Автореферат и диссертация по медицине (14.01.17) на тему:Экспериментальное обоснование двухэтапного замещения обширных дефектов трахеи сетчатым протезом

На правах рукописи

ГОРЯИНОВ ДМИТРИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ДВУХЭТАПНОГО ЗАМЕЩЕНИЯ ОБШИРНЫХ ДЕФЕКТОВ ТРАХЕИ СЕТЧАТЫМ ПРОТЕЗОМ

14.01.17 - хирургия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата медицинских наук

16 ОКТ 2014

Курск-2014

005553502

Работа выполнена в Государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Курский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации

Научные руководители:

доктор медицинских наук, профессор Бежин Александр Иванович доктор медицинских наук, профессор Иванов Александр Викторович

Официальные оппоненты:

Жесткое Кирилл Геннадьевич - доктор медицинских наук, профессор, Государственное бюджетное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования «Российская медицинская академия последипломного образования» Министерства здравоохранения Российской Федерации, кафедра торакальной хирургии, заведующий кафедрой Малеев Юрий Валентинович - доктор медицинских наук, доцент, Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежская государственная медицинская академия им. H.H. Бурденко» Министерства здравоохранения Российской Федерации, кафедра оперативной хирургии с топографической анатомией, доцент кафедры

Ведущая организация:

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова» Министерства здравоохранения Российской Федерации

Защита состоится •.ЛУу/^СЛ-^?-? 2014 г. в// часов на заседании диссертационного совета Д 208.039.02 при Государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Курский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации (305041, г. Курск, ул. Карла Маркса, 3).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ГБОУ ВПО КГМУ Минздрава России (http://www.kurskmed.com)

Автореферат разослан «.$3 »¿^^¿^^gO 14 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета л I Маль Галина Сергеевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В настоящее время отмечается тенденция к увеличению случаев длительной ИВЛ, что сопряжено с развитием уровня реанимационного жизнеобеспечения (Богданов А Б 2004" Зенгер В Г 2001;. Истомин А.Н., 2005). Уже к третьему дню ИВЛ в хрящах трахеи происходят патологические процессы, характерные для хондролизиса, секвестрации, некроза, следствием которых является потеря хрящами опорной функции, что в конечном итоге приводит к стенозу трахеи (Паршин В Д 2001) Частота возникновения рубцового сужения трахеи после проведения реанимационных мероприятий, сопровождающихся длительной ИВЛ, а в дальнейшем и трахеостомией, по данным разных авторов, составляет от 1 до 20% (Веденин Я.О., 2010; Келехсаева A.C., 2007; Арсеньев А.Н., 2012).

При трахеостомии, особенно повторной, сопровождающейся нагноением окружающих тканей с гнойным расплавлением трахеальных хрящей образуются большие дефекты стенки трахеи (Ольшанский В.О., 2007; Сухоруков В.П., 2000). Наличие трахеостомы, имеющейся у пациентов резко ограничивает его социальные возможности и приводит к инвалидизации (Ольшанский В.О., 2003; Blom Е., 1998).

Злокачественные новообразования, занимающие ведущие ранговые места среди причин смертности населения России (12,5%), также могут являться причинои сужения просвета трахеи и вести к формированию обширных её дефектов (Арсеньев А.И., 2007; Чернеховская Е.Е., 2009; Арсеньев А.И., 2010).

Основными типами хирургического лечения пациентов со стенозами трахеи являются радикальные и паллиативные операции (Банарь И.М., 1989-Воронов С.А., 2005). Результатом паллиативных операций является дилятация просвета органа и поддержание его просвета (Брюсов П.Г., 1999- Гасанов А М 2010; Костомарова Л.Г., 2001).

Лучшие анатомические и функциональные результаты лечения стенозов трахеи достигаются проведением радикальной резекции стенозированного участка трахеи с формированием прямого анастомоза «конец в конец» (Маслов В.И., 2011; Зенгер В.Г., 2007; Яблонский П.К., 2008). Однако такое вмешательство производится преимущественно при ограниченных по протяженности стенозах и небольших дефектах трахеи (Перельман М.И., 1999). Сама операция сопряжена с повышенным риском развития тяжелых гнойных осложнений и несостоятельности швов анастомоза, особенно при вмешательствах в условиях функционирующей трахеостомы и гнойного трахеобронхита (Новожилова E.H., 2007; Клочихин А. Л., 2010). В исследованиях некоторых авторов установлено, что формирование прямого анастомоза трахеи возможно лишь при длине резецируемого участка менее 30%, что может быть выполнено при сегментарном стенозе или непротяженной форме воронкообразного сужения (Зенгер В.Г., 1999; Клочихин А.Л., 2010).

При обширных дефектах трахеи и склеротических изменениях её стенки такие восстановительные операции с формированием анастомоза технически невозможны (Бармина Т.Г, 2009; Кобылянский В.И, 2006). Для

восстановления непрерывности дыхательной трубки и её функции прибегают к реконструктивно-пластическим операциям (Иванов A.M., 2000).

Реконструктивно-пластические операции на трахее всегда составляли относительно небольшую часть от общего объёма выполняемых оперативных вмешательств, но всегда обладали исключительно высокой социально-экономической значимостью (Гудовский JI.M., 2005; Дворниченко В.В., 2004). Данная проблема имеет также большое социальное значение, так как основной контингент подобного рода пациентов - это люди трудоспособного возраста.

Степень разработанности темы исследования. В доступной литературе отсутствуют сведения о синтетических протезах, успешно применяющихся для замещения обширных дефектов трахеи. Использование аутотканей для замещения обширных дефектов трахеи, а также аллопластика, не нашли широкого применения в современной реконструктивной хирургии трахеи. Несмотря на значительные успехи, достигнутые за последние десятилетия в области реконструктивной и пластической хирургии полых органов шеи, по-прежнему отсутствует способ замещения обширных дефектов трахеи.

