Автореферат и диссертация по медицине (14.00.16) на тему:Обоснование и применение сверхэластичных литоэкстракторов в комплексном лечении холангиолитиаза

На правах рукописи

Муслов Сергей Александрович

ОБОСНОВАНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ СВЕРХЭЛАСТИЧНЫХ ЛИТОЭКСТРАКТОРОВ В КОМПЛЕКСНОМ ЛЕЧЕНИИ ХОЛАНГИОЛИТИАЗА

14.00 16 - патологическая физиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

□□3446832

Москва 2008

003446832

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Московский государственный медико-стоматологический университет" Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию Российской Федерации

Научный консультант:

Заслуженный деятель науки РФ, член-корреспондент РАМН, доктор медицинских наук, профессор

Официальные оппоненты:

Доктор биологических наук, профессор

Доктор биологических наук профессор

Член диссертационного совета, доктор биологических наук

ЯРЕМА Иван Васильевич

ЧЕРНЫШ Александр Михайлович

ТАТАРЕНКО-КОЗМИНА Татьяна Юрьевна

ЗАРЖЕЦКИЙ Юрий Витальевич

Ведущее учреждение: Научно-исследовательский институт физико-химической медицины Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию Российской Федерации

Защита диссертации состоится "_" _ 2008 г. в

_часов на заседании диссертационного совета Д 001 051 01 при ГУ

НИИ общей реаниматологии РАМН по адресу. 103031, г. Москва, ул Петровка, д 25, стр 2

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУ Научно-исследовательский институт общей реаниматологии РАМН по адресу г Москва, ул. Петровка, д 25, стр 2

Автореферат разослан "_"_2008 г

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор медицинских наук, профессор

Решетняк В И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Подходы к лечению холангиолитиаза в настоящее время многовариантны (А.И. Нечай и соавт., 1987, В.А Козлов, 1987, ЮВ. Богданов, 1992, ДЛ Пиковский и соавт, 1996, ЭВ Луцевич, 1998; ГА. Клименко, 2000; С А Дадвани и соавт, 2002; ИВ Федоров и соавт., 2003) Тем не менее, все более предпочтительным, а при наличии абсолютных противопоказаний к открытой операции, едва ли не единственно возможным способом лечения, становится неоперативное удаление камней (Н А. Майстренко и соавт, 2000). При резидуальном и рецидивном холангиолитиазе применение бескровной литоэкстракции позволяет избежать повторных операций, нередко чреватых тяжелыми осложнениями и высокой летальностью (Р X Васильев, 1989) Однако неоперативные методы в настоящее время также не могут рассматриваться как универсальные и полностью безопасные способы лечения, поскольку они не гарантируют полное отсутствие интра- и послеоперационных осложнений (В И. Ярема, 1999; Г А. Клименко, 2000) Одной из основных причин, способствующих развитию осложнений, является несовершенство используемого инструментария Поэтому проблему неоперативного удаления камней из желчных путей нельзя считать окончательно решенной

В 1969 г в 1^гау е1 а1 первыми сообщили о применении петли Дор-миа при экстракции желчных камней С тех пор она стала наиболее используемым инструментом для неоперативного удаления конкрементов (8. Ма£а1еу, 1969, Н МаЬогЬсг с1 а1, 1971, К МаггапеПо, 1978) Об удалении камней из общего желчного протока с помощью петель Дормиа неоднократно сообщалось в отечественной литературе (Д Ф. Благовидов и соавт, 1975, Б В Петровский и соавт, 1980) Наибольшее распространение получили петли Дормиа из медицинских сталей Их основными недостатками являются небольшая "уловистость" и достаточно высокий процент осложнений, наиболее грозными из которых являются повреждение слизистой оболочки, ранения и перфорации стенки желчевыводящих путей и фистульного хода вплоть до желче- и кровоистечений (Ю А Пытель и соавт, 1983; В.И. Малярчук и соавт, 2002) Несовершенство технического исполнения литоэкстракторов Дормиа и сложные анатомо-топографические соотношения в билиарной зоне являются предпосылками, затрудняющими выполнение полной и одновременно деликатной литоэкстракции Боль, вероятность и объем травмы возрастают из-за повторных попыток захвата камней Наихудшие результаты дают вмешательства при стриктурах протоков, что зачастую способствует образованию еще более обширных стриктур и необходимости повторных, нередко расширенных, оперативных вмешательств. При этом раздражающее действие желчи способствует развитию воспалительных процессов при повреждениях слизистой оболочки протоков (Э И. Гальперин и соавт., 1982; С А Капранов и соавт., 2003).

Петли Дормиа из сталей довольно быстро изнашиваются и теряют свои функциональные свойства из-за усталости металла В литературе описаны случаи поломки корзинки Дормиа внутри гепатикохоледоха или свищевого хода при попытке удаления камней, когда ее части остаются в просвете желчных путей (РХ Васильев, 1989) Наблюдали вклинение корзины в терминальный отдел холедоха с необходимостью экстренного оперативного вмешательства (А А Карпачев и соавт, 2005) и другие осложнения при удалении желчных камней, связанные с упрощенной и агрессивной конструкцией литоэкстракторов (В В Стукалов, 1989; А И Курбангалеев, 2001) Литоэкстракция как неоперативный метод в настоящее время не использует всех своих возможностей и требует повышения выполнимости и безопасности за счет применения новых материалов и модернизации инструментария Несмотря на постоянный поиск и усовершенствование инструментов для хирургического лечения холангиолитиаза, их преимущества и недостатки связаны как с материалом, из которого они изготовлены, так и с их конструкцией Анализ литературы показал, что до настоящего времени нет базовых исследований по механическому воздействию инструментария на ткани и органы билиарной зоны, его совместимости с ними. Изготовители, как правило, стороной обходят этот вопрос Отсутствуют данные по сопоставимости характеристик инструментов и результатам доклинического и клинического их использования

Неотъемлемой чертой и требованием нового времени становится повышение качества медицинского обслуживания населения и все возрастающий интерес общества к улучшению результатов лечения и качества жизни (И В Ярема, 2006) Пути к достижению подобных социальных целей могут лежать через использование в лечебных технологиях новых биосовместимых материалов с заданными свойствами, адаптированных к тканям организма, и конструкций из них, "невидимых" для функциональных систем организма, эффективных и безопасных.

Научно-практическая значимость затронутых вопросов диктует необходимость уточнения основных положений, определяющих успешность бескровного лечения холангиолитиаза, изучения роли механического воздействия инструментария в этиологии и патогенезе болевого синдрома и осложнений, дальнейшего улучшения материальных и геометрических параметров используемого в клинике технического оснащения, что является крайне актуальным и послужило основанием для выполнения данной работы

Цель исследования Повысить эффективность и безопасность, уменьшить агрессивность лечебных манипуляций и вероятность развития осложнений при вмешательствах на желчевыводящих путях по поводу холангиолитиаза путем обоснования биологической совместимости и применения сверхэластичных литоэкстракторов с памятью формы из никелида титана (нитинола)

Задачи исследования

1 Обосновать возможность использования сверхэластичных материалов с памятью формы в клинике, определить их точный химический состав

2. Исследовать химическую совместимость нитинола Т1-50,8% N1 с желчью и коррозионную устойчивость в агрессивных средах.

3. Изучить пассивные механические свойства желчных протоков и определить их упругие характеристики

4 Провести с помощью компьютерного моделирования численный анализ напряженно-деформированного состояния желчных путей при внутри-просветных вмешательствах, определить вероятность развития болевого синдрома и выявить преимущества материала и геометрии рабочей части ТгМ-сверхэластичных литоэкстракгоров по сравнению с механическими прототипами петлями Дормиа из медицинских сталей

5 Сравнить эффективность и безопасность лечения холангиолитиаза с помощью биосовместимых нитиноловых литоэкстракгоров и традиционных петель Дормиа из медицинских сталей по результатам клинического применения.

6 Определить роль механического воздействия на билиарную систему в развитии болевого синдрома и осложнений при холангиолитиазе.

Научная новизна работы Впервые совокупность понятий "билиарная система - инструмент" рассмотрена с позиций взаимодействия биологической среды и абиотической части, сформулированы физико-биологические принципы уменьшения инвазивности вмешательств на органах билиарной зоны путем применения инструментария из биологически (биомеханически и биохимически) совместимых материалов Установлено, что степень механического воздействия на стенки желчного русла при удалении конкрементов определяется упругими свойствами литоэкстракгоров и играет важную роль в развитии болевого синдрома, интра- и послеоперационных осложнений, оказывает влияние на качество жизни больных холангиолитиазом после вмешательств Для повышения эффективности и безопасности вмешательств необходимо применение инструментария по механическим свойствам адаптированного к тканям органов гепатопанкреатодуоденальной зоны (ГПДЗ) и совместимого с желчью - сверхэластичных литоэкстракгоров из никелида титана (нитинола)

Впервые на компьютерных моделях методом конечных элементов выполнен сравнительный расчет напряженно-деформированного состояния желчных протоков при внутрипросветных вмешательствах литоэкстракто-рами из ТтМ-сплавов с памятью формы и медицинских сталей с различными геометрическими параметрами рабочей части, определены поля напряжений и деформаций, их величина по отношению к болевому порогу и зоны концентрации наибольших значений

Доказана клиническая эффективность и безопасность и выявлены преимущества применения биологически совместимого сверхэластичного инструментария из ТЖьсплавов с памятью формы при неоперативном удалении желчных резидуальных и рецидивных камней (чрезфистульно, чрез-дренажно, эндоскопически ретроградно после папиллодилатации и папил-лосфинктеротомии), а также при интраоперационном удалении камней из желчных путей (чрезпузырно и посредством открытой холедохолитото-мии) по сравнению с традиционными петлями Дормиа из медицинских сталей

Определены упругие дифференциальные модули общего желчного протока человека в кольцевом и продольном направлениях Выявлены нелинейный характер и анизотропия упругих свойств холедоха, обусловленные его внутренней структурной организацией и сложной архитектоникой соединительно-тканного каркаса из коллагеновых и эластиновых волокон.

Установлена высокая коррозионная стойкость сверхэластичных материалов Ть50,8% N1 в агрессивных и модельных биологических средах - 1% водном растворе НС1 и медицинской консервированной желчи.

Впервые в мире выращены монокристаллы и измерены температурно-концентрационные зависимости упругих постоянных сверхэластичных материалов на основе титана и никелида титана (нитинола).

Практическая значимость Разработан и выпускается промышленно комплекс многофункционального сверхэластичного инструментария из биоинертного материала никелида титана (нитинола) с обратимым формоизменением для удаления камней различных размеров, формы и локализации, микролитов и сладжей с минимальным травматизмом - литоэкстракторы с симметричной и асимметричной рабочей частью, различным количеством и геометрией браншей на дистальном и проксимальном отделах корзиночек-улавливателей

Сверхэластичный инструментарий идеально сохраняет первоначальную форму и может использоваться многократно без потери механических свойств и потребительских качеств при условии его стерилизации Применение сверхэластичных износостойких сплавов в качестве конструкционного материала увеличивает срок службы литоэкстракторов в 8-10 раз, что позволяет снизить себестоимость их использования

Использование сверхэластичных литоэкстракторов с памятью формы при удалении желчнокаменных конкрементов обладает большими техническими возможностями, сводит к минимуму необходимость повторных операций и сокращает среднее время пребывания больных в стационаре.

Предложена методика подсчета гастроинтестинального индекса качества жизни, основанная на введении весовых коэффициентов, присвоенных различным категориям качества жизни, физическое состояние - 1,0, психоэмоциональное состояние - 0,9 и социальная адаптация - 0,8.

