ОСОБЕННОСТИ ПЕРИФОКАЛЬНЫХ ТКАНЕВЫХ РЕАКЦИЙ ПОСЛЕ ИМПЛАНТАЦИИ НЕЛИЗИРУЕМЫХ ХИРУРГИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Полный текст

В современной хирургии сфера применения нерассасывающихся синтетических хирургических материалов постоянно сужается в связи с тем, что они не отвечают основному требованию, предъявляемому к шовным материалам — биодеградации. Однако неабсорбируемые материалы дешевы и удобны в производстве, незаменимы при протезировании (например во время герниопластики) и в швах тканей, находящихся долгое время под натяжением. Оставаясь в тканях навсегда, они могут инкапсулироваться или постепенно мигрировать к поверхности, вызывая при этом воспалительную реакцию в окружающих тканях [2, 9, 12]. Нерассасывающиеся полимеры применяются в современной хирургии в виде шовных нитей и различных эндопротезов. Основными требованиями, предъявляемыми к новейшим нерассасывающимся имплантируемым материалам, являются их химическая инертность и механическая прочность. Абсолютно инертные материалы не прорастут соединительной тканью, так как не вызовут физиологического воспаления. Возникновение и выраженность воспалительной реакции зависит не только от свойств полимера, но также и от площади поверхности, находящейся в контакте с тканями реципиента [1, 15]. Площадь поверхности контакта в значительной мере определяется конструкционными особенностями материала. В частности, для изделий, имеющих значительную площадь истинной поверхности, будет наблюдаться более высокое соотношение макрофагов и гигантских клеток инородных тел в месте имплантации, чем это наблюдается при использовании имплантатов из гладких материалов. В последнем случае тканевая реакция заключается в образовании слоя макрофагов толщиной в 1–2 клетки и несколько слоев фибробластов, миофибробластов и коллагеновых волокон. Эти различия определяют степень развития формирующейся грануляционной ткани [6, 15]. До сих пор до конца не ясно, почему инертные и неиммуногенные хирургические материалы индуцируют воспаление. В научной литературе отсутствуют данные о взаимодействии имплантата с организмом в отдаленные сроки, после отграничения его от живых тканей фиброзной капсулой, также нет сведений о том, как далее ведет себя макрофагальная система и как организм избавляется от имплантата. Подобные данные позволили бы помочь в разработке эффективных методов профилактики и лечения осложнений использования синтетических материалов для эндопротезирования. В связи с изложенным целью настоящего исследования было изучение отдаленных последствий и реакции окружающих тканей на имплантацию нелизируемых хирургических 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. После обработки кожи животных этанолом производили разрез в области шеи от основания черепа до лопаток длиной 1–2 см и подкожно имплантировали изделия из нелизируемых хирургических материалов. Животные были разделены на 2 группы: одним имплантировали нити пролена 3/0 (Ethicon, Johnson & Johnson, Бельгия) (нерассасывающийся монофиламентный шовный материал, состоящий из полипропилена — С3H6n), другим — фрагменты композиционного сетчатого протеза Parietene ProGrip (Covidien, Франция) (полурассасывающаяся самофиксирующаяся сетка, состоящая из 50% полипропилена или монофиламентного полиэстера и 50% полимолочной кислоты). Спустя 1, 2, 6 и 12 мес после операции имплантаты биоптировали вместе с окружающими тканями (на каждую точку исследования использовали не менее 6 крыс). Материал 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. У всех животных на срезах по формуле Ѕ=παβ, где Ѕ — площадь эллипса, π=3,1415, α — длина большей полуоси эллипса, β — длина меньшей полуоси эллипса, вычисляли площади сечений гранулем инородных тел и измеряли толщину соединительнотканных капсул. Результаты исследования. Через 1 мес после имплантации пролена 3/0 в месте вживления обнаруживались крупные инкапсулированные деформированные части нити. Перифокально наблюдалось умеренно выраженное продуктивное воспаление с активным ангиогенезом, новообразованием соединительной ткани, гигантоклеточной трансформацией. Толщина формирующихся вокруг нитей соединительнотканных капсул не превышала 20 мкм. Капсулы были представлены макрофагами, многоядерными клетками — внутренний слой; фибробластами и коллагеновыми