Цель настоящего исследования: разработать конструкцию нового эндопротеза и на основе экспериментального исследования реакции тканей стенки трахеи обосновать возможность двухэтапного замещения обширных циркулярных дефектов.

Задачи исследования:

1. Изучить в эксперименте на животных динамику клинических и морфологических изменений в области лавсанового протеза при моделировании дефектов трахеи различного объёма.

2. Разработать конструкцию протеза на основе полипропиленовой нити, изучить его механические характеристики в сравнении с трахеей экспериментального животного.

3. Изучить динамику формирования соединительнотканой капсулы вокруг протеза при экспозиции его в претрахеапьном пространстве животного.

4. Изучить в эксперименте на животных динамику клинических и морфологических изменений стенки разработанного протеза трахеи при двухэтапной его имплантации для замещения циркулярных дефектов трахеи.

5. Изучить характер изменений в лёгких экспериментальных животных при замещении дефектов трахеи лавсановым и разработанным протезом.

Научная новизна работы состоит в том, что впервые проведено сравнительное изучение реакции тканей стенки трахеи на замещение лавсановыми протезами дефектов различного объёма. Предложена двухэтапная операция по замещению дефекта трахеи, одним из этапов которой является предварительная экспозиция разработанного полипропиленового протеза в претрахеапьном пространстве животного. Получены данные о реакции тканей стенки трахеи на двухэтапную имплантацию вновь разработанного полипропиленового протеза. Доказаны возможность и необходимость создания соединительнотканой основы в стенке протеза для последующего заселения клетками многорядного реснитчатого эпителия дыхательных путей.

Новыми являются данные сравнительного исследования механических характеристик трахеи лабораторных животных и механических свойств разработанного протеза.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается в экспериментальном обосновании возможности двухэтапного замещения больших по протяженности циркулярных дефектов стенки трахеи синтетическими протезами с сохранением каркасных свойств и способности проводить воздух в нижележащие отделы дыхательной системы. На практике подтверждена гипотеза возможности создания условий для заселения большой по площади поверхности эндопротеза клетками многорядного реснитчатого эпителия.

Проведенные исследования помогут дать комплексную оценку протезу трахеи при операциях на дыхательных путях, а усовершенствованный способ замещения дефектов трахеи в сочетании с вновь разработанным полипропиленовым протезом уменьшит количество осложнений в отдалённом послеоперационном периоде.

Основные положения и выводы внедрены в учебный процесс кафедры оперативной хирургии и топографической анатомии (акт внедрения № 307 от 15.01.2014 г.) и кафедры гистологии, эмбриологии, цитологии ГБОУ ВПО «Курский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации (акт внедрения № 307/1 от 15.01.2014 г.), кафедры общей хирургии ГБОУ ВПО «Саратовский государственный медицинский университет им. В.И. Разумовского» Министерства здравоохранения Российской Федерации (акт внедрения № 119 от 07.04.2014 г.). Результаты работы были использованы для выбора оптимального материала и обоснования промышленного производства нового протеза для восстановительной хирургии на ООО «Линтекс», г. Санкт-Петербург (акт внедрения № 9 от 30.04.2014 г.). Материалы диссертации используются на практических занятиях на кафедре теоретической механики и мехатроники ФГБОУ ВПО «Юго-Западный государственный университет» (акт внедрения № 12 от 17.03.2014 г.).

Методология и методы исследования. Методологической составляющей диссертационного исследования стали труды отечественных и зарубежных учёных (Паршин В.Д., 2010; Дыдыкин С.С., 2001; Grillo Н„ 2004).

В диссертационной работе использованы клинические, морфологические, физико-механические и статистические методы исследования, а также основные правила работы с экспериментальными животными при доклинических исследованиях нового способа замещения обширных дефектов трахеи разработанным протезом.

Положения, выносимые на защиту.

1. Одноэтапное применение лавсанового протеза для замещения дефектов хрящевых полуколец трахеи у всех животных приводит к деформации и стенозу протеза; хронический воспалительный процесс тормозит формирование соединительнотканой капсулы и слизистой оболочки протеза трахеи; в отдалённые сроки у части животных наблюдается его отторжение.

2. Разработанный нами сетчатый полипропиленовый протез с меандровой полипропиленовой спиралью обладает формоустойчивостью; незамкнутый его контур обеспечивает возможность замещения циркулярного дефекта любого диаметра трахеи.

3. Механические свойства подготовленного (пророщенного соединительной тканью) протеза трахеи приближаются к характеристикам трахеи животного.

4. При 8-недельной экспозиции протеза в претрахеальном пространстве животного на внутренней и наружной его поверхности формируется соединительнотканая капсула, состоящая из более зрелой плотной волокнистой соединительной ткани, обеспечивающая устойчивый каркас, герметичность и условия для эпителизации внутренней поверхности протеза.

5. Двухэтапное замещение дефектов трахеи подготовленным протезом предупреждает развитие его деформации и стеноза, способствует образованию слизистой оболочки к 4-й неделе' наблюдения, что предупреждает развитие лёгочных осложнений.

Степень достоверности и апробация результатов. Научные положения и выводы диссертационного исследования основаны на анализе достаточного по объёму экспериментального материала с применением современных морфологических методов. Достоверность полученных данных определяется использованием оценочных и аналитических показателей, а также адекватной статистической обработкой полученных данных.