Выявленная долговременная коррозионная стойкость нитинола Т1-50,8% N1 в агрессивных средах и желчи, даже в условиях деформации, позволяет рекомендовать его для медицинских изделий длительного назначения: эндобилиарных протезов, компрессионных устройств билиодигестив-ных анастомозов, шовного материала для пластики желчных путей и т д

Установленная упругая анизотропия стенки холедоха может быть использована при расчетах билиарных стентов, решении различных задач биомеханики желчевыводящего тракта и общей гидродинамики желчеот-тока, а также может быть применена для анализа процессов деформирования различных биологических систем, которые могут быть представлены полыми органами и мягкими оболочками

Создана электронная полнотекстовая база данных "Применение сверхэластичных материалов с памятью формы в науке, технике и медицине (ге-патологии)", отвечающая международным требованиям, предъявляемым к подобного рода системам База данных имеет беспрецедентный размер 10 Гб, свободный интернет-доступ, зарегистрирована в Российском реестре проектов электронных библиотек и включена в каталог образовательных ресурсов федерального портала "Российское образование".

Сверхэластичные литоэкстракторы со сгущением браншевой сетки на дистальном конце неоднократно отмечены дипломами и медалями на российских и международных выставках и рекомендованы к широкому использованию для удаления инородных тел из различных полых органов, например из мочевыводящих и дыхательных путей, пищевода (особенно у детей и больных пожилого возраста), а также холестерина из сосудов и т д Основные положения, выносимые на защиту

1 Никелид титана (нитинол) Т1-50,8% N1 биомеханически совместим с тканями органов гепатопанкреатобилиарной зоны, химически устойчив в агрессивных средах и желчи (в условиях деформации и при долговременных испытаниях), что позволяет считать его биологически инертным, оптимальным и целесообразным для комплексного применения в билиарной хирургии и гепатологии

2 Применение сверхэластичных литоэкстракторов на основе никелида титана с памятью формы снижает инвазивность вмешательств, интенсивность болевого синдрома, частоту и тяжесть осложнений в интра- и послеоперационном периоде, повышает эффективность и безопасность неоперативного и интраоперационного удаления желчных камней, улучшает ближайшие и отдаленные результаты комплексного лечения холангиолитиаза

3 Факторы механического воздействия на ткани и органы гепатопанкреа-тодуоденальной зоны при вмешательствах, определяемые степенью биомеханической совместимости литоэкстракторов, играют существенную роль в развитии болевого синдрома и осложнений, влияют на качество дальнейшей жизни больных

Внедрение результатов работы

Результаты исследования внедрены в практическую деятельность хирургических отделений Городских клинических больниц № 33 им проф А А Остроумова, № 40 департамента здравоохранения города Москвы, клинической больницы Центросоюза РФ и эндоскопического отделения Центральной городской больницы города Ноябрьска и подтверждены актами внедрения Основные положения диссертации используются при чтении лекций и проведении практических занятий на кафедре госпитальной хирургии лечебного факультета ГОУ ВПО МГМСУ

Апробация работы

Основные положения диссертации доложены и обсуждены на XXVIII-XXXII совместных заседаниях кафедр медицинской и биологической физики ММА им И М Сеченова, РГМУ, МГМСУ, РУДН и МГАВМиБ им К И. Скрябина (Москва, 2003-2007 гг), IX Всероссийском съезде по эндоскопической хирургии (Москва, НИИ хирургии им А В.Вишневского Рос-медтехнологий, 15-17 февраля 2006 г), Научно-практической конференции кафедры госпитальной хирургии МГМСУ "Клиническая медицина Центросоюза К 175-летию со дня основания" (Москва, март 2006 г), Пленуме Общества эндоскопических хирургов России "Актуальные вопросы мини-инвазивной хирургии", посвященном 50-летию кафедры общей хирургии Алтайского медицинского университета (Барнаул, 8 июня 2006 г), World Congress on Medical Physics and Biomedical Engmeenng 2006 (WC 2006 Seoul) "Imaging the Future Medicine" (Korea, COEX Seoul, August 27-September 1, 2006), II Троицкой конференции (ТКМФ-2) "Медицинская физика и инновации в медицине" (Троицк, Институт спектроскопии РАН, 1619 мая 2006 г.), VI Международной конференции пользователей программного обеспечения CAD-FEM GmbH (Москва, 20-21 апреля 2006 г.), IV Успенских чтениях, посвященных 70-летию Тверской государственной медицинской академии (Тверь, 20-21 декабря 2006 г), 3-й Международной научно-практической конференции "Качество науки - качество жизни Quality of a science - quality of a life" (Тамбов, 26-27 февраля 2007 г.), VII съезде Научного общества гастроэнтерологов России, посвященный 40-летию ВНИИ гастроэнтерологии - ЦНИИ гастроэнтерологии (Москва, 2023 марта 2007 г), 9-ом Международном Славяно-Балтийском научно-медицинском форуме "Санкт-Петербург-Гастро-2007" (Санкт-Петербург, 16-18 мая 2007 г), III Международной школе-конференции "Наноматериа-лы технического и медицинского назначения" (Тольятти, 24-28 сентября); VIII Международном конгрессе "Здоровье и образование в XXI веке концепции болезней цивилизации" (Москва, РУДН, 14-17 ноября 2007 г), International Conference on Shape Memory and Superelastic Technologies (Japan, Tsukuba City, December 3-5, 2007), IX-ой Всероссийской конферен-

ции по биомеханике "Биомеханика-2008" (Н Новгород, Институт прикладной физики РАН, 20-24 мая 2008 г).

Апробация работы проведена на совместной научно-практической конференции кафедр госпитальной хирургии лечебного факультета, патологической физиологии, анестезиологии и реаниматологии, оперативной хирургии и топографической анатомии, патологической анатомии, медицины катастроф, медицинской и биологической физики МГМСУ, лаборатории оперативной хирургии и клинической лимфологии РМАПО, лаборатории клинической и экспериментальной хирургии НИМСИ МГМСУ, сотрудников ГКБ № 33 им проф А А. Остроумова и ГКБ № 40, кафедры "Биомедицинские технические системы и устройства" МГТУ им. Н Э Баумана, Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН (Пущино) и МГУ им М В Ломоносова (ГКБ № 33 им. проф. А А. Остроумова, 19 января 2008 г).

Публикации по теме диссертации По теме диссертации опубликовано 65 работ, из них 35 в центральной печати, 13 в журналах, рекомендуемых ВАК РФ для опубликования при соискании ученой степени доктора наук, 4 в зарубежной печати, 1 монография и получено 2 авторских свидетельств на изобретение Структура и объем диссертации Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, выводов, практических рекомендаций и списка литературы, содержащего 218 отечественных и 177 иностранных работ Текст диссертации изложен на 283 страницах машинописного текста В диссертации 105 рисунков и 13 таблиц

Работа выполнена на кафедре госпитальной хирургии (заведующий кафедрой заслуженный деятель науки РФ, член-корреспондент РАМН, доктор медицинских наук, профессор И.В. Ярема) ГОУ ВПО "Московский государственный медико-стоматологический университет" Росздрава (ректор - Заслуженный врач РФ, доктор медицинских наук, профессор О О Янушевич) на базе ГКБ № 33 им проф А А. Остроумова, ГКБ № 40 и клинической больницы Центросоюза РФ

ХАРАКТЕРИСТИКА БОЛЬНЫХ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Общая характеристика исследований Исследования проводились с 1987 по 2007 г На первом этапе проведен анализ клинических проблем и сложностей при неоперативном лечении холангиолитиаза с помощью традиционных механических устройств из медицинских сталей Показано, что необходимо кардинальное улучшение материальных и геометрических параметров используемого инструментария. При изыскании материала для рабочих частей литоэкстракторов

создана электронная база данных (БД) по применению новых высокотехнологичных материалов в медицине, в том числе билиарной хирургии и ге-патологии БД состоит из полных текстов, создана на основе системы автоматизации библиотек, по содержанию и объему не имеет аналогов в мире Информационный поиск способствовал выбору перспективной группы материалов, наибольший интерес среди которых представляют интерметаллические соединения на основе никелида титана (нитинола) с принципиально новыми и уникальными свойствами - эффектами памяти формы (ЭПФ) и сверхэластичности (СЭ) В настоящее время эти сплавы широко применяются в медицине, из них только 2,9% в клинической гепа-тологии (В.Н. Хачин и соавт., 1996, В.Э. Гюнтер и соавт, 1998, С Д Про-кошкин и соавт, 1999, Г Ц Дамбаев и соавт, 2004, Б ЗаЮзЫ е! а1, 2001 и др). С целью уточнения состава были исследованы физико-механические (упругие и деформационные) свойства сверхэластичных сплавов на основе никелида титана В качестве материала рабочей части литоэкстракторов выбран бинарный интерметаллид с химической формулой 11-50,8% № (содержанием никеля около 50,8 атомных процентов)

На втором этапе работы изучена коррозионная стойкость никелида титана Тл-50,8% N1 в агрессивных средах и желчи до и после пластической деформации Исследованы эффективные упругие свойства общего желчного протока на аутопсийном материале и выполнен структурный биомеханический анализ полученных данных Разработаны компьютерные конечно-элементные модели внутрипросветных вмешательств на билиарной системе литоэкстракторами с различными материальными и геометрическими характеристиками рабочей ("камнезахватывающей") части и определены параметры интрамуральных напряжений и деформаций при вмешательствах, в том числе их значения по отношению к порогу болевой чувствительности.

На третьем этапе исследований разработан комплекс рентгенокон-трастных литоэкстракторов из никелида титана (нитинола) Т1-50,8% N1 с заданными свойствами (памятью формы и сверхэластичностью) и оригинальным дизайном рабочей части (надежностью захвата, удержания и трак-ции) для комплексного лечения холангиолитиаза (в составе коллектива ООО СМЕТ под руководством лауреата премии Ленинского комсомола, д ф -м н , профессора В Н Хачина)

На четвертом этапе проанализированы результаты клинического применения сверхэластичных литоэкстракторов в сравнении с петлями Дормиа из медицинских сталей при лечении холангиолитиаза неоперативными методами и интраоперационно (путем лапаротомии). Были исследованы

- интенсивность болевого синдрома,

- структура и частота интра- и послеоперационных осложнений,

- параметры качества жизни (КЖ) больных до и после вмешательств,

- определена роль экзогенного механического воздействия на билиар-ную систему как этиологического фактора болевого синдрома и осложнений, его влияние на качество жизни больных в послеоперационном периоде.