волокнами, формирующимися в пучки — менее выраженный наружный (рис. 1, а). В одном из наблюдений было отмечено присоединение к продуктивному воспалению экссудативного в виде умеренной нейтрофильной инфильтрации (см. рис. 1, б). Через 1 мес после имплантации композиционной сетки в зоне вживления было обнаружено умеренно выраженное продуктивное воспаление с гигантоклеточной трансформацией, местами с примесью небольшого числа сегментоядерных лейкоцитов, активным ангиогенезом, формирование соединительнотканных капсул вокруг материала толщиной до 100 мкм (рис. 2, а). Капсулы состояли из слоя макрофагов и гигантских многоядерных клеток, который был более выражен, и слоя фибробластов и коллагеновых волокон, начинающих формироваться в пучки. Встречались гранулемы инородных тел (площадью сечения до 0,03 мм2), изолирующие мелкие обломки сетки. Перифокально отмечались грануляции с полнокровными сосудами и диапедезными кровоизлияниями, новообразование соединительной ткани, компенсаторная гипертрофия нервных волокон. В двух случаях были выявлены очаги присоединения гнойного воспаления на фоне продуктивного. Обращало на себя внимание присутствие фибрина в ячейках сетки (см. рис. 2, б) Через 2 мес после имплантации пролена удалось выявить место вживления лишь у половины животных. Капсулы вокруг обнаруженных нитей были уплотнены и утолщены (их толщина достигала 200 мкм), в них были отмечены дистрофические изменения. Перифокально определялось слабо или умеренно выраженное гранулематозное воспаление с формированием единичных крупных гранулем (площадью сечения до 0,1 мм2), окруженных коллагеновыми волокнами, участки фиброзно-рубцовой трансформации грануляционной ткани (см. рис. 1, в). В группе животных с вживленной композиционной сеткой в этот период времени также не все области имплантации материала были обнаружены. При их обнаружении было отмечено разделение и отдаление друг от друга волокон сетки с их инкапсуляцией. Капсулы были уплотнены и истончены за счет уплощения или исчезновения клеточных элементов. Увеличилось по сравнению с таковым в предыдущий срок наблюдения количество и плотность расположения коллагеновых волокон (см. рис. 2, в). Перифокально было отмечено умеренно выраженное гранулематозное воспаление с появлением довольно крупных инкапсулированных гранулем (площадью сечениядо 0,12 мм2), изолирующих мелкие части сетки, местами в клеточном инфильтрате встречались сегментоядерные лейкоциты, были обнаружены компенсаторно гиперплазированные периферические нервы, грануляции с полнокровными сосудами, встречались диапедезные кровоизлияния и очаги фиброзно-рубцовой трансформации (см. рис. 2, в). В одном из наблюдений был обнаружен очаг гнойного воспаления на фоне гранулематозного. Отмечено созревание соединительнотканных капсул с очагами их частичной инволюции и истончения, но в отличие от таковых при имплантации пролена в них все еще обнаруживались макрофаги и многоядерные клетки. Перифокально наблюдалось слабовыраженное гранулематозное воспаление. Размер гранулем не превышал 0,1 мм2. Их отграничивали от окружающих тканей более выраженные, чем в предыдущий период наблюдения, соединительнотканные капсулы. Кроме того, перифокально определялись дегенеративные изменения периферических нервных волокон и сосудистое полнокровие с диапедезными кровоизлияниями (см. рис. 2, г). Через 12 мес после имплантации пролена была отмечена рубцовая трансформация капсул вокруг нитей и окружающей грануляционной ткани (см. рис. 1, е). Перифокально наблюдалось слабовыраженное гранулематозное воспаление с формированием единичных крупных гранулем инородных тел (площадью сечения до 0,1 мм2), окруженных плотными соединительнотканными капсулами. Через 12 мес после имплантации композиционной сетки было отмечено дальнейшее созревание соединительнотканных капсул вокруг волокон с очагами их инволюции и истончения, но клеточные элементы во внутреннем слое капсулы продолжали обнаруживаться. Перифокально наблюдалось слабо выраженное гранулематозное воспаление с формированием гранулем инородных тел (площадью сечения до 0,1 мм2), окруженных соединительнотканными капсулами. Также усугублялись процессы фиброзно-рубцовой трансформации грануляций, имелись кровоизлияния (см. рис. 2, д), гемосидероз, дегенерация гиперплазированных нервных стволиков. В двух