Материалы диссертационного исследования представлены на 75-й Всероссийской научной конференции студентов и молодых учёных с международным участием: Молодёжная наука и современность, посвященная 75 -летию КГМУ (Курск, 2010); X Всероссийской университетской научно-практической конференции молодых учёных по медицине (Тула, 2011); 77-й Всероссийской научной конференции студентов и молодых учёных с международным участием: Молодёжная наука и современность (Курск, 2012); 78-й Всероссийской научной конференции студентов и молодых учёных с международным участием: «Молодёжная наука и современность», посвященная 78-летию КГМУ и 80-летию со дня рождения члена-корреспондента РАМН проф. A.B. Завьялова (Курск, 2013); областном конкурсе инновационных проектов «Инновация и изобретение года» (Курск, 2013); 79-й Всероссийской научной конференции студентов и молодых учёных с международным участием: «Молодёжная наука и современность», посвященная 79-летию КГМУ (Курск, 2014).

Личный вклад автора. Лично автором составлены план и дизайн исследования, проведён анализ литературы по теме диссертации, лично проводились эксперименты на животных, выполнялся забор биологических тканей, проводились морфологические исследования.

Диссертант самостоятельно обрабатывал, анализировал и обобщал морфологические и инструментальные данные, полученные в условиях эксперимента, составлял таблицы и графики, сопоставлял с литературными данными результаты собственных исследований. Доля автора в совместных

публикациях по теме диссертации, в том числе в изданиях, определённых ВАК, составила 85-95%. Вклад автора является определяющим и заключается в непосредственном участии на всех этапах исследования.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 1 I работ 5 из которых в изданиях, определённых ВАК РФ. Имеется I патент Российской Федерации. В работе содержится полный объём информации, касающейся темы диссертации.

Структура п объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, выводов, практических рекомендаций и списка использованной литературы. Изложена на 144 страницах машинописного текста, иллюстрирована 17 таблицами и 88 рисунками, включающими диаграммы, гистограммы, графики и микрофотографии. Указатель литературы содержит 198 источников, из них 152 - отечественных и 46 иностранных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Эксперименты по замещению дефекта трахеи были выполнен!,I в двух блоках исследования. В первом блоке (блок I) выполняли замещение лавсановым протезом дефектов трахеи различного объёма. Во втором блоке (блок II) дефект трахеи был замещен в два этапа сетчатым полипропиленовым протезом, разработанным совместно с фирмой ООО «Линтекс» (г. Санкт-Петербург). Техника операции была отработана на 18 органокомплексах трахеи взятых у беспородных собак.

Эксперименты блока I выполнены на 27 беспородных собаках массой 1015 кг. Распределение животных по сериям представлено в таблице 1. Все оперативные вмешательства проводились в асептических условиях иод ингаляционным наркозом.

Таблица 1 - Распределение животных по сериям экспериментов п срокам наблюдения при замещении дефектов трахеи различного объёма

Наименование серии экспериментов Количество животных Сроки наблюдения (недели).

2 4 N

1. Окончатый дефект передней части днчх полуколец трахеи (1,5х 1,5 см) с последующим протезированием лавсановым протезом (1-я серия) 9 9 3 3 3 3 3 3

2. Дефект двух хрящевых полуколец трахеи (4х 1,5 см) с дальнейшим протезированием лавсановым протезом (2-я серия)

3. Циркулярный дефект трахеи (1,5 см) с последующим протезиропаписм лавсановым протезом (3-я серия) 9 3 3 з

Итого 27 9 9 9

Эксперименты блока I выполнены в трёх сериях опытов: в первой -моделировали окончатый дефект передней части двух полуколец трахеи (1,5x1,5 см) с последующим протезированием лавсановым протезом. Протез фиксировали простыми узловыми атравматическими швами к кольцевидной связке.

Во второй серии моделировали дефект двух хрящевых полуколец трахеи (4x1,5 см) с сохранением мембранозной части. Лавсановый протез фиксировали к мембранозной части трахеи обвивным непрерывным атравматическим швом с обеих сторон и простыми узловыми атравматическими швами к кольцевидной связке.

В третьей серии опытов моделировали циркулярный дефект двух полуколец (1,5 см). Лавсановый протез фиксировали к мембранозной части проксимального и дистального концов трахеи обвивным непрерывным атравматическим швом и простыми узловыми атравматическими швами к кольцевидной связке.

Сразу после операции и перед выводом из эксперимента (2, 4 и 8 недели) всем животным выполняли трахеоскопию на предмет состоятельности анастомозов при помощи эндоскопической видеосистемы ЭЛЕПС НПФ, ООО (Россия).

Совместно с фирмой ООО «Линтекс» (г. Санкт-Петербург) были разработаны сетчатый полипропиленовый протез для замещения циркулярных дефектов трахеи и техника выполнения оперативного вмешательства. Протез дополнительно укреплён меандровой полипропиленовой спиралью. Термическая обработка (при температуре 150-160°С в течение 10-12 минут) устройства обеспечивает ему устойчивую трубчатую форму.

Основные характеристики устройства для замещения циркулярных дефектов трахеи приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Характеристики разработанного протеза для замещения циркулярных дефектов трахеи_____

Показатель Значение

Диаметр мононитей, мм 0,13-0,15

Диаметр уточных мопонитей, мм 0,8-1,0

Плотность вязания по горизонтали, пет./см 4-5

Плотность вязания по вертикали, пет./см 14-16

Расстояние между выступающими наружу петлями, мм 2,0-2,2

Расстояние между рядами выступающих наружу петель, мм 8-10

Толщина, мм* 0,4-0,5/1,2-1,4

Масса, г/пог. см 0,12-0,15

Разделительная плёнка из полипропилена толщиной 0,05-0,07 мм.