Экспериментальная часть работы основана на

- исследованиях механических свойств и упругих постоянных ctJ 8 бинарных и трехкомпонентных сплавов (TiNi, Fe) и (TiNi, Си) на выращенных монокристаллах;

- испытаниях коррозионной устойчивости никелида титана Ti-50,8% Ni на 5 образцах в 1% водном растворе НС1 и 5 образцах в медицинской консервированной желчи (choie conservata medicata, ООО "Самсон-Мед", г Санкт-Петербург),

- исследовании биомеханических свойств 5 препаратов гепатикохоле-доха на аутопсийном материале,

- гистологических исследованиях 65 препаратов желчного пузыря, желчного и общего желчных протоков,

- результатах расчета 128 компьютерных моделей напряженно-деформированного состояния (НДС) стенки желчных путей при внугри-просветных вмешательствах на них литоэкстракторами с различной формой рабочей части и количеством браншей из сверхэластичных TiNi-сплавов и из медицинских сталей

Характеристика больных Клиническая часть работы основана на анализе результатов комплексного неоперативного и интраоперационного (лапаротомического) удаления конкрементов, микролитов и сладжей у 103 больных хроническим кальку-лезным холециститом и холедохолитиазом за период с 2000 по 2007 гг, находившихся на лечении в клинике госпитальной хирургии лечебного факультета МГМСУ и в эндоскопическом отделении Центральной городской больницы города Ноябрьска (ЯНАО) С учетом поставленных задач больные были разделены на 2 группы (табл 1), сопоставимые по полу и возрасту Среди больных преобладали женщины (соотношение женщин и мужчин 2,96 1), что соответствует данным мировой литературы о распространенности ЖКБ и ее осложнений Средний возраст больных 50,5±14,7 лет

Основная группа - пациенты после удаления конкрементов с помощью сверхэластичных литоэкстракторов с памятью формы из никелида титана (нитинола), витых и со сгущением браншей на дистальном конце рабочей части (п=67). Группа сравнения - больные, перенесшие удаление камней из желчных путей классическими петлями Дормиа из медицинских сталей с равномерной браншевой сеткой (п=36) Для достоверности и сопоставимости результатов работы в группы включены больные без тяжелой сопутствующей патологии, могущей оказать существенное влияние на

интра- и послеоперационные осложнения (ИБС, гипертоническая болезнь, сахарный диабет и т п)

Таблица I

Распределение больных основной и группы сравнения по полу

Пол Основная группа п=67 (65,0%) Группа сравнения п=36 (35,0%)

| Мужчины 16 (23,9%) 10 (27,8%)

1 Женщины 51 (76,1%) 26 (72,2%)

Экспериментальные методы исследования

Экспериментальные исследования проведены с применением современных методов информатики, новых технологий получения материалов, методов изучения физико-механических свойств твердых тел и биологических тканей, коррозионных испытаний, гистологических исследований и компьютерного моделирования

При создании базы данных "Применение сверхэластичных материалов с памятью формы в науке, технике и медицине (гепатологии)" применена система автоматизации библиотек IRBIS (ГПНТБ России)

Деформационные свойства сверхэластичных материалов для рабочих частей литоэкстракторов исследовали стандартными механическими методами, упругие характеристики определяли ультразвуковым способом на выращенных монокристаллах

При изучении коррозионных свойств Ti-50,8% N1 - важнейших показателей химической совместимости материалов - применяли наиболее информативный весовой метод расчета коррозионных потерь К и скорости коррозии С, основанный на измерении убыли массы образцов за время испытаний /. Для определения скорости коррозии использовали соотношение

К = щ-т

t St W

где т0 и т - масса металла до и после испытаний, соответственно, S-площадь поверхности образцов до испытаний

Испытания проводили в сравнении с чистым титаном (V I Itin et al, 1999) в водных растворах соляной кислоты, моделирующих свойства некоторых физиологических жидкостей, в частности желудочного сока Оценку коррозионной стойкости проводили до и после пластической деформации материалов Степень деформации изменяли ступенчато до 20% с шагом 5% Исследования проводили также в эмульсии медицинской желчи при длительной экспозиции (свыше 1,5 лет) Испытания проводили в защищенном от света месте при полном погружении навесок в исследуемую среду с последующим визуальным осмотром и периодическим взвешиванием

Изучение механических свойств желчных протоков проводили инфу-зионным методом на проксимальном отделе ductus choledochus при давлении, близком к физиологическому. Это позволило получить максимально достоверную информацию о деформационном поведении и упругих свойствах протоков. Использовался пластиковый контейнер (рис. 1, У) с буферным раствором Кребса-Рингера с рН=7,0, моделирующим физиологические жидкости организма, при температуре 37,0°С. В этом же растворе образцы хранились до испытаний. Эксперименты проведены на трупных органах, что позволило избежать вынужденной экстраполяции экспериментальных данных. Летальность больных не была связана с патологией печени или желчных путей. Образцы органов, отобранных для испытаний, визуально не имели патологических признаков. Исследование проводилось в течение 24 часов после смерти больных.

Методика забора и подготовки трупных органов: резецированный участок холедоха отмывали струей проточной воды и освобождали от жировой клетчатки. Проксимальный конец протока соединяли с канюлей, другой конец, ближайший к сфинктеру Одди (СО), как можно дистальнее перевязывался. Увеличение трансмурального давления осуществлялось с помощью колонны гидростатического давления, величина которого определялась по высоте столба жидкости и изменялась ступенчато от 0 до 10 кПа (1 кПа =10 см Н2О) с шагом 1 кПа. Изображение протока под избыточным давлением записывалось на видеокамеру Nikon CoolPix 5600 и подавалось на персональный компьютер. Далее изображение преобразовывалось в оттенки серого и обрабатывалось графическим пакетом SigmaScan Pro 5.0.

1

шщщщ .... . 0* |Э а, жТрТж 1 i-V^gl

W4 wÄr 1.......... .......... V-

4

2

Рис. 1. Экспериментальная установка для исследования упругих свойств желчных протоков в условиях, близких к физиологическим (7). Схема возникновения напряженно-деформированного состояния (НДС) в стенке протока под действием давления Р (2). Сегмент протока (5).

Расчет деформаций (ег и ев) основан на следующих предположениях: форма общих желчных протоков цилиндрическая; многослойная стенка

протоков представляет собой единое целое, материал стенки несжимаем (В А Березовский и др, 1990), отношение толщины стенки к радиусу протоков мало (G Mahour et al, 1967, S. Schulte et al, 1990, M Khalil et al, 2002), толщину стенки при 0 кПа можно измерить Объем стенки V, таким образом, считался постоянной величиной, равной объему V0 при давлении 0 кПа-

V = V0 - [г1 - (г- hf ]ж1 = [г02 - (г0 - К? ]Ч, (2)

где r0 h0 и /0 - внешний радиус, толщина и длина сегмента протока, измеренные при давлении 0 кПа, r,h и 1 - внешний радиус, толщина и длина, измеренные при избыточном давлении (рис 1,2, 3).

В связи с тем, что стенка протоков считалась тонкой, радиальная компонента ег деформаций не рассматривалась При определении продольных и кольцевых интрамуральных напряжений использовали канонические формулы Лапласа для полой упругой трубки (Y.C Fung, 1993) Далее определяли эффективные упругие модули.

Для гистологических исследований аутопсийный материал фиксировали в 5% р-ре формалина, использовался роторный микротом "Leica RM 2135М", окраска препаратов гематоксилином и эозином и по Ван-Гизон Использовался световой бинокулярный микроскоп "Leica BIOMED " с цифровой микросъемкой Исследования проводились в Московском городском центре патологоанатомических исследований совместно с заведующим па-тологоанатомическим отделением к.м.н А.В Добряковым

При компьютерном моделировании расчет напряжений и деформаций желчных протоков при внутрипросветных вмешательствах выполнен методом конечных элементов (МКЭ) при помощи программного комплекса ANSYS Основные этапы практической реализации численного эксперимента состояли из построения физической и математической моделей, их исследования и анализа полученных результатов Построение моделей традиционно включало в себя идеализацию объектов и внешних воздействий Расчет моделей состоял из следующих этапов, а) создание геометрических моделей корзинки, желчных протоков и околопротоковых тканей, чертежей и приложения нагрузок, б) разбиение моделей на сетку конечных элементов достаточно простой формы; в) задание граничных условий, г) численное решение, д) анализ результатов, в том числе с помощью программных средств визуализации (построение графиков и диаграмм) При интерпретации данных применяли методы доказательной медицины Клинические методы исследования Обследование и предоперационная подготовка больных проводились по общепринятой схеме, которая включала традиционные клинические, лабораторные и инструментальные методы обследования ультразвуковое исследование, компьютерную томографию, эндоскопическую ретроград-

ную холангиопанкреатографию, фистулохолангиографию и методы визуального контроля (фиброгастродуоденоскопшо и холангиоскопию)

Мониторинг интенсивности болевых ощущений и показателей качества жизни больных до и после лечения производили с использованием вербальной пятибалльной описательной шкалы VDS - Verbal Descriptor Scale (О.В. Военнов, 2002) и опросника GIQLI - Gastrointestinal Index Quality Life Index По мнению И В Яремы (2006) параметры качества жизни являются наиболее достоверными критериями эффективности проведенного лечения Методика подсчета индекса качества жизни включала оценку физического, социального и психоэмоционального благополучия больных, основанную на субъективном восприятии здоровья Процедура подсчета индекса была модернизирована путем введения оптимальных весовых коэффициентов, присвоенных различным категориям качества жизни физическое состояние (наиболее значимая категория ответов опросника) - 1,0; психоэмоциональное состояние - 0,9, социальная адаптация - 0,8 С учетом удельного веса составляющих индекс рассчитывался по формуле

GIQLI = 1,0 ]>>, +0,9 +0,8 2>t, (3)

■ j к

где xl,y„zl - баллы ответов респондентов на вопросы физической, психоэмоциональной и социальной сферы, соответственно, которые могли принимать любые целые значения от 0 до 4 Сбор сведений и анкетирование больных проводили до вмешательства и через 1,6 и 12 месяцев Статистические методы обработки результатов При статистической обработке результатов испытаний коррозионной стойкости Ti-50,8% Ni использовали метод доверительных интервалов при заданном уровне значимости

Анализ погрешностей при исследовании упругих свойств желчных протоков выполнялся в среде MATHCAD 13 0. При численном описании деформационных кривых желчных протоков применяли функцию нелинейной регрессии общего вида genfit пакета Рассчитывали коэффициент достоверности регрессии (С И Ковалев, 2002)

Абсолютные (AR) и относительные (RR) риски превышения болевого порога при компьютерном моделировании и возникновения болевого синдрома в клинике, изменение рисков ARR (показатель эффективности вмешательств) и RRR, доверительные интервалы, показатель NNT (number needed to treat) рассчитывали на основании формул, применяемых в статистическом анализе при сравнении групп по качественному бинарному признаку (ОЮ. Реброва, 2006) Использовали терминологию и обозначения, принятые в доказательной медицине (Р. Флетчер и соавт, 2004)

Для проверки гипотезы о различии средних значений интенсивности болевого синдрома и индекса качества жизни GIQLI в основной и группе

сравнения использовали параметрический t-критерий Стьюдента для неравночисленных независимых выборок При проверке гипотезы о равенстве дисперсий выборок применяли критерий Фишера Соответствие вида распределения данных нормальному закону оценивали по критерию Колмогорова-Смирнова с помощью пакета прикладных программ STATISTICA б О

Коэффициент корреляции между наличием болевого синдрома и осложнениями у больных вычислялся по формулам для установления корреляционной связи при качественной альтернативной вариации с помощью непараметрического точного метода Фишера (Е В Гублер, 1978)

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Достижение поставленной цели представлялось возможным путем уменьшения издержек механических воздействий при удалении желчных камней на основе поиска материалов, механически совместимых с тканями ГПДЗ и химически - с желчью, разработки и применения трансформируемых конструкций из них, адаптированных к особенностям внутреннего рельефа желчного дерева, анализа данных клинических исследований

Динамика продвижения идей и новых материалов для медицины имеет особенности, связанные с прохождением дополнительных тестов на возможность их дальнейшего использования В силу этого лишь немногие из перспективных материалов-"кандидатов" могут быть рекомендованы к медико-биологическому применению Биомеханическое поведение живых тканей предъявляет определенные физико-механические требования к небиологическим материалам для медицины по своим деформационным свойствам они должны иметь определенные характеристики.