случаях было обнаружено абсцедирование зоны имплантации сетки с формированием внутри кожных свищевых ходов (см. рис. 2, е). В одном из этих случаев сетчатый протез был спаян с дермой. Обсуждение полученных данных. Отсутствие в зоне имплантации материалов полиморфно-ядерных лейкоцитов, серозной и фибринозной экссудации уже к 1-му месяцу наблюдения у большинства животных свидетельствует о завершении альтеративной реакции тканей на инородное тело. Активный ангиогенез, новообразование соединительной ткани, лимфоцито-гистиоцитарная инфильтрация, гигантоклеточная трансформация с формированием гранулем указывают на наступление фазы продуктивного (гранулематозного) воспаления и являются закономерной реакцией тканей на инородное тело [9]. Тот факт, что соединительнотканные капсулы, формирующиеся вокруг сетчатых протезов в этот период наблюдения, были толще, чем капсулы вокруг нитей пролена, и содержали большее количество макрофагов и многоядерных клеток, а в окружающих сетки тканях присутствовали гранулемы инородных тел, вероятно, связан с присутствием в сетках лизируемого компонента (полимолочной кислоты), так как именно эти клетки (макрофаги) в первую очередь принимают участие в биодеградации, запуская процессы гранулемо-и коллагенообразования [4, 7, 8, 12, 15]. Также перифокально при вживлении композиционных сетчатых протезов отмечены более выраженные процессы фиброзно-рубцовой трансформации, чем вокруг нитей пролена. Несмотря на то, что пролен считается инертным материалом, вокруг его нитей через 1 мес после имплантации наблюдались признаки умеренно выраженного продуктивного воспаления с грануляциями и полнокровными сосудами, что, вероятно, является проявлением все еще продолжающейся реакции на инородное тело, которая может протекать довольно длительно [5, 14]. В настоящее время широкое распространение получила теория абсорбции белков реципиента имплантируемым материалом, как основного патофизиологического процесса, ответственного за клеточные реакции. В целом считается, что фагоциты в большей степени взаимодействуют с этими спонтанно абсорбированными белками, чем с самим материалом [5]. Тот факт, что через 2 мес после имплантации пролена и композиционной сетки мы нашли места вживления лишь у половины животных, вероятно, связан с возможностью выведения материалов из организма через свищевые ходы [6, 11]. В этот период времени происходило уплотнение соединительнотканных капсул вокруг изучаемых материалов за счет уменьшения количества клеточных элементов и увеличения — волокон. Однако толщина капсул вокруг пролена, в отличие от сетки, увеличивалась по сравнению с таковой в предыдущий период наблюдения. Обратило на себя внимание появление очагов дистрофии в капсулах, что, вероятно, может свидетельствовать о гистотоксичности материала [10]. Кроме того, толстая фиброзная капсула может быть проявлением неблагоприятного развития процесса в связи с недостаточным ее кровоснабжением. Такие капсулы могут подвергаться кальцификации, вызывая повреждения окружающих тканей и боль, помимо этого, такая капсула может способствовать инфицированию имплантата или усиливать хроническое воспаление вокруг него [6], что, в свою очередь, может приводить к отделению капсулы от имплантата с развитием эмболии, это особенно опасно при кардиоваскулярном протезировании. Спустя 2 мес после операции, признаки более выраженного хронического воспаления были отмечены вокруг волокон композиционной сетки, а не вокруг нитей пролена. Имплантаты отличались так же и степенью развития перифокальной грануляционной ткани. Это можно объяснить различающимися поверхностными свойствами, формой, химическими свойствами имплантатов (наличие в сетке лизируемого компонента) [6, 12, 15]. Обратила на себя внимание гиперплазия периферических нервных стволиков вокруг волокон сетки, что возможно связано с более выраженным воспалением, вызванным этим материалом [3], а в дальнейшем может стать причиной развития в этой области травматических невром и, как следствие, болевого синдрома у реципиента [14]. Через 6 мес после имплантации в соединительнотканных капсулах вокруг исследуемых материалов продолжались процессы созревания, а перифокально — фиброзно-рубцовая трансформация грануляционной ткани с очагами дистрофии (при трансплантации пролена). Внутренний слой капсул