Эксперименты блока II выполнены на 45 беспородных собаках массой 10-15 кг. Распределение животных по сериям представлено в таблице 3. Все оперативные вмешательства проводились в асептических условиях под ингаляционным наркозом.

Эксперименты блока II выполнены в трёх сериях опытов по замещению циркулярных дефектов трахеи подготовленным протезом в 2 этапа. На первом этапе устанавливали вокруг трахеи разделительную плёнку, сверху которой устанавливали протез. На втором этапе (через 2, 4 и 8 недель) после выполнения оперативного доступа извлекали разделительную плёнку и выполняли циркулярную резекцию участка трахеи, расположенного под протезом. Формировали анастомозы между подготовленным протезом и проксимальным и дистальным концами трахеи. В 1-й серии: экспозиция протеза 2 недели; во 2-й серии: экспозиция протеза 4 недели; в 3-й серии: экспозиция протеза 8 недель.

Сразу после операции и перед выводом из эксперимента (1, 2 и 4 недели) всем животным выполняли трахеоскопию на предмет состоятельности анастомозов при помощи эндоскопической видеосистемы ЭЛЕПС НПФ, ООО (Россия).

Таблица 3 - Распределение животных по сериям экспериментов п срокам наблюдения при замещении циркулярных дефектов трахеи разработанным

Наименование серии экспериментов Количество животных Сроки наблюдения после замещения трахеи подготовленным протезом (недели)

1 2 4

1. Вживление протеза на 2 недели (1-я серия) 15 5 5 5

2. Вживление протеза на 4 недели (2-я серия) 15 5 5 5

3. Вживление протеза на 8 недель (3-я серия) 15 5 5 5

Итого 45 15 15 15

Экспериментальные исследования физико-механических свойств трахеи и эндопротеза проводились на специальных стендах, разработанных на кафедре теоретической механики и мехатроники ФГБОУ ВПО ЮЗГУ. Испытания проводились на растяжение в осевом направлении и на сжатие в радиальном направлении.

Для морфологического исследования иссекались участки стенки трахеи с фрагментами эндопротеза. Материал фиксировался в 10% водном растворе нейтрального (кальциевого) формалина. Заливка в парафин и микротомирование осуществлялись по стандартным прописям. Срезы толщиной 10 мкм подвергались окраске гематоксилин-эозином по общепринятым прописям (Акмаев И.Г., 2001).

После юстировки оптической системы микроскопа Leica-CME с помощью окулярной фотонасадки DCM-510 были сфотографированы интересующие участки препаратов при хЮО и х400-кратных увеличениях. На цифровых микрофотографиях по кариологическим признакам определяли соотношение разных типов клеток в грануляционной ткани, формирующейся вокруг эндопротеза. Для объективизации формирования заключения о состоянии процесса воспаления вокруг нитей протеза мы использовали метод подсчёта клеточного индекса по следующей формуле:

Клетки-резиденты

Клеточный индекс (КИ) - -,

Клетки-нерезиденты где: клетки-резиденты - общее количество МФ, ФБ и ФЦ; клетки-нерезиденты - общее количество гранулоцитов (все три вида) и моноцитов, рекрутированных в очаг воспаления.

При значениях КИ менее 0,5 состояние ткани оценивали как экссу дативную фазу воспалительной реакции; 0,5-1,0 - переход от экссудативной стадии к пролиферативной; при значениях КИ выше 1,0 — как пролиферативную.

С цслыо подтверждения статистической значимости расхождений средних величин в контрольной группе и группе сравнения после определения типа распределения данных был выбран метод оценки достоверности отличий но расхождению доверительного интервала. Решение принято на основании высоких значений скоса и эксцесса графиков распределения данных, что свидетельствует о высоком отклонении от кривой Гауссова распределения. Учитывая низкую чувствительность методики определения доверительного интервала к типу распределения, а также допустимый для экспериментальных медико-биологических исследований уровень Р<0,05, нами для подтверждения статистической гипотезы был выбран именно такой уровень значимости. Все вычисления выполнялись с помощью аналитического пакета приложения Excel Office 2010. Уравнения аппроксимации строились с использованием пакета программ Mnthcad.

Результаты собственных исследований. При анализе клинической картины у животных после протезирования лавсановым протезом дефектов трахеи различного объёма таких осложнений, как гематома, серома, эмфизема, несостоятельность швов трахеи и абсцесс не наблюдалось. После операции все животные 1-й и 3-й серий выжили, животные 2-й серии умерли через 16-20 недель после операции. Со вторых-третьих суток собаки проявляли активность. У животных 2-й и 3-й серий отмечался кашель со вторых-третьих суток после операции, который сохранялся до момента выведения из эксперимента. При грахеоскопии у животных 1-й серии отмечалось отсутствие деформации

протеза, который покрыт слизистой со стороны просвета трахеи. У всех животных 2-й и 3-ей серии отмечали деформацию протеза различной степени и отсутствие слизистой на поверхности протеза со стороны просвета трахеи. Характер послеоперационных осложнений и смертность животных представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Анализ послеоперационных осложнений после замещения дефектов трахеи различного объёма лавсановым протезом_

№ серии Кол-во животных (п) Летальность Послеоперационные осложнения (2 - 8 неделя эксперимента)

Кашель Гематома Серома Эмфизема Несостоятельность швов трахеи Абсцесс Стеноз

1-я серия 9 0 0 0 0 0 0 0 0

2-я серия 9 0 9(100%) 0 0 0 0 0 9(100%)

3-я серия 9 0 9(100%) 0 0 0 0 0 0

Итого 27 0 18(66,6%) 0 0 0 0 0 9(33,3%)

У животных 2-й серии (замещение дефекта хрящевых полуколец) отмечалась деформация протеза, приводящая к стенозу трахеи вплоть до полной её облитерации (таблица 5), что, на наш взгляд, является следствием конструкционных особенностей лавсанового протеза, а именно - отсутствие армирующих элементов.