Биомеханическая совместимость предполагает отсутствие в зонах взаимодействия перегрузок и макродеформаций вблизи поверхности раздела "конструкция-живая ткань" Оптимальные материалы и медицинские инструменты из них по своим механическим свойствам должны быть аналогичны живой ткани (в идеале - абсолютно сходны), иметь близкую к ней диаграмму напряжение-деформация и присущую тканям величину гистерезиса на диаграмме "нагрузка-разгрузка" (В Э Гюнтер и соавт., 1998) Кроме того, для предотвращения преждевременной потери инструментом его функциональных качеств, и даже поломки, материал должны иметь незначительную по величине остаточную деформацию при разгрузке и высокое сопротивление износу (особенно при знакопеременных нагрузках)

Анализ БД по применению новых материалов в медицине, данных литературы (В.Н Хачин, 1984, В А. Лихачев и соавт., 1987, В Э Гюнтер и соавт, 1998) и собственных исследований показал, что изложенному комплексу требований в полной мере отвечает группа сверхэластичных сплавов с памятью формы Их механическое поведение аналогично поведению живых тканей организма человека, другими словами, им присущи те же за-

коны деформирования, что и биологическим тканям (рис 2,1,2) Деформационное поведение сталей принципиально другое Обратимая при разгрузке деформация наблюдается только на начальной стадии нагружения (что соответствует менее 0,5% относительной деформации). При дальнейшем нагружении нержавеющая сталь пластически "течет" и при разгрузке демонстрирует значительную величину необратимой остаточной деформации £осп (рис 2, 3) Кроме того, высокий уровень упругих свойств и жесткость инструментов из медицинских сталей создают условия для значительной травматизации тканей при механическом воздействии - модуль упругости большинства конструкционных сплавов (до 220 ГПа) значительно выше, чем у кости (15-25 ГПа), хрящевых структур (0,2-1 ГПа) и, тем более, мягких тканей (100 Па-100 МПа) (рис 4, 4).

I I

3 - Медицинские стали /

I

2 - Сверхэластичные

материалы 1 - Твердые и мягкие биологические ткани

Деформация

Рис 2 Деформационные кривые биологических тканей (/), сверхэластичных сплавов с памятью формы (2) и медицинских сталей (5).

Окончательный выбор оптимальных материалов для атравматичных литоэкстракторов выполнен среди сверхэластичных интерметаллидов с эффектом памяти формы двух квазибинарных разрезов ТМ-Т^в и ГгМ-ТгСи Эти интерметаллические соединения испытывают весь спектр полиморфных фазовых превращений в В2 соединениях на основе титана мар-тенситного типа, обеспечивающих им проявление уникальных эффектов памяти формы и сверхэластичности

Были исследованы упругие свойства с1} бинарных и трехкомпонентных сплавов (ГгМ, Ре) и {ТгЫг, Си) в широком интервале концентраций накануне превращений Для большей информативности исследование выполнялось на монокристаллах. Заметим, что выращивание однофазных кристаллов сплавов на основе титана и никелида титана до сих пор является сложной технической задачей (в Оиешп, 1979, Ь, УаЬа е! а1, 2006) Нам удалось впервые в мире вырастить монокристаллы и измерить температур-но-концентрационные зависимости упругих постоянных В2 титановых сплавов, стабильных к структурным переходам, и постепенно теряющих

устойчивость первоначально к одному В2—»/?, а затем и к двум 52-н> Я —>519' и 52 -» 519 —> 519' фазовым превращениям, обеспечивающим сплавам необычные, уникальные свойства механической памяти и сверхэластичности. Кристаллографическая ориентация монокристаллов была предварительно выявлена по линиям травления, которые, как было установлено, соответствовали плоскостям {100}, ось роста наблюдалась вблизи диагонали <111> (рис. 3).

111А

011 \

1 2 Рис. 3. Вид (/) и ось роста (2) уникальных монокристаллов TiNi, использованных для измерения упругих свойств сверхэластичных литоэкстракггоров.

Главный вывод, сделанный при анализе упругих свойств материалов — их уровень у сплавов с фазовьми переходами, эффектами памяти формы и сверхэластичности аномально низок и продолжает снижаться по мере приближения к точке превращения, как по температуре, так и по составу в отличие от стабильных сплавов на основе титана и железа и железа - основы медицинских сталей (рис. 4, 1-3). Установленное интенсивное "размягчение" упругих свойств (С.А. Муслов, 1987) дает TiNi-сплавам первоначально элинварное (A.c. на изобретения № 1475957 и № 1433997), а затем реологическое поведение, подобное биологическим тканям ("резинопо-добное" поведение). Эти уникальные свойства никелида титана, определяющие принципиально новые возможности управления механическими параметрами сплавов, сделали его наиболее предпочтительным среди всех известных металлических материалов для изготовления медицинского атравматичного инструментария. В связи с тем, что химический состав никель-титановых сплавов принципиально влияет на температуру начала мартенситных превращений и проявления эффектов памяти формы и сверхэластичности (рис. 5), выбор химического состава Ti-50,8 атомных процентов Ni (Af ~ 15°С и Md = 60°С) был адаптирован под узкий интервал температур органов и тканей человека в условиях нормы и патологии.

Таким образом, на основании результатов исследования физико-механических (деформационных и упругих) свойств материалов с памятью формы в качестве материала-кандидата для рабочей части атравматичных литоэкстракторов был выделен сверхэластичный бинарный интерметаллид

(х,у,г) (Х,У,2)

1 (Т1-50% Ре) 2 СП-50,8% N0 3 (Ре - основа мед. сталей)

90

а

4

Рис. 4. Модули упругости Юнга Е(х,у,г) И-50% Ре (/), сверхэластичного никелида титана (нитииола) И-50,8% N1 с памятью формы (2) и Ре - основы медицинских сталей (5) в декартовых координатах. Область упругих свойств биологических тканей (==), модули упругости Юнга Е(а) 11-50,8% N1 (—) и железа Ре (—) в полярных логарифмических координатах (4).

нитинол Т1-50,8% N1. Зависимость усилий от деформации нитинола практически аналогична механическому поведению живых тканей- костей, связок, мышц и т д, а соответствующая ей величина обратимой деформации может достигать необычно высокой для металлов величины - 10-12% Кроме того, следует отметить феноменальную износостойкость никелида титана при знакопеременных нагрузках изделия из него способны выдерживать до 2 106 циклов (8 8ЬаЬа1оУ5кауа, 2002) и больше - из нанонити-нола (В Г Пушин, 2007) Железо (Бе) - основа различных специальных легированных сталей (12Х18Н10Т, 4X13, 300, 304, 316Ь и других), весьма широко используемых для изготовления медицинских инструментов (в том числе петель Дормиа), обладает схожей с никелидом титана анизотропией упругих свойств, но уровень упругих свойств элементного Бе вдоль всех кристаллографических направлений значительно выше (рис 4,3), а износо-и циклостойкость в 10-100 раз ниже (БипакиЬо Н, 1987) Именно поэтому следует ожидать, что медицинский инструментарий для внутриорганных вмешательств, изготовленный из никелида титана, будет оказывать меньшее травмирующее и "агрессивное" действие, чем из сталей Уже одно это должно уменьшить риск и тяжесть самого оперативного вмешательства и ятрогенных повреждений органов и тканей

Рис 5 Различные проявления неупругости никелида титана (нитинола) Ть 50,8% №: 1 - эффект памяти формы, 2 - сверхэластичное поведение: А,, А/,М1, Мр Мл - характерные температуры проявлений ЭПФ и СЭ.

Однако данное предположение относительно выбора никелида титана (нитинола) Т1-50,8% N1 среди других медицинских материалов и его использования в качестве материала для изготовления атравматичного инструментария при вмешательствах на желчных путях предварительно рассматривалось только в качестве гипотезы Окончательный ответ на этот вопрос получен в результате модельного компьютерного эксперимента по исследованию НДС органов билиарного тракта при внутрипросветных вмешательствах и анализа данных клинического применения

Мг М3 А, АГ=15°С

Мс=60°С

Температура

Использование нитинола в качестве материала инструментов для гепа-тологии предполагает специальные требования к его коррозионной стойкости в агрессивных средах и химической совместимости с желчью С учетом этих требований никелид титана, как потенциальный медицинский материал для билиарной хирургии, не должен вступать в химические реакции с желчью, особенно в условиях деформации Кроме того, хирургические инструменты в процессе предстерилизационной механической очистки, химической дезинфекции и стерилизации подвергаются коррозии и покрываются оксидной пленкой, что весьма отрицательно сказывается на функциональных свойствах инструментов и затрудняет в дальнейшем их эксплуатацию

Исследования коррозионной стойкости (потеря веса в мг в час на см2) у 5 образцов никелида титана Т1-50,8% N1 в 1% растворе соляной кислоты, моделирующем некоторые биологические среды, проведены в сравнении с чистым титаном По своей стойкости к агрессивным жидкостям титан, не подверженный пластической деформации, превосходит все металлы (за исключением благородных) и большинство видов нержавеющих сталей (И И Корнилов, 1975) В исходном состоянии скорость коррозии никелида титана составила 3,3±0,4 мг/см2 час (р<0,05) С ростом степени пластической деформации скорость коррозии у сплава Т1-50,8% N1 (в отличие от Т1) остается примерно на одном и том же невысоком уровне (плато) и лишь после деформации в 10-15% отмечается ее рост (от 5 до 15% на 5% деформации) При уровне пластической деформации в 15% весовые потери Т1-50,8% N1 составили всего 5,1±1,6 мг/см2 час (р<0,05), в то время как при той же деформации у титана около 13,5 мг/см час (VI Шп а1, 1999), то есть в 2,6 раз меньше Результаты этих испытаний свидетельствуют о том, что в условиях значительной пластической деформации никелид титана Т1-50,8% N1 обладает даже большей коррозионной стойкостью, чем чистый титан Т1. Изучение долговременной скорости коррозии нитинола Т1-50,8% N1 в консервированной медицинской желчи, показало, что потери веса в этой среде составили лишь около 0,1% за время наблюдений (1,5 года) независимо от степени деформации образцов (рис 6)

Результаты коррозионных тестов сплава Т1-50,8% N1, как материала-"кандидата" для изготовления сверхэластичных литоэкстракторов, демонстрируют его способность выдерживать большие деформации в агрессивных жидкостях и физиологических средах организма (желчи) без деградации Кроме того, отсутствие весовых потерь никелида титана в желчи в ходе долговременных испытаний дает основания считать его материалом пригодным для медицинских изделий длительного использования нитино-ловые эндопротезы (билиарные стенты), компрессионные устройства для билиодигестивных анастомозов, шовный материал для билиарной хирургии.

0,14 и

Отн потери веса, %

0,10 -0,08 -0,06 -0,04 -0,02 -0,00 I

О 20 Недели 40 60

Рис 6 Весовые потери никелида титана (питинола) в желчи при долговременных испытаниях (М ±а).

В качестве параметров при компьютерном моделировании напряженно-деформированного состояния желчеотводящих путей при внутрипрос-ветных вмешательствах изучены механические свойства стенки желчного протока человека с предварительным гистологическим исследованием Па-томорфологических изменений в исследованных сегментах не обнаружено, что делало их использование для определения упругих свойств правомерным Подобные измерения на органах билиарной системы человека были проведены впервые

3000

3000

2; 2000 I Ez(x) 1 ЕОД

ел -

1 1000

о

о

О 0 05 0 1 0 15 0 2 0 25 О х 03

Deformation

Рис 7 Упругие дифференциальные модули Юнга общего желчного протока в продольном (—) и кольцевом (—) направлениях.

