерозом, минимальным продуктивным воспалением, дистрофические изменения периферических нервов (см. рис. 2, д). Через 12 мес после имплантации нити полиглактина 910 (DemeTECH) место вживления не было обнаружено ни у одного животного, а нити Surgilactin — лишь у 1 животного. Оно было представлено зоной фиброза с толстостенными склерозированными сосудами (см. рис. 2, е). Обсуждение полученных данных. Отсутствие в зоне имплантации полиморфноядерных лейкоцитов, серозной и фибринозной экссудации уже к 1-му месяцу наблюдения у большинства животных говорит о завершении альтеративной реакции тканей на инородное тело. Активный ангиогенез, новообразование соединительной ткани, гигантоклеточная трансформация с формированием гранулем свидетельствуют о наступлении фазы продуктивного (гранулематозного) воспаления. Присутствие вокруг кетгута единичных нейтрофилов подтверждает их основную роль в межклеточном взаимодействии при хроническом, в том числе гранулематозном, воспалении. Продукты секреции и распада нейтрофилов активируют, кроме системы комплемента, также хемотаксис макрофагов, взаимодействуют с IgG и IgA, калликреин-кининовой системой, системой свертывания и лизиса фибрина, фактором Хагемана, производными арахидоновой кислоты, влияют на бласттрансформацию лимфоцитов, вызывают дегрануляцию тучных клеток [6]. Полиморфно-ядерные лейкоциты воздействует также на пролиферацию и хемотаксис фибробластов, продуцируя лейкотриен В4 и фибробластактивирующий пептид. На межклеточный матрикс нейтрофилы воздействуют путем секреции коллагеназы, эластазы, нейтральных протеаз, кислых гидролаз, катепсинов. Коллаген и продукты его распада (пептиды), в свою очередь, влияют на хемотаксис макрофагов и фибробластов [16]. В разволокнении нитей простого кетгута и полиглактина 910 (DemeTECH) ведущую роль, видимо, играют макрофаги [5]. Структура формирующихся соединительнотканных капсул вокруг нитей простого кетгута и полиглактина 910 (DemeTECH) была близка к окружающей волокнистой соединительной ткани, т. е. наблюдалась тенденция к гистотипическому восстановлению области имплантации. Более крупные гранулемы и более толстые соединительнотканные капсулы, сформированные вокруг нитей кетгута, по сравнению с таковыми при использовании полиглактина (DemeTECH), вероятно, свидетельствуют о разной иммуногенности данных материалов, что, в свою очередь, связано не только с химическим составом инородных тел, но и с их формой и размером, а также со способом их получения [9]. Пучки коллагеновых волокон в фиброзных капсулах вокруг кетгута были гораздо толще и занимали практически весь их объем. К концу 2-го месяца наблюдения происходило созревание соединительнотканных капсул вокруг шовных материалов, которое выражалось в их уплотнении и истончении с преобладанием коллагеновых волокон, что является признаком благоприятного развития процесса. Толстая фиброзная капсула с недостаточным кровоснабжением может способствовать инфицированию материала, что, вероятно, и произошло в случае с использованием полиглактина 910 (DemeTECH). Учитывая факт, что это был единственный случай обнаружения места имплантации в данной группе животных, можно предположить, что активное воспаление затормозило процесс биодеградации нити полиглактина 910 (DemeTECH). У остальных животных этой группы, видимо, произошла реституция, т. е. полное функциональное и морфологическое восстановление исходной ткани. В группе животных с имплантированным кетгутом отмечалась тенденция к уменьшению размеров гранулем по сравнению с предыдущим периодом наблюдения, что, является показателем снижения активности гранулематозного воспаления. При вживлении нити Surgilactin меньший размер гранулем и более тонкие соединительнотканные капсулы вокруг нити, чем при имплантации простого кетгута в этот период наблюдения, вероятно, свидетельствуют о разной иммуногенности данных материалов, что, в свою очередь, может быть связано не только с их химическим составом, но с формой и размером, а также со способом их получения [9, 12]. Через 6 мес во всех группах животных в районе имплантации, вероятно, произошло полное восстановление окружающих тканей, вследствие чего нам не удалось обнаружить мест вживления. Через 12 мес после вживления простого кетгута лишь у одного их 6 животных обнаружили небольшой сильно деформированный фрагмент нити. Подобная задержка биодеградации материала, возможно, была связана с повреждением афферентных периферических нервных волокон, нарушением трофики, изменением активности мононуклеарных фагоцитов, а соответственно, и интенсивности пролиферативного воспаления в зоне вживления. Косвенным подтверждением этого предположения являются обнаруженная дистрофия периферических нервов и снижение интенсивности продуктивного воспаления вокруг места имплантации. Пролиферативный процесс, особенно интенсивный на периферии очага воспаления, где в большей степени и регенерируют нервные волокна, характеризуется высокой интенсивностью анаболизма, контролируемого трофическими нервными влияниями. В нейронах дерепрессия генов, обеспечивающих синтез трофогенов созревания клеток-мишеней, сопровождается репрессией генов, вызывающих синтез трофогенов пролиферации клеток-мишеней [4]. Возможно, в связи с этим в зоне имплантации не произошло полной биодеградации кетгута и репаративной регенерации. В свою очередь это может привести к нарушению функционирования тканей [5, 9–11]. Обнаружение места имплантации у одного из животных с вживленной нитью Surgilactin свидетельствует о субституции в этом очаге. Развитие склеротических изменений в зоне имплантации может привести к нарушению функций тканей [5, 10]. Учитывая, что Surgilactin — это мононить, можно предположить, что такая структура материала менее удобна для биодеградации, чем полинить, т. е. полиглактин DemeTECH, при имплантации которого мест вживления не обнаружили уже через 6 мес наблюдения [8]. Итак, установлено, что реакция тканей на имплантацию различных хирургических материалов протекает по общей схеме, характерной для раневого процесса и реакции на инородное тело: альтерация, экссудация, пролиферация (гранулематоз). К 6–12-му месяцу полная деградация материала с окончательным восстановлением гистоархитектоники окружающих тканей у всех животных произошла лишь при имплантации полиглактина 910 (DemeTECH). Показана возможность завершения процесса биодеградации изучаемых материалов как с полным восстановлением гистоархитектоники ткани (реституцией), так и субституцией с развитием перифокального склероза или рубца, что может негативно отразиться на функции органов и тканей.

About the authors

I. V. Kuznetsova

Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine

I. V. Maiborodin

Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine

Email: imai@mail.ru

A. I. Shevela

Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine

M. I. Barannik

Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine

A. A. Manayev

Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine

A. I. Brombin

Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine

V. I. Maiborodina

Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine

References

Supplementary files