Таблица 5 - Степень стеноза трахеи при замещении дефекта её хрящевых полуколец лавсановым протезом (М ±ш)_

Сроки наблюдения Количество животных, п Размеры трахеи, см Степень стеноза (%)

Интактной Перед выводом из эксперимента

поперечный | продольный поперечный продольный

2 недели 3 1,75±0.45 1,4±0,40 1,15±0,35 0,95±0,35 I (33,0%)

4 недели 3 1,75±0,25 1,45±0,45 1,0±0,00 0,9 ±0,40 I (41,0%)

8 недель 3 2,25±0,25 | 1,б5±0,15 0,75±0,25 0,55±0,15 II (70,0%)

Примечание: статистически значимые отличия отсутствуют, р<0,05.

Сравнение степени тяжести морфологической картины реакции тканей стенки трахеи на протезирование лавсановым протезом её дефектов различного объёма позволяет сделать следующие выводы: во всех случаях вокруг протеза происходит образование соединительнотканой капсулы, состоящей из адлюминапьной и наружной частей. С увеличением объёма моделируемого дефекта морфологические отличия частей капсулы нарастают.

Нами установлено, что в 1-й серии исследований в I блоке на 2-й неделе наблюдения относительное количество фибробластов в 5 раз больше, чем относительное количество фиброцитов (рисунок 1). То есть в данный момент в регенерирующей соединительной ткани идут процессы увеличения популяции клеток фибробластического ряда (за счёт пролиферации последних) и процессы строительства коллагенового каркаса регенерирующей ткани. К концу 2-го месяца наблюдений это соотношение становится как 1,5:1. Таким образом, степень зрелости соединительной ткани возрастает.

В то же время во 2-й и 3-й сериях такой выраженной динамики качества популяции фибробластических элементов нет. По нашему мнению, это объясняется нестихающим процессом воспаления.

Рисунок 1 - График динамики изменения соотношений типов клеток фибробластического ряда в I блоке исследования

На 14-е сутки наблюдения только в первой серии исследования (рисунок 2) общее количество клеток-резидентов достигает уровня клеток-нерезидентов. То есть фаза экссудации сменяется фазой пролиферации. Речь идёт не о полном завершении экссудации, а об одновременном протекании двух фаз.

Рисунок 2 - Гистограмма значений клеточного индекса в I блоке исследования, рассчитанного в динамике наблюдения у лабораторных животных трёх серий исследования как отношение суммы клеток-нерезидентов к клеткам-резидентам

В дальнейшем в 1-й серии исследования (замещение окончатого дефекта) пролиферативные процессы возобладают, количество клеток фибробластического ряда станет в 3 (на 4-й неделе) и 4 (на 8-й неделе наблюдения) раза больше, чем мигрирующих клеток. Но всё равно такая динамика изменений состава клеток инфильтрата радикально отличается от результатов, полученных другими исследователями, имплантировавшими лавсановый протез не в трахею. Обращает на себя внимание то, что во 2-й и 3-й сериях исследования значения КИ не достигают уровня смены фаз воспаления даже к концу 2-го месяца наблюдения (рисунок 2).

Таким образом, степень пространственной организации капсулы и степень зрелости соединительной ткани обратно коррелируют с объёмом моделируемого дефекта стенки трахеи. Возможность и скорость реэпителизации также обратно коррелируют с объёмом моделируемого дефекта. Степень тяжести и объём патологических изменений в лёгких находится в прямой зависимости от объёма моделируемого дефекта стенки трахеи.

На основании данных, полученных в ходе исследования физико-механических свойств трахеи и разработанного протеза, формулируем аппроксимирующую функцию, определяющую зависимость деформации образца трахеи от приложенного усилия. Данная функция имеет следующий вид: у(х) = а ■ х + Ь ■ у[х (1)

Используя средства математического пакета МаИкас] и подставляя в формулу полученные в эксперименте значения, находим значения коэффициентов а и Ь уравнения (1).

Полученная аппроксимирующая функция приобретает вид: у(х) = -1,184 • х + 6,652 -л/7 (2)

С целью определения зависимости между приложенной силой и удлинением образца трахеи и протеза прикладывали силу в продольном направлении с шагом в 10 Н и измерением длины образцов. Установлено, что уже с первого сеанса нагрузки происходит накопление остаточной деформации (рисунок 3).

Рисунок 3 - График зависимости удлинения фрагмента трахеи животного и протеза трахеи от приложенной силы, где: 1 - аппроксимация зависимости удлинения протеза трахеи от приложенной силы; аппроксимация производилась функцией у(х) = -4 ■ 10 "4 • х + 7,55 10 З т/х; 2 -аппроксимация зависимости удлинения образца трахеи от приложенного усилия; аппроксимация производилась функцией

у(х) = - МО-1 • д: +1,95- КГ1 ■ -1х

При исследовании образцов трахеи и протеза на сжатие в радиальном направлении установлено, что остаточная деформация возникает после каждого сеанса нагрузки, но график функции, описывающей этот процесс, приближается к графику линейной зависимости. Похожая динамика накопления остаточной деформации установлена и при исследовании на сжатие образца протеза трахеи в радиальном направлении (рисунок 4).

1 -

\ \ , , .....--т**'"'

у' ' / / ::.....: . ц 4 .......................................