In vitro получены кривые зависимостей напряжение-деформация в продольном <у, -az(ßz) и кольцевом ав = <Ув(£0) направлениях, где е2 и ев -компоненты деформации (рис 1, 3), az и ад - соответствующие им на-

пряжения (рис. 1, 2) Кривые подвержены значительным индивидуальным колебаниям и существенно нелинейны Их сдвиг по отношению друг к другу по оси деформаций является признаком того, что пассивные механические свойства холедоха анизотропны по типу "ортотропия" Из относительного положения кривых следует, что гепатикохоледох легче деформируется и, следовательно, более податлив в продольном направлении, чем в кольцевом Аналитически диаграммы были описаны экспоненциальными зависимостями вида а = а(е^е -1), а коэффициенты а и р найдены с помощью функции ¿ефг пакета МАТНСЛО 13 0. Данный способ аппроксимации оказался эффективен и показал высокую точность Упругие модули холедоха Е2(е,) и Ев{ед) определялись дифференцированием соответствующих регрессионных зависимостей (рис 7) В результате в продольном направлении установлено- (Тг(£,) = 0,19(е19 Юе' -1) кПа и Ег(е2) = 3,79с19кПа (коэффициент достоверности регрессии 0,99), в кольцевом - ов(£д) = 11,24(е10№'-1) кПа и Ев{ев) = 119,24е10'61^ КПа (коэффициент достоверности регрессии 0,98), соответственно Упругие модули стенки общего желчного протока (как и нитинола Т1-50,8% N1) учитывались далее при компьютерном моделировании механического воздействия как этиологического фактора билиарной боли

Установленная анизотропия биомеханических свойств стенки общего желчного протока может быть связана со сложным механизмом транзита желчи в двенадцатиперстную кишку Также отметим, что деформационное поведение желчных путей характерно для биологических проточных систем (артерий, уретры, мочеточника и др), органов желудочно-кишечного тракта (пищевода и кишечника), резервуаров (мочевой и желчный пузыри) и обеспечивает им пластичность и прочность. Оно соответствует реологической модели вязкоупругого тела Кельвина-Фойгта и свидетельствует о том, что пассивные (под действием внешнего воздействия) механические свойства желчных протоков обусловлены растяжением образующих соединительную ткань стенки волокон коллагена и эластина

С целью изучения соотношения мышечной и соединительной ткани в стенке желчного пузыря и в системе желчных внепеченочных протоков использованы желчный пузырь, желчный проток, общий желчный проток у умерших (мужчины и женщины 40-60 лет), не имевших в анамнезе заболеваний печени и/или желчевыводящих путей Всего было исследовано 65 препаратов. Патоморфологическое исследование показало, что стенка желчного пузыря образована продольными и поперечными гладкомышеч-ными волокнами, причем более тонкий мышечный слой отмечался в стенке пузырного протока и супрадуоденального отдела холедоха Основу стенки этих отделов составлял хорошо выраженный соединительно-тканный каркас, образованный густой сетью переплетенных коллагеновых и эластино-

вых волокон, проходящих в различных направлениях Единичные или собранные в отдельные группы волокна разбросаны случайным образом, в то же время значительная часть их проходит продольно, косо или образует спиральное расположение Эти данные согласуются с данными литературы о наличии соединительно-тканного остова из коллагеновых и эластиновых волокон в полых органах и подтверждают результаты проведенных механических испытаний, что именно эти структурные элементы определяют параметры пассивных биомеханических свойств желчных протоков. При этом, по-видимому, сложная архитектоника соединительно-тканного каркаса определяет анизотропию механической функции

Следующий этап исследования состоял в сравнительном анализе напряженно-деформированного состояния желчных протоков и риска превышения болевого порога (негативный исход) при манипуляциях литоэкс-тракторами из сверхэластичного нитинола и из медицинских сталей. При вмешательствах в просвете протоков и дилатации их стенки рабочей частью литоэкстракторов местные механические напряжения и деформации (являющиеся механическими раздражителями) выше физиологического уровня вызывают изначально болевые ощущения При определенных значениях и длительности "перенапряжения" (перегрузки) и "передеформации" могут привести к нарушению целостности слизистой оболочки желчных протоков (с образованием в процессе соединительнотканной трансформации рубцовых стриктур) и даже перфорациям. Такие вмешательства, ведущие к патологическим изменениям стенки протоков, квалифицировались нами как травмирующие

При численном анализе НДС напряжения в стенке протока принимались равными интенсивности напряжений, характеризующей общее напряженное состояние в точке, и вычислялись по формуле

сгт = шах (I ах-ог |, | а2-аъ\,\ а3 -<г, |), (4)

где <т,, <т2 <т3 - главные напряжения

Расчет деформаций в стенке протока проведен по Тгезса и основан на общих свойствах тензоров второго ранга (К В. Соляник-Красса, 1976), интенсивность деформаций, таким образом, определялась аналогично эквивалентным напряжениям

£1Л = шах (I £, - £г И £2 - £ъ I, I £3 - £•, |), (5)

здесь е2 еъ - главные деформации.

В качестве критериев травматизма желчных протоков при их дилатации в ходе вмешательств были выбраны напряжения сгш1. Прогностическим фактором болевого синдрома и травматических повреждений являлось выполнение неравенства а1й >ст*, где а* - среднее давление, вычисленное по данным Е Оаешкг (1951), А С5еп<1е5е1а1 (1979) и X Ьио е! а1. (2007) с

учетом множителя rm/h, где гт - среднекольцевой радиус (рис. 1, 2,3) (Р. Dobrin, 1978). Для определения гт и h использовали морфометрические данные G. Mahour et al. (1967), S. Schulte et al. (1990) и M. Khalil et al. (2002). Введение корзины от первого касания до полного проникновения в проток осуществлялось заданием дискретных перемещений на торцах корзины, то есть перемещение описывали функцией

Д0 = 0,0007г(м), (6)

где t = 1,2,3,..,30.

Таким образом, корзина перемещалась квазистатически ("ступеньками") по 0,7 мм. В качестве модели желчных путей рассмотрены стриктур-но-измененные желчные протоки (с различными геометрическими параметрами и конусностью), степень травматичности вмешательств на которых заведомо максимальна (B.C. Савельев и соавт., 1986).

Для численного анализа НДС были разработаны физическая и геометрическая модели. При построении физических моделей и получения достоверных результатов использовали физико-механические свойства структурных компонентов моделей (упругие модули браншей и стенки протоков). Рабочие модели строились с учетом симметрии. Окончательно модели получились слоистыми - корзинка, проток и околопротоковая ткань и довольно сложными, но приемлемыми для расчёта (рис. 8).

Рис. 8. Конечно-элементные модели корзинки СЭ литоэкстрактора 3x6, протока в области стриктуры и сопредельных околопротоковых тканей.

Конусообразно сужающаяся тонкостенная трубка переменного сечения моделировала собственно желчный проток в области стриктуры с установленными нелинейными и анизотропными механическими свойствами. Внешняя толстостенная коаксиальная трубка с изотропными идеально упругими свойствами: эффективным модулем упругости Юнга Еэфф= 1-5 МПа [Е(1), Е(2), Е(3)] и коэффициентом Пуассона //=0,45-0,49 (Сковорода А.Р., 2002) имитировала ткани гепатодуоденальной связки (окружающую проток жировую клетчатку и другие). Это две важные механические компоненты

желчного русла. Изучался также вариант без внешней трубки, но с фиксированным внешним воздействием от окружающих проток тканей, равномерно распределенным по всей длине протока. Таким образом, в рассмотренных моделях учитывалось воздействие околопротоковой среды на напряженно-деформированное состояние тканей, составляющих стенку протока. Третьим компонентом моделей служила непосредственно сетчатая корзинка с витьём на конце, представляющая собой металлические прутики из тонкой проволоки (бранши), особым образом соединенные между собой (рис. 9, 3).

---- .адииии(;0

■п ..... к^ - 4

Рис. 9. Сверхэластичные корзинки-улавливатели экстракторов желчных камней из никелида титана (нитинола) с памятью формы: витая 3-х бран-шевая, 3x6, 3x12 и 4x8 повышенной "уловистости" с направляющей атрав-матичной оливой (/). Вид с торца (2). Фрагмент конечно-элементной модели корзинки 3x6 со сгущением браншей на дистальном конце (3). Эргономичные ручки сверхэластичных Т1М-литоэкстракторов, варианты (4).

Геометрические модели корзинок строились на основе сегментированных, кусочно-линейных сплайнов импортом из точных чертежей конструкций Для моделирования механического межповерхностного взаимодействия между браншами корзины и тонкостенной трубкой (протоком) использовались контактные элементы типа "поверхность-поверхность", через которые и осуществлялось взаимодействие Количество браншей в проксимальной части и петель в дистальной части корзинок определяется размерами, формой и месторасположением конкрементов в протоке и при моделировании могло быть любым (рис. 9, 1, 2). Параметрами также были толщина стенки и диаметр протоков Тонкостенная и толстостенная трубки были смоделированы при помощи трехмерных 3D "солид" элементов При задании граничных условий торцы трубок жестко закрепляли по контуру (точечное закрепление не дало желаемых результатов) Расчет производился численно методом конечных элементов, тип конечных элементов - гексаэдры Размерность задачи (общее число степеней свободы), например, для корзинки 3x6 (с тремя браншами и одной петлей на каждой бранше) составило 99108, что являлась компромиссом между возможностями 32-битной вычислительной платформы на основе Intel архитектуры (предельный размер адресного пространства Workspace ANSYS 1,7 Гб) и необходимостью детального анализа контактного взаимодействия между браншами корзины и поверхностью протока То есть на стадии отладки и счета модели были учтены ресурсы вычислительной техники, существенная нелинейность задачи (необходимость сохранения результатов по всей истории нагружения), а также ее геометрическая неоднородность (значительные отличия характерных поперечных размеров браншей и морфометрических параметров протока - диаметра и толщины стенки), которые влияли на сходимость задачи и точность результатов Анализ НДС состоял в определении механических напряжений (с точностью до постоянного множителя - контактных давлений) и деформаций в точках исследуемой модели на всех этапах введения рабочей части корзинки - начала введения, прохождения сужения и положения в узкой части протока В качестве материала рабочей части литоэкстракторов рассматривалось два варианта исполнения - никелид титана (нитинол) и чистое железо (Fe) - основа специальных медицинских сталей По данным расчета на всех этапах внут-рипросветного движения корзинки литоэкстрактора построены графики деформаций и напряжений, выбранных в качестве критериев травматизма, а также поля механических напряжений и деформаций в точках модели (рис 10) Негладкий характер графиков объяснялся недостаточно мелкой сеткой в области контакта (вынужденное решение)

Сравнительный анализ количественных различий в величине пиковых значений контактных давлений, действующих между браншами корзинки и стенкой протока для литоэкстракторов, выполненных из Ti-50,8% Ni и из сталей показал, что пиковые значения давлений сверхэластичных браншей

из никелида титана на стенку желчного русла в 2,0-6,5 раз ниже, чем бран-шей из сталей (рис. 11), а неоднородность интрамуральных напряжений в стенке протоков в 1,5-3,5 раза меньше.

Рис. 10. Характерное распределение полей деформаций в стенке протока и внепротоковой ткани при моделировании. Положение корзинки в области сужения (=26.

При равенстве всех параметров из 128 рассчитанных компьютерных моделей принятый в численном эксперименте порог билиарной боли (по данным литературы 200 мм.рт.ст) при использовании сверхэластичных литоэкстракторов превышался существенно реже (более чем в 5 раз), чем петель Дормиа из медицинских сталей.

Медицинские стали 3x6 4x8

СЭ "П-50,8%М

3x12

=с

01

X

ь о

Б со го

Ч ®

О X Ё го 1-X

о

1,6 1,4

1.2 1

0,8 0,6 0,4 0,2 0

0,31*

0,37*

0,43*

иш

0,85 °.93

0,33*

0,27* 0,75 °>83 °'9

0,19'

.0,26*

Е(1) Е(2) Е(3)

Е(1) Е(2) Е(3)

Еэфф

й» 0,69 0,77 0,83

Е(1) Е(2) Е(3)

Рис. 11. Контактные давления браншей на стенку желчных протоков в зависимости от материала, типа рабочей части литоэкстракторов и эффективных упругих свойств смежных околопротоковых тканей Еэфф; * -р <0,01 по сравнению с оснащением из медицинских сталей.