вокруг нитей композиционной сетки часто был представлен макрофагами и многоядерными клетками, а вокруг пролена все капсулы включали коллагеновые волокна и фиброциты. Таким образом выражается ремоделяция и инволюция соединительной ткани с истончением капсулы [6]. При имплантации композиционной сетки обратило на себя внимание отдаление друг от друга ее волокон, что может быть связано с присутствием в соединительнотканных капсулах миофибробластов, способных к сокращению. За счет функционирования этих клеток капсула сжимается для элиминации инородного тела (фактически выдавливания) из организма. Присутствие миофибробластов обусловливает смещение и миграцию инородных тел [4]. К 12-му месяцу наблюдения было отмечено снижение интенсивности хронического продуктивного воспаления у обеих групп животных за исключением двух случаев присоединения гнойного воспаления при имплантации сетки. Речь идет именно о хроническом воспалении, а не о пролонгированной реакции на инородное тело, так как перифокально мы наблюдали, помимо клеточной инфильтрации, признаки нарушения микроциркуляции (кровоизлияния, гемосидероз, васкулиты) и иммунных нарушений (гранулемообразование, гиалиноз, персистирующие очаги грануляционной ткани), особенно отчетливо выраженные при имплантации композиционной сетки. Только длительное раздражающее воздействие токсичных материалов может приводить к хроническому воспалению [6]. В группе животных с вживленным проленом наблюдалось более выраженное рубцевание с признаками дистрофических изменений вокруг места имплантации, чем при использовании композиционной сетки, что может стать в будущем источником различных осложнений в связи с недостаточностью кровоснабжения этой области. При имплантации композиционной сетки фиброз между ее волокнами считается благоприятным развитием воспаления и способствует повышению прочности изделия в отдаленном послеоперационном периоде. Известно, что в ходе абсорбции полимолочной кислоты эндопротез теряет свою прочность, с другой стороны — гидролиз стимулирует воспаление с последующим формированием «протезной фасции» [5, 13]. В эксперименте мы наблюдали все возможные отдаленные осложнения, ожидаемые при использовании нерассасывающихся материалов: присоединение активного воспаления к хроническому (как при имплантации пролена, так и композиционной сетки), спаечные процессы, 2 случая формирования свищевых ходов (при имплантировании композиционной сетки) [11, 12]. Как понятно из сказанного, осложнения чаще происходили в группе животных с вживленной композиционной сеткой, что может быть связано с большей площадью активной поверхности сетчатых эндопротезов, чем при имплантировании проленовой нити [6]. Итак, установлено, что реакция тканей на имплантацию различных нерассасывающихся хирургических материалов протекает по общей схеме, характерной для раневого процесса и реакции на инородное тело: альтерация, экссудация, пролиферация (гранулематоз), созревание грануляционной ткани, фиброз, инкапсуляция, реорганизация и инволюция рубца или капсулы. Реакция тканей на нерассасывающееся инородное тело сменяется явлениями персистирующего хронического воспаления, которое может существовать в организме реципиента неопределенно долго, являясь источником осложнений.

Об авторах

Ирина Владимировна Кузнецова

Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН

Центр новых медицинских технологий 630090, Новосибирск, пр. акад. Лаврентьева, 8

Игорь Валентинович Майбородин

Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН

Центр новых медицинских технологий 630090, Новосибирск, пр. акад. Лаврентьева, 8

Андрей Иванович Шевела

Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН

Центр новых медицинских технологий 630090, Новосибирск, пр. акад. Лаврентьева, 8

Михаил Иванович Баранник

Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН

Центр новых медицинских технологий 630090, Новосибирск, пр. акад. Лаврентьева, 8

Андрей Александрович Манаев

Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН

Центр новых медицинских технологий 630090, Новосибирск, пр. акад. Лаврентьева, 8

Виталина Игоревна Майбородина

Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН

Центр новых медицинских технологий 630090, Новосибирск, пр. акад. Лаврентьева, 8

Список литературы

Дополнительные файлы