Рисунок 4 - График зависимости деформации образца от усилия, приложенного в радиальном направлении (график 1 - для образца протеза и 2 - для образца трахеи), зависимости остаточной деформации от максимального усилия, которое было приложено к образцу до момента образования этой деформации (график 3 - для образца трахеи и 4 - для образца протеза). По оси абсцисс отложена приложенная сила в Ньютонах, по оси ординат - полученная деформация в метрах

После первого и второго этапов операций блока II все животные выжили. Со вторых-третьих суток собаки проявляли активность. При анализе клинической картины у животных после замещения дефектов трахеи подготовленным протезом таких осложнений, как кашель, гематома, серома, эмфизема, несостоятельность швов анастомозов, абсцесс, стеноз не наблюдалось. При трахеоскопии у всех животных протез не деформирован и покрыт слизистой со стороны просвета трахеи (рисунок 5).

Рисунок 5 - 3-я серия исследования. 2 недели после замещения пророщенным протезом участка трахеи. Опыт № 58. Трахеоскопия (чёрные стрелки указывают на проросший протез)

Сравнение динамики формирования тканевых особенностей строения соединительнотканой капсулы вокруг протеза при его экспозиции в тканях стенки трахеи на 2, 4 и 8 недели перед использованием для протезирования циркулярного дефекта стенки трахеи показало, что при увеличении срока экспозиции происходит формирование более плотной капсулы, состоящей из пространственно организованных пучков коллагеновых волокон.

Морфометрия клеточного инфильтрата адлюминальной части перипротезной капсулы во II блоке исследований показала, что значения КИ (рисунок 6) уже на 1-й неделе наблюдения свидетельствуют о наличии выраженной пролиферативной стадии воспаления.

Во всех сериях исследования количество рекрутируемых клеток в 2-3 раза меньше, чем количество клеток-резидентов. То есть пролиферагивная стадия воспаления была пройдена ещё во время предыдущей экспозиции протеза в претрахеальном пространстве. А высокие значения КИ в 1-й и 3-й сериях исследования на 4-й неделе наблюдения однозначно свидетельствуют о развитии фазы ремоделирования соединительнотканой капсулы протеза.

2 недели экспозиции

4 недели экспозиции

В недель экспозиции

Рисунок 6 - Гистограмма значений клеточного индекса во II блоке исследования

Эти данные подтверждаются соотношением разных типов клеток в фибробластическом диффероне (рисунок 7); практически в каждой серии исследования и на каждом сроке наблюдения относительное количество фиброцитов равно или несколько превышает относительное количество фибробластов. Особенно это заметно в 3-й серии исследования.

Отношение фибробласты/фиброциты

1,2

0,8 0,6 0,4

0,2 0

3 серий 2 серий 3 серия

-1 неделя 1,13 _______ 0,99 0,6В

-2 недели 0,99 0,91 0,78

4 недель 1.01 0,75 0,87 ' ........ _______

Рисунок 7 — График динамики изменения соотношений типов клеток фибробластического ряда во II блоке исследования

Это обстоятельство (толщина и степень организации волокнистой части капсулы) играет значительную роль при последующем перемещении «пророщенного» протеза в область дефекта стенки трахеи, так как более плотная волокнистая ткань лучше выполняет барьерную функцию и,

следовательно, в этом случае могут быть созданы более оптимальные условия для регенерации эпителия.

Так, к концу 4 недели наблюдения после протезирования полного циркулярного дефекта стенки трахеи имплантированным на 8 недель сетчатым протезом, полная эпителизация протеза отмечается практически на всём его протяжении, при микроскопии препаратов вокруг нитей протеза обнаруживается капсула, состоящая из тонкого клеточного слоя, непосредственно прилегающего к нитям протеза. Отличий в тканевой организации между адлюминальной частью и наружной нет. Более того, адлюминальная часть практически вся состоит из ПВСТ (рисунок 8).

Косвенно это также подтверждается более быстрым разрешением патологических процессов в лёгких, что возможно лишь при восстановлении функции проведения воздуха и его подготовки к газообмену во внелёгочных дыхательных путях.

• *• л л*» ,

Рисунок 8 - 3-я серия исследования. 2 недели после протезирования циркулярного дефекта трахеи. А - волокна протеза; Б - адлюминальная часть капсулы, состоящая из ПВСТ; В - адлюминальная часть капсулы, состоящая из РВСТ; эпителий указан стрелками. Окраска гематоксилин-эозином. Ув. х200

Таким образом, необходимо учитывать, что материал, из которого сделан протез трахеи или же весь протез (если он композитный и изготовлен из нескольких видов материала), должен максимально соответствовать механическим характеристикам трахеи. С этой точки зрения, создаваемые протезы и/или материалы для изготовления протезов должны иметь если не полностью идентичные показатели растяжимости, то хотя бы близкие к таковым у трахеи человека. Следовательно, решая проблему заместительного протезирования участков трахеи эндопротезами из синтетических материалов, следует выбирать материал, максимально подобный по своим механическим характеристикам и, в первую очередь, эластичности, параметрам стенки трахеи.

II'" ■

Анализируя результаты клинико-инструментальных методов обследования животных после замещения дефектов трахеи различного объёма лавсановым протезом, можно сделать вывод, что осложнения со стороны лёгких в виде кашля возникают при моделировании ситуации выраженного расстройства эвакуаторной функции слизистой оболочки трахеи. Так, в этом блоке исследований лишь у животных 2-й и 3-ей серий отмечался кашель. В этих же сериях исследования на поздних сроках наблюдения отмечались случаи обтурации просвета трахеи деформированным протезом.

Причина возникновения подобных послеоперационных осложнений заключается, прежде всего, в клеточном составе соединительнотканой капсулы, формирующейся вокруг протеза.