Абсолютный риск (вероятность) возникновения болевого синдрома АЯ составил соответственно 0,156 и 0,797 (табл 2), а абсолютное снижение риска ("терапевтическая польза" - основной показатель различия между применяемыми вмешательствами) Л1Ш - 64,1%

Таблица 2

Таблица сопряженности для расчета рисков превышения порога болевой

чувствительности

1 Превышение

Инструментарий болевого порога Всего

Да Нет

СЭ литоэкстракторы 10 54 64

1 Литоэкстракторы из сталей 51 13 64

| Всего 61 67 128

Отношение рисков (или относительный риск) 11Я составило 0,196 (95%ДИ 0,117-0,321), снижение относительного риска превышения болевого порога в случае применения сверхэластичных литоэкстракторов ЮЩ -80,4% (95%ДИ 67,9%-88,3%) Показатель NN1 (Р. Флетчер и соавт, 2004) составил 1,56 (95%ДИ 1,33-2,04).

Установлено также, что конструктивные особенности рабочих частей сверхэластичных литоэкстракторов, обусловленные количеством браншей у многобраншевых зондов, характеризуются более равномерным и однородным распределением давлений через контактные элементы, что является прогностическим фактором снижения частоты и тяжести повреждений слизистой оболочки желчных протоков и развития такого осложнения как постоперационный холангит Данные компьютерного моделирования свидетельствуют о том, что механическая совместимость литоэкстракторов из ТЖьсплавов намного выше, чем петель Дормиа из сталей Расчеты показали, что корзинки сверхэластичных литоэкстракторов с низким уровнем упругих свойств отличаются от корзинок Дормиа меньшим уровнем контактных давлений типа "поверхность-поверхность" и, соответственно, меньшей вероятностью возникновения болевого синдрома и повреждения протоков при внутрипросветных манипуляциях

Таким образом, модельные эксперименты позволили биомеханически обосновать возможность применения для лечения холангиолитиаза инструментария нового поколения - сверхэластичных литоэкстракторов из материала с памятью формы на основе ТгЫ^сплавов (никелида титана Т1-50,8% N1) Кроме того, на основании данных компьютерного моделирования установлена роль экзогенного механического воздействия на стенку желчного русла, величина которого определяется упругими свойствами литоэкстракторов (биомеханической совместимостью) и геометрией рабочей части, как этиологического и патофизиологического фактора билиарной

боли и развития болевого синдрома при вмешательствах Однако эти выводы пока могут рассматриваться только как предварительные

Прямые доказательства безопасности и эффективности использования сверхэластичного инструментария и роли механического воздействия в развитии болевого синдрома были получены при анализе клинических результатов лечения 103 больных хроническим калькулезным холециститом, холедохолитиазом. Для достижения поставленной цели использованы следующие неоперативные методы удаления камней (88 больных), эндоскопическая папиллодилатация (ЭПД), эндоскопическая папиллосфинктеро-томия (ЭПСТ), чрезфистульная, чрездренажная литоэкстракция, а также лапаротомические методы (15 больных): чрезпузырное удаление конкрементов и холедохолитотомия Неоперативным вмешательствам, таким образом, подвергнуты 85% больных (табл 3).

Таблица 3

Распределение больных по методам лечения и группам наблюдения

№ п/п Вид вмешательства Всего Основная группа Группа сравнения

1 о 3 я Эндоскопическая папиллодилатация (ЭПД) 17 12 5

2 В а ё м Эндоскопическая папиллосфинктеротомия (ЭПСТ) 38 20 18

3 о к Чрезфистульное, чрездренажное удаление резидуальных и рецидивных камней 33 20 13

4 Интраоперационный метод (лапаротомия) 15 15 0

Итого 103 67 36

Эндоскопическая папиллодилатация выполнена для удаления конкрементов из холедоха у 17 больных- у 12 с помощью литоэкстракторов, рабочая часть которых была выполнена из биосовместимого сверхэластичного сплава на основе никелида титана 11-50,8 ат % N1 (основная группа) и у 5 пациентов с использованием петель Дормиа из сталей (группа сравнения) После эндоскопической ретроградной холангиографии дилатацию выполняли с помощью катетера с баллоном с последующей ревизией желчных путей и извлечением конкрементов корзинкой экстракторов Для оценки качества санации желчных путей использовали ретроградное контрастирование протоков в конце вмешательств Полная санация желчных путей достигнута у всех 17 больных, но в 15 наблюдениях конкременты удалось извлечь после баллонной папиллодилатации, а 2 больным потребовалось выполнение папиллотомии из-за нерасправления баллона вследствие руб-цового изменения тканей большого дуоденального сосочка (БДС)

В 2-х случаях отмечались технические сложности выполнения ревизии вследствие миграции конкрементов из терминального отдела холедоха после удаления баллона и проведении инструментов Применения литотрип-сии не потребовалось ни в одном случае Несмотря на проведение комплексной профилактической терапии в послеоперационном периоде диагностированы осложнения в виде острого панкреатита (п=2). легкой степени выраженности у 1 пациента основной группы и средней степени у 1 больного группы сравнения Для купирования острого панкреатита средней степени на следующие сутки после баллонной папиллодилатации потребовалось выполнение неотложной эндоскопической папиллосфинктеротомии и вирсунготомии Дополнительная консервативная терапия в течение 3 дней привела к полному выздоровлению

Таким образом, ЭПД является относительно безопасным и щадящим методом бескровного удаления камней при холангиолитиазе

Литоэкстракция петлями Дормиа (группа сравнения) была, тем не менее, более травматичной При необходимости проведения жестких петель в раскрытом состоянии через большой дуоденальный сосочек упругие режущие проволоки могли опасно ранить ткани в этой области. Механическое воздействие во всех случаях затрагивало устье главного панкреатического протока, тем самым, создавая риск травматического повреждения тканей, возникновение отека и провоцировало развитие панкреатита

Литоэкстракцию при эндоскопической папиллосфинктеротомии применили у 38 больных холедохолитиазом. Из них в основную группу (больные, у которых для извлечения желчных камней ретроградно применяли сверхэластичные никель-титановые литоэкстракторы с памятью формы со сгущением браншевой корзинки на дистальном конце 3x6, 4x8 и 4x12) вошли 20 больных, группа сравнения включала 18 пациентов

Литоэкстракция с помощью сверхэластичных экстракторов проводилась без технических трудностей у 17 больных. В 3 случаях не удалось свободно провести гибкий катетер сверхэластичного литоэкстрактора в инструментальный канал фиброхоледохоскопа Для его канализации требовалось несколько попыток Технические трудности возникали при длине катетера 1800 мм вследствие недостаточной ригидности СЭ литоэкстракто-ров и анатомических особенностей пищеварительной и желчной систем у больных В этих случаях дополнительную жесткость литоэкстракторам придавали, используя установленные нами "управляемые" термомеханические свойства никелида титана (увеличивать свою жесткость с повышением температуры) С этой целью в инструментальный канал холедохоскопа вводили 0,9% раствор натрия хлорида с температурой 45-50°С, что значительно повышало упругость катетера в транспортном положении и облегчало введение литоэкстрактора в инструментальный канал холедохоскопа и терминальный отдел холедоха

В группе сравнения у 5 больных удалить конкременты из просвета хо-ледоха корзиной Дормиа не представлялось возможным из-за плохой управляемости последней и невозможности проведения захваченного конкремента через терминальный отдел общего желчного протока В одном из клинических наблюдений конкремент был низведен в инфрадуоденальную часть холедоха, где произошло его ущемление, что потребовало экстренной лапаротомии. Корзинка Дормиа была смещена в проксимальном направлении и впоследствии удалена При ревизии выявлены признаки отека тканей БДС после проведенных (дополнительных к ЭПСТ) вынужденных эндоскопических манипуляций. Так эндоскопические манипуляции стали-стой корзинкой Дормиа завершились сложным хирургическим вмешательством

Интенсивность болевого синдрома у больных, подвергнутых литоэкс-тракции в сочетании с ЭПД и ЭПСТ, не исследовалась в связи с трудностями разделения болевых ощущений при механического воздействии на ткани периампулярной зоны баллоном при дилатации, папиллотомом при сфинктеротомии или браншами литоэкстракторов.

При чрезфистульном, чрездренажном удалении резидуальных камней у 33 больных введение катетера производилось под рентгенотеле-визионным контролем Петля вводилась в закрытом положении. Было удалено множество различных по строению и размерам конкрементов. Захват камня осуществлялся продвижением рабочей части корзинки вдоль и за него, раскрытием экстрактора и последовательными ротационными и возвратно-поступательными движениями вокруг оси до надежного захвата Дизайн рабочей части корзинки при эффективной литоэкстракции соответствовал максимальной эффективности улавливания и захвата камня. Выбор конкретной конструкции инструментов для надежного захвата и эвакуации конкрементов определялся несколькими факторами и зависел в основном от формы и размеров конкрементов, их локализации, степени фиксации и соотношения между диаметром протока и величиной камней Форма корзинки-ловушки способствовала надежной фиксации камня, после чего он плавно и без насилия извлекался наружу. К трудно удаляемым относились конкременты, локализованные в местах сужения желчных протоков и в терминальном отделе холедоха

Между стремлением захватить камень любого размера и формы и не потерять его при движении возникало некоторое противоречие в связи с необходимостью решить одним инструментом две, казалось бы, взаимоисключающие задачи- повышение "уловистости" и надежности фиксации при тракциях. Кроме того, захватывание крупных камней, камней в узких местах и фиксированных в стенку протоков требует перед улавливанием обойти конкремент и постепенно раскрыть корзинку-ловушку дистальнее него Эти весьма противоречивые задачи в полной мере "решали" сверхэластич-

ные литоэкстракторы из сплава с памятью формы с минимальным числом браншей в проксимальной части, сгущением браншевой сетки на дисталь-ном конце и атравматичной с закругленной формой направляющей оливой. Литоэкстракторы с таким рабочим концом легко скользили по внутренней поверхности желчных путей, не травмируя их, что облегчало проведение вмешательств на желчных, дренажных и фистульных путях

Так у 9 из 20 пациентов основной группы камни были удалены с первой попытки, в то время как в группе сравнения только у 3 больных из 13 (р<0,05) При использовании никель-титановых литоэкстракторов уменьшалось не только число попыток захвата и объем манипуляций, но и вероятность потери камней при тракции (2 случая в основной группе и 4 в группе сравнения) В одном случае произошло внедрение петли Дормиа в подслизистый слой Более мягкие сверхэластичные литоэкстракторы из ни-тиноловой проволоки не создавали таких опасностей и имели высокую надежность захвата, что способствовало уменьшению травмирования окружающих тканей и не приводило к осложнениям При этом витье сетки сверхэластичных литоэкстракторов в дистальной части корзинок-ловушек позволяло наравне с крупными камнями успешно удалять из просвета протоков множественные мелкие камни, микролиты и желчную замазку (у больных основной группы), тогда как петли Дормиа с равновеликими и весьма большими зазорами между браншами - только конкременты

Из недостатков использования СЭ литоэкстракторов можно отметить, что они могут хуже открываться в местах сужения и в желчных протоках с патологически уплотненными стенками Поэтому важнейшим фактором эффективной литоэкстракции в этих случаях считалось наличие свободного пространства, достаточного для полного раскрытия корзинки-улавливателя При отсутствии таких условий конкремент выводился в максимально расширенный сегмент (у 3 больных)

Из-за многократных попыток захвата при плотно сидящем в протоке камне возможны значительные, плохо заживающие при постоянном раздражающем действии желчи, повреждения слизистой оболочки с образованием рубцовых стриктур Действительно, после использования петель Дормиа в части наблюдений визуально определялись весьма грубые повреждения слизистой оболочки протоков, что способствовало развитию холангита (п=2), потребовавшего проведения длительной медикаментозной терапии У больных основной группы травматические повреждения слизистой оболочки были очень незначительны (холангит диагностирован только у 1 больного) или вовсе отсутствовали Учитывая "механическую" близость Т^ьсплавов к тканям желчных протоков и регенераторные возможности слизистой, можно полагать, что повреждение слизистого слоя при внутри-просветных интервенциях СЭ корзинками-улавливателями не сопровождалось патологическими изменениями протоков и рубцеванием

При инструментальных манипуляциях в просвете билиарного тракта, выполняемых через наружный дренаж или фистульный ход, механическое воздействие на стенку желчных путей в части наблюдений приводило к развитию болевого синдрома. Висцеральная боль возникала при быстром увеличении контактных давлений и деформаций свыше уровня пороговых значений Приступ таких болей носил характер желчной колики, чаще регистрировался и был гораздо интенсивнее у больных группы сравнения, литоэкстракция у которых производилась петлями Дормиа - 2,46±0,57 баллов (р<0,05) В послеоперационном периоде регистрировалась длительная (до нескольких суток) тупая боль с характерной иррадиацией, что, вероятно, связано с повреждением слизистой желчных протоков У больных основной группы болевой синдром у 16 респондентов отсутствовал, а у остальных был гораздо менее интенсивным и кратковременным (несколько часов), средний уровень боли составил 1,30±0,29 баллов Абсолютный риск (частота) боли у пациентов основной группы - 0,201, в группе сравнения -0,769 (р<0,05) (табл 4)

Таблица 4

Таблица сопряженности для расчета рисков возникновения болевого

синдрома

Инструментарий Болевой синдром Всего

наличие отсутствие

СЭ литоэкстракторы 4 16 20

Литоэкстракторы из сталей 10 3 13

Всего 14 19 33

Отношение рисков Ю1 (возникновения болевого синдрома) составило 0,26 (95%ДИ 0,128-0,592), показатель эффективности ("терапевтическая польза") А11К=56,9% (95%ДИ 23,0-78,4) Снижение относительного риска (Мт) возникновения болевого синдрома при использовании сверхэластичных литоэкстракторов по сравнению с литоэкстракторами из сталей составило 74,0% (95%ДИ 40,8%-87,2%) Показатель NN1 (Р Флетчер и со-авт, 2004) - 1,78 (95%ДИ 1,28-4,35) При этом "объем" премедикации, особенности проведения анестезиологического пособия и собственно неоперативного вмешательства в исследуемых группах были сопоставимы

Следует отметить, что относительная частота возникновения болевого синдрома при клиническом применении сверхэластичных литоэкстракторов вошла в 95%ДИ относительного риска, полученного при компьютерном моделировании превышения болевого порога (0,117-0,321), то есть статистически значимо относительные риски Ю1 не отличались друг от друга (рис 12). Более широкий доверительный интервал статистически обработанных клинических данных обусловлен меньшим размером групп, чем при компьютерном моделировании

Полученное с помощью методов доказательной медицины клиническое подтверждение выводов компьютерного моделирования дает право констатировать, что

а) СЭ инструментарий из Т'Мьсплавов снижает риск возникновения болевого синдрома при воздействии на билиарное русло и интенсивность болевых ощущений при удалении резидуальных и рецидивных желчных камней;

б) основным звеном в патогенезе билиарпой боли при внутрипрос-ветных вмешательствах на желчных путях является механическое воздействие на желчное русло.

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0

Рис 12 Отношение рисков (точечная оценка и ДИ) возникновения болевого синдрома при использовании сверхэластичных литоэкстракторов и лито-экстракторов из сталей при компьютерном моделировании и клинических наблюдениях - чрезфистульном, чрездренажном удалении желчных конкрементов.

Подводя итог данному разделу работы, посвященному бескровным методам лечения желчнокаменной болезни и ее осложнения холангиолитиаза, можно констатировать, что неоперативное удаление желчных камней биосовместимыми сверхэластичными литоэкстракторами из никелида титана (нитинола) является высокоэффективным и малоинвазивным способом лечения На основании анализа клинического материала установлено, что гибкие рабочие части сверхэластичных экстракторов оказывают меньшее травмирующее действие на ткани, способствуют сохранению тканевых структур и практически не вызывают развитие воспалительных процессов Использование сверхэластичных литоэкстракторов при бескровном удалении единичных и множественных камней различной формы, состава и локализации привело к повышению надежности захвата, удержания и тракции конкрементов при минимальном травматизме

-Отношение^ рисков (1^)

0,196

□ 0,26

Компьютерное моделирование

Клиническое применение

Суммарный клинический результат применения СЭ инструментария. такие литоэкстракторы несут меньшую механическую нагрузку на желчевыводящие пути, органы и ткани гепатопанкреатодуоденапьной зоны, снижают болевые ощущения, позволяют избежать ряда тяжелых осложнений, увеличивают эффективность лечения за счет лучшего восстановления проходимости желчевыводящих путей и расширяют показания к применению литоэкстракции

До настоящего времени уменьшение болевого воздействия в ходе операций достигалось преимущественно путем усовершенствования методов обезболивания (общих и местных) и используемых при этом лекарственных препаратов При этом качество анестезии считалось одним из основных условий эффективности лечения и восстановления качества жизни в послеоперационном периоде (В.Ю. Шанин, 2003) В данной работе показано, что снижение болевого синдрома может быть достигнуто путем применения инструментария с улучшенными функциональными и механическими свойствами, "невидимого" для систем организма, адаптированного к тканям и органам ГПДЗ и биосовместимого с ними. В связи с этим представленные данные могут служить основанием для проведения дальнейших исследований по изучению схем обезболивания при операциях с использованием биологически совместимого инструментария

Результаты по бескровному удалению конкрементов, показавшие большую эффективность и безопасность применения биосовместимых сверхэластичных литоэкстракторов по сравнению с петлями Дормиа привели к заключению о показанности использования СЭ литоэкстракторов при оперативном лечении желчнокаменной болезни

Во время оперативного вмешательства (лапаротомии) у 15 больных без риска развития осложнений и ухудшения состояния в дальнейшем удалить конкременты традиционными способами не удавалось из-за большой величины камней (более 1,5 см), наличия дивертикулов в холедохе (4), в которых "прятались" конкременты, или вследствие ущемления камней в кармане Гартмана (5) и в устье общего желчного протока (6) Во всех этих случаях для удаления конкрементов использовались только сверхэластичные литоэкстракторы с памятью формы и с максимально возможными просветами между минимальным количеством браншей в проксимальной части

Для удаления конкрементов корзина заводилась проксимальнее камня, а затем открывалась Захват конкремента производился путем маневрирования корзинкой-улавливателем с сетчатой структурой в дистальной части, после чего он удалялся из желчных путей

Транспузырное удаление конкрементов из желчного пузыря (рис. 13, 1), ущемившихся в кармане Гартмана (с целью сохранения желчного пузыря для возможного выполнения холецистостомии) было вынужденным и предпринято у 5 больных, состояние которых расценивалось как очень тя-

желое и было обусловлено сопутствующими заболеваниями сердечнососудистой и дыхательной систем. Еще у 2 больных, у которых произошло ущемление конкремента в терминальном отделе общего желчного протока, при открытой холедохотомии, также использовались данные литоэкстрак-торы (рис. 13, 2). Результаты интраоперационного удаления конкрементов оказались во всех случаях удовлетворительными и еще раз подтвердили эффективность использования сверхэластичного инструментария для хирургического лечения холангиолитиаза.

* V г

' мт

1 2 Рис. 13. 1 - использование литоэкстракции атравматичными петлями с разреженной браншевой сеткой в проксимальной части; 2 - удаление конкремента из терминального отдела общего желчного протока с помощью сверхэластичного экстрактора при открытой холедохолитотомии.

Параметры качества жизни, как известно, являются наиболее интегральными критериями оценки проведенного лечения.

140 г

о 130 -

о 120

\

т

<г> 110

*

т 100 -

т

ь 90 -

(1)

1

ГО ^ 80

о

ь; (1) 70 --

Ч

X ^ 60 --

50 >-

124,36

113,01

120,55

115,65

122,79

86,04 —♦—Основная группа

—в— Группа сравнения

До операции

1 мес.

6 мес. 12 мес.

Рис. 14. Динамика гастроинтестииального индекса качества жизни С101Л в основной группе и группе сравнения до операции, через 1, 6 и 12 месяцев.

Оценка гаетроинтестинального индекса КЖ у всех пациентов основной группы и группы сравнения до, через 1, 6 и 12 месяцев после операции показала, что использование изученных в данной работе методов лечения больных холангиолитиазом достоверно повышает уровень качества жизни в послеоперационном периоде При этом очевидно значительное преимущество общего уровня СЩЫ у больных основной группы после литоэкс-тракции конкрементов из желчных путей с помощью сверхэластичного инструментария (рис 14) Данное преимущество сохраняется в течение всего периода наблюдения после операции и особенно выражено в первый месяц в физической сфере. Динамика изменения гаетроинтестинального индекса, представленного оценкой физического, психоэмоционального и социального благополучия больных приведена в табл 5

Таблица 5

Гастроинтестинальный индекс качества жизни GIQLI и среднее количество баллов в категориях в основной группе (п=67) и группе сравнения (п=36) (М±ш)

Параметры Значения показателей на этапах исследования

до операции через 1 месяц через 6 месяцев через 12 месяцев

GIQLI

Основная группа 86,0±1,3 113,0±0,9 120,6±0,7 124,4±0,3

Группа сравнения 88,0±1,4 102,0±1,6 115,7±1,0 122,8±0,4

р< 0,001 р <0,001 р<0,01

Категории:

Среднее количество баллов Физическое состояние

Основная группа 47,0±0,7 63,2±0,3 64,6±0,3 65,9±0,1

Группа сравнения 47,Ш,9 56,0±1,3 62,3±0,6 65,2±0,2

р< 0,001 р< 0,001 р<0,01

Психоэмоциональный статус

Основная группа 20,8±0,9 30,1±0,8 33,9±0,6 35,8±0,2

Группа сравнения 21,0±1,0 27,0±1,0 31,9±0,8 35,1±0,3

р <0,05 р <0,05

Социальная адаптация

Основная группа 25,4±1,0 28,4±0,5 31,8±0,3 32,8±0,2

Группа сравнения 26,5±0,7 27,1±0,4 30,8±0,5 32,5±0,3

р <0,05

Изучение параметров качества жизни позволило, таким образом, не только оценить результаты лечения больных ЖКБ, но и сравнить эффективность применения сверхэластичных литоэкстракторов и петель Дормиа

Структура и частота осложнений проанализирована в обеих группах при неоперативном удалении камней На основании анализа клинического материала установлены факторы, определяющие эффективность литоэкс-тракции из внепеченочных желчных протоков эндоскопически, через наружный дренаж или свищевой ход Осложнения, выявленные в процессе лечения, были подразделены на интра- и послеоперационные. К интраопе-рационным осложнениям относили местную ишемию тканей, микротравмы и ранения стенок протоков, нарушение целостности фистульного хода, отклонение инструментов от нужного направления и их подслизистое внедрение, перфорации, желче- и кровоистечения в брюшную полость, ущемление инструмента с камнем в отделах желчевыводящей системы, поломки петель в просвете протоков Послеоперационными осложнениями считали температурную реакцию на проводимые манипуляции (свыше 38,0°С), ин-фекционно-воспалительные осложнения, острый холангит, отек тканей, внутрипротоковую гипертензию, спазм сфинктера Одди, папиллит, панкреатит и образование рубцовых стриктур желчных протоков