В нашем случае динамика изменений состава клеток инфильтрата радикально отличается от результатов, полученных другими исследователями, имплантировавшими лавсановый протез не в трахею. По нашему мнению, обнаруженный факт экспоненциальной зависимости скорости смены фаз воспалительного процесса от объёма моделируемого в эксперименте дефекта стенки трахеи объясняется отсутствием армирующих элементов в лавсановом протезе и, как следствие, его «люфте» во время дыхательных экскурсий. Это приводит к дополнительной травматизации элементов грануляционной ткани, развивающейся вокруг протеза, выбросу дополнительной порции цитокинов и, как следствие, дополнительному рекрутированию клеток-фагоцитов в очаг воспаления (зону стояния протеза). Это объясняет низкие значения клеточного индекса, типичные для экссудативной фазы воспаления, на всех сроках наблюдения.

Дополнительным подтверждением того, что динамика смены фаз воспалительного процесса различна в сравниваемых сериях первого блока исследования является тот факт, что морфологические отличия в строении адлюминального и наружного листков перипротезной капсулы нарастают параллельно с увеличением объёма моделируемого дефекта трахеи. То есть степень пространственной организации капсулы и степень зрелости соединительной ткани обратно коррелируют с объёмом моделируемого дефекта стенки трахеи.

Именно отсутствие жёсткой опоры с одной стороны и нестихающее воспаление в РВСТ адлюминальной части протезной капсулы с другой стороны, являются главными причинами нарушения эвакуаторной функции трахеи (подразумевается организация оттока слизи). Это в свою очередь приводит к развитию осложнений со стороны лёгких, появлению кашля и, следовательно, ещё большему люфту протеза. Таким образом, замыкается порочный круг, делающий невозможным или же, как минимум, сильно замедляющим реэпителизацию адлюминальной поверхности протеза и восстановление эвакуаторной функции слизистой оболочки трахеи.

Исходя из вышесказанного, предварительная экспозиция сетчатого протеза в претрахеальном пространстве без каких-либо механических воздействий на него в виде сдавления или растяжения в радиальном или аксиальном направлениях должна сопровождаться формированием капсулы из

плотной волокнистой соединительной ткани по обе стороны протеза. Именно высокая степень пространственной организации плотной волокнистой соединительной ткани может одновременно выполнить две задачи. Во-первых, капсула из плотной волокнистой соединительной ткани может стать как минимум механическим барьером на пути микроорганизмов, а во-вторых, она может быть дополнительным армирующим элементом. Более того, если ПВСТ образует капсулу на адлюминальной и наружной поверхностях, то их механические характеристики (характеристики частей капсулы) выравниваются, что также служит дополнительным стабилизирующим фактором.

Таким образом, сравнение тканевых особенностей строения частей перипротезной капсулы и динамики её формирования у животных II блока исследования позволяет сделать вывод о том, что увеличение срока экспозиции сетчатого армированного полипропиленового протеза в претрахеальном пространстве приводит к образованию вокруг него капсулы, состоящей из более зрелой плотной волокнистой соединительной ткани. Это создаёт необходимую морфологическую основу для реэпителизации протеза и восстановления в полном объёме комплекса функций слизистой оболочки.

ВЫВОДЫ

1. Лавсановый протез при одноэтапном протезировании обширных дефектов трахеи в условиях недостаточной каркасности и агрессивной среды поддерживает хронический воспалительный процесс, тормозит образование внутренней соединительнотканой капсулы и эпителизацию внутренней поверхности протеза, что ведет у 100% животных к деформации, сужению просвета трахеи и лёгочным осложнениям.

Морфологическая картина характеризуется очагами воспаления, низкой степенью пространственной организации и зрелости рыхлой волокнистой соединительной ткани внутренней части капсулы протеза, в лёгких - очагами пневмонии, эмфиземой и кровоизлияниями.

2. Разработанный нами синтетический тканый сетчатый полипропиленовый протез с меандровой полипропиленовой спиралью обладает каркасностью и эластичностью; термическая обработка обеспечивает устойчивую трубчатую форму, а незамкнутый контур протеза обеспечивает возможность замещения циркулярного дефекта любого диаметра трахеи.

3. Трахея собаки обладает низкой эластичностью при растяжении в аксиальном направлении. При приложении силы с шагом в 1 Н до величины в 10 Н зависимость удлинения трахеи от приложенной силы имела линейный вид и приобретала вид пологой экспоненты с уровня прилагаемой силы в 10 Н до уровня силы 80 Н. Подготовленный (пророщенный) протез обладает большей, по сравнению с трахеей собаки, эластичностью. Так, при воздействии силы в 40 Н удлинение образца трахеи составляло 0,009±0,001 м, образца протеза -0,028±0,002 м.

4. Экспозиция протеза в претрахеальном пространстве животного на 2-й и 4-й неделе характеризуется наличием грануляционной ткани и отсутствием

плотной волокнистой соединительной ткани в составе адлюминальной части капсулы протеза.

При увеличении сроков экспозиции протеза в претрахеальном пространстве животного до 8 недель вокруг протеза трахеи формируется плотная волокнистая соединительная ткань, выполняющая функцию «подложки» для прослойки рыхлой волокнистой соединительной ткани, что обеспечивает герметичность протезу, его эластичность и каркасность и условия для эпителизации внутренней поверхности протеза.

5. Двухэтапная подготовка и протезирование циркулярных дефектов трахеи разработанным эндопротезом уменьшает число его стенозов, восстанавливает слизистую внутренней поверхности протеза, что предупреждает развитие лёгочных осложнений.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Одноэтапное использование лавсанового протеза для замещения обширных дефектов трахеи приводит к деформации и стенозу протеза трахеи, длительному воспалению в области протеза, трахеи и лёгких, поэтому использовать его для замещения дефектов трахеи нецелесообразно.

2. Протезы, используемые для замещения дефектов трахеи, должны обладать каркасными и биоинертными свойствами.

3. Для замещения дефектов трахеи целесообразно использовать синтетический тканый сетчатый полипропиленовый протез с меандровой полипропиленовой спиралью, которая обеспечивает каркасность, эластичность и устойчивую трубчатую форму, а незамкнутый контур протеза даёт возможность замещения циркулярного дефекта любого диаметра трахеи.

4. Для замещения циркулярных дефектов трахеи целесообразно использовать двухэтапный способ:

1 этап - 8-недельная экспозиция эндопротеза в претрахеальной клетчатке с формированием соединительнотканой подложки на внутренней поверхности протеза;

2 этап - замещение циркулярного дефекта трахеи подготовленным (пророщенным) протезом.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1. Оценка герметичности и механической прочности различных видов швов трахеотрахеальных анастомозов в эксперименте / О.С. Кичигина, Е.О.Егорова, Д.А. Горяинов, К.С.Трунов // Молодёжная наука и современность : материалы 75-й Всерос. науч. конф. студентов и молодых учёных с междунар.участием.-Курск, 2010.- Ч. 1.-С. 112-113.

2. Морфологическая оценка структурных изменений трахеи в области швов в эксперименте / О.С. Кичигина, Е.О.Егорова, Д.А. Горяинов, К.С. Трунов // X Всерос. университет, науч.-практич. конф. молодых учёных по медицине : сб. материалов. - Тула, 2011. - С. 48-49.

3. Горяинов, Д.А. К вопросу о протезировании трахеи / Д.А. Горяинов, О.С. Кичигина // Молодёжная наука и современность : материалы 77-й Всерос. науч. конф. студентов и молодых учёных с междунар. участием. - Kvdck 2012.-Ч. 1.-С. 147.

4. Выбор шовного материала при операциях на трахее / О.С. Кичигина, Д.А. Горяинов, A.C. Кичигина, Ю.Е.Шарова, В.П.Ртищев, С.С. Кочуев // Молодёжная наука и современность : материалы 77-й Всерос. науч. конф. студентов и молодых учёных с междунар. участием. - Курск, 2012 - Ч 1 -С. 176.

5. Пат. 2456931 Российская Федерация, МПК А61В17/00. Способ формирования трахеотрахеального анастомоза при циркулярных разрезах трахеи / О.С. Кичигина, Е.О. Егорова, А.И. Бежин, Д.А. Горяинов, К.С. Трунов, А.Н. Зохиров ; патентообладатель Курск, гос. мед. ун-т. - № 2011113843/14 • заявл. 08.04.11 ; опубл. 27.07.12.

6. Горяинов, Д.А. Клинико-морфологические особенности изменений стенки трахеи при протезировании её дефектов различного объёма лавсановым протезом / Д.А. Горяинов, О.С. Кичигина // Молодёжная наука и современность: материалы 78-й Всерос. науч. конф. студентов и молодых учёных с междунар. участием. - Курск, 2013. - Ч. 1. - С. 106.

7. Горяинов, Д.А. Анализ послеоперационных осложнений при протезировании трахеи лавсановым протезом / Д.А. Горяинов // Науч.-мед. журн. - Саратов, 2013. - Т. 9, № 2. - С. 324-328.

8. Исследование жесткостных свойств фрагмента воздухоносных путей человека / С.Ф. Яцун, A.B. Мальчиков, Д.А. Горяинов, А.И.Савин // Изв. Юго-Запад. гос. ун-та. - Курск, 2013. - № 3 (48). - С. 197-200.

9. Горяинов, Д.А. Сравнительный анализ клинико-морфологических изменений при замещении трахеи различными протезами / Д.А. Горяинов, О.С. Кичигина // Молодёжная наука и современность : материалы 79-й Всерос. науч. конф. студентов и молодых учёных с междунар. участием. - Курск 2014.-Ч. 1.-С. 126.

10. Яцун, С. Ф. Исследование механической деформации трахеи при воздействии внешних сил / С. Ф. Яцун, Д.А. Горяинов, А.И.Савин // Изв. Юго-Запад. гос. ун-та. - Курск, 2014. - № 1 (52). - С. 139-143.

11. Реакции тканей трахеи на применение плетёного шовного материала / О.С. Кичигина, A.B. Иванов, А.И. Бежин, Д.А. Горяинов,

В.А. Жуковский, А.И. Никулин // Современные проблемы науки и образования [Электронный ресурс]. - 2014. - № 3. - URL: www.science-education.ru/117-13361.

12. Особенности реакции соединительной ткани стенки трахеи на полипропиленовый протез при двухэтапном замещении обширного циркулярного дефекта / Д.А. Горяинов, А.И. Бежин, A.B. Иванов, О.С. Кичигнна // Курский науч.-практ. вестн. «Человек и его здоровье». -2014.-№2.-С. 5-11.

Список сокращений

БФ - базофил

ГКИТ - гигантская клетка инородного тела ИВЛ - искусственная вентиляция лёгких КИ - клеточный индекс МЦ- моноцит МФ - макрофаг

МЦР - микроциркуляторное русло НФ - нейтрофил

ПВСТ - плотная волокнистая соединительная ткань

ПЯЛ - полиморфноядерный лейкоцит

РВСТ - рыхлая волокнистая соединительная ткань

СПС - собственная пластинка слизистой

ФБ - фибробласт

ФЦ - фиброцит

ЭФ - эозинофил

Лицензия ЛР № 020862 от 30.04.99 г. Сдано в набор 17.09.2014 г. Подписано в печать 19.09.2014 г. Формат 30x42'/g Бумага офсетная. Гарнитура Times New Rom. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 277"А". Издательство Курского государственного медицинского университета 305041, г. Курск, ул. К. Маркса, 3.