Применение СЭ литоэкстракторов привело к существенному снижению частоты осложнений, составившей 7,7%, в то время как при использовании литоэкстракторов из медицинских сталей частота осложнений была равна 16,7%, то есть более чем в 2,2 раза ниже (р<0,05) Грозных осложнений в виде желче- и/или кровотечений в брюшную полость не диагностировано ни в одной группе Летальных исходов, связанных с методиками неоперативного удаления камней, также не было

Анализ клинического материала показал, что развитие осложнений напрямую связано с интенсивностью болевого синдрома во время вмешательств Так, при чрезфистульном, чрездренажном удалении конкрементов развитие послеоперационных осложнений наблюдалось у 35,7% больных, перенесших ощущение боли во время вмешательства, и только у 5,3% больных без регистрации болевого синдрома (р<0,05) Более того, имелась прямая корреляционная связь между наличием болевого синдрома и развитием осложнений (г=0,39, р<0,05). То есть в исследуемой группе больных, литоэкстракция у которых производилась чрезфистульно, чрездренажно, совпадение обоих качественных признаков (боль и осложнение) встречалось чаще, чем это должно быть по случайным причинам

Наличие боли также оказало влияние на качество жизни больного в послеоперационном периоде Оказалось, что величина ИОЫ через месяц после операции у больных с развитием болевого синдрома во время вмешательства составила 101,1±0,7 баллов и была ниже, чем у больных, не имевших такового (104,0±0,9 баллов, р<0,05)

Таким образом, степень механического воздействия на стенки зкелчного протока во время удаления конкрементов определяется упругими свойствами литоэкстракторов (биомеханической совместимо-

сгпыо), что играет важную роль в развитии болевого синдрома, интра-и послеоперационных осложнений, оказывает влияние на КЖ больных холангиолитиазом после вмешательств.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Одним из результатов проведенного исследования было создание электронной базы данных по применению новых материалов в медицине, в том числе гепатологии и билиарной хирургии. При создании базы данных применена система IRBIS, рекомендованная Международной ассоциацией пользователей и разработчиков электронных библиотек и новых информационных технологий ЭБНИТ. Для экспорта описаний и полных текстов в базу данных совместно с ГПНТБ России разработана программа НТМТЕХТ.

Информационный поиск позволил предварительно отобрать перспективную группу материалов на основе никелида титана (нитинола) с заданными механическими свойствами (памяти формы и сверхэластичности) и деформационным поведением, сходным с поведением живых тканей С целью уточнения состава были исследованы деформационные и упругие свойства этих сплавов на выращенных монокристаллах. Для материала рабочей части литоэкстракторов предложен бинарный сплав с химическим составом Ti-50,8% N1 и температурами проявления эффекта памяти формы и сверхэластичности в диапазоне 15-60°С.

Установлена высокая коррозионная стойкость Ti-50,8% Ni в агрессивных средах и его биохимическая совместимость с желчью (в том числе в условиях значительной деформации и длительных испытаний).

Впервые in vitro исследованы упругие свойства стенки холедоха человека, проведены механические испытания и получены кривые напряжение-деформация, аппроксимированные экспоненциальными зависимостями Определены дифференциальные упругие модули холедоха в продольном и кольцевом направлениях. Выявлены существенные нелинейность и анизотропия упругих характеристик по типу "ортотропия", по всей видимости, обусловленные сложной архитектоникой соединительно-тканных коллаген- и эластин-содержащих морфологических структур стенки протока Выдвинута гипотеза о том, что упругая анизотропия холедоха может быть связана с механизмом доставки желчи в двенадцатиперстную кишку и желудочно-кишечный тракт

Впервые разработаны компьютерные конечно-элементные модели внутрипросветных вмешательств на билиарной системе литоэкстракторами с различными материальными и геометрическими характеристиками рабочей части В качестве параметров были использованы результаты исследований упругих свойств общего желчного протока, никель-титановых сплавов и медицинских сталей, используемых при изготовлении хирургических

инструментов. Впервые выполнен численный анализ параметров (напряжений и деформаций) механического воздействия инструментария при вмешательствах в гепатопанкреатодуоденальной зоне, в том числе по отношению к принятому уровню болевого порога На основании данных компьютерного моделирования разработан комплекс биомеханически совместимых атравматичных литоэкстракторов из никелида титана (нитино-ла) повышенной эластичностью, надежностью захвата и удержания конкрементов.

В результате клинических наблюдений установлены следующие преимущества биологически совместимых сверхэластичных литоэкстракторов, по механическим свойствам адаптированных к живым тканям, перед петлями Дормиа из медицинских сталей

а) рабочие захватывающие части конструкций из ТЖьсплавов оказывают минимальное механическое повреждающее воздействие на били-арный тракт, в меньшей степени дилатируют желчные протоки, что делает манипуляции в просвете протоков значительно менее инвазивными и болезненными,

б) сверхэластичные свойства сплава являются очевидным полезным качеством, так как позволяют инструменту "приспосабливаться" к анатомическим особенностям желчевыводящих путей и преодолевать их множественные изгибы, особенно в условиях резко ограниченного пространства,

в) при прохождении магистральных, узких и извилистых желчных протоков и области стриктур литоэкстракторы из никелида титана лучше "копируют" внутренний рельеф органов ГПДЗ, легче принимают форму искривлений и, тем самым, существенно уменьшают риск травматических повреждений окружающих тканей, что способствует снижению частоты и тяжести интра- и послеоперационных осложнений,

г) при локализации желчнокаменных конкрементов в обтурированных протоках СЭ корзинки-ловушки мягко деформируют просвет органа, проникают за камень, захватывают конкремент почти всегда с первой попытки, за счет изменения формы рабочей части надежно фиксируют его и атравматично удаляют,

д) благодаря механической управляемости литоэкстракторов и хорошей рентгеноконтрастности нитинола, осуществляется атравматичное и контролируемое проведение инструмента в область БДС и во внутрипече-ночные протоки

Используемые при лечении желчнокаменной болезни петли Дормиа из медицинских сталей недостаточно эффективны и универсальны, что существенно ограничивает область их применения Они весьма агрессивны, их использование небезопасно, увеличивает риск возникновения и интенсивность болевых ощущений, что в части случаев может сопровождаться тяжелыми осложнениями Это обусловлено кардинальными, диаметрально

противоположными различиями механических свойств петель Дормиа и биологических тканей ГПДЗ, на которые они воздействуют при проведении, манипуляциях и тракции Жесткость инструментов из сталей способствует повышенной травматизации тканей (вплоть до разрыва), особенно в местах физиологических или патологических сужений, и существенно увеличивает технические сложности операций Конструктивно они рассчитаны на случайный захват конкрементов при обратной тракции заведенного за камень устройства. Вследствие меньшей износостойкости петли Дормиа значительно быстрее, чем СЭ литоэкстракторы теряют форму и имеют многократно меньший ресурс эксплуатации

Следует отметить оптимальный дизайн и целесообразную форму дис-тальной и проксимальной части улавливателей сверхэластичных экстракторова) максимально возможные просветы между минимальным количеством браншей в проксимальной части позволяют окружить камень и повышают "уловистость" корзинкой конкрементов при любых их размерах, форме и локализации,

б) сгущение браншевой сетки на дистальном конце зонда повышает надежность захвата и удержания камней, облегчает их тракцию при минимальном травмировании тканей;

в) дополнительные ячейки внутри корзинок на дистальном конце защищают ткани от излишнего механического воздействия, способствуют лучшей изоляции удаляемых конкрементов от слизистой оболочки протоков и фистульных каналов, при этом более эффективно очищают протоки от мелких камней, желчного песка, замазки и сладжей и полностью восстанавливают пассаж желчи (что абсолютно невозможно при использовании петель Дормиа),

г) наличие направляющей с оливой на конце позволяет атравматично завести корзинку практически за любой камень

Кроме того

а) корзинки-улавливатели СЭ литоэкстракторов идеально сохраняют первоначальную форму даже после многократного использования, что имеет экономический эффект,

б) они легко трансформируются и приводятся в рабочее состояние, особенно в магистральных желчных протоках,

в) длина гибкого катетера сверхэластичных литоэкстракторов (до 1800 мм) позволяет осуществить практически любой тип эндоскопического вмешательства на желчных путях, а легкая и эргономичная ручка - действия одной рукой,

г) использование сверхэластичных литоэкстракторов при неоперативном лечении холангиолитиаза снижает длительность манипуляций и, соответственно, лучевую нагрузку на больного и персонал;

д) СЭ литоэкстракторы имеют относительно невысокую себестоимость

На основании данных компьютерного моделирования, анализа хода операций и течения послеоперационного периода у больных основной и группы сравнения определена роль экзогенного механического воздействия на билиарную систему в этиологии и патогенезе болевого синдрома и осложнений Выявлено, что при всех использованных типах доступа методы бескровного, а также интраоперационного удаления желчных конкрементов, микролитов и сладжей с применением биосовместимых сверхэластичных литоэкстракторов характеризуются меньшей механической па-грузкой на ткани, желчные пути и органы гепатопанкреатодуоденальной зоны, что снижает частоту возникновения и интенсивность болей, вероятность различных осложнений во время и после операций Патофизиологически и клинически обосновано применение биологически инертных сверхэластичных литоэкстракторов из Т1№-сплавов, адаптированных к условиям внутреннего рельефа желчеотводящих путей за счет особенностей механического поведения и геометрии рабочей части Это расширяет возможности применения механических методов в лечении холан-гиолитиаза, способствует снижению боли и стресса во время лечебных вмешательств, повышает эффективность лечения и качество последующей жизни больных

ВЫВОДЫ

1 Среди всех сверхэластичных сплавов с памятью формы никелид титана (нитинол) является материалом, наиболее совместимым с биологическими тканями вследствие своего уникального деформационного поведения и низкого уровня упругих свойств При этом Т1-50,8% N1 проявляет свойства сверхэластичности и памяти формы в интервале от 15 до 60°С, включающем в себя диапазон температур тканей и органов человека 2. Никелид титана Тл-50,8% N1 даже в условиях значительной деформации и длительных испытаний в желчи и агрессивных средах обладает выраженными антикоррозийными свойствами, что делает его пригодным для применения в билиарной хирургии и гепатологии

3 Пассивные упругие свойства желчных путей нелинейны и анизотропны по типу биологических проточных систем и отражают механические свойства морфологических структур, составляющих стенку протоков При внешнем воздействии деформации желчных путей обусловлены растяжением коллагеновых и эластиновых волокон, образующих соединительнотканный каркас Зависимости напряжение-деформация и упругие модули желчных протоков в продольном и кольцевом направлении могут быть описаны с помощью уравнений экспоненциальной регрессии <т,= -1), ав{£в) = а0(е'%г"-1) и Е2(£г) = аЛе^',

Ев(£в) = адРвеРвЕе, соответственно, с численными коэффициентами а:, Д, и ав,р„.

4. На компьютерных моделях установлено, что использование предложенных конструкций литоэкстракторов из нитинола снижает контактные давления на стенки желчных протоков в 2,0-6,5 раз (р<0,01) и уменьшает относительный риск болевого синдрома при внутрипросветных манипуляциях на 80,4% (95%ДИ 67,9%-88,3%) по сравнению с петлями Дормиа из медицинских сталей.

5 Снижение частоты болевого синдрома при удалении резидуальных и рецидивных камней чрезфистульно, чрездренажно сверхэластичными ли-тоэкстракторами по сравнению с петлями Дормиа из медицинских сталей составляет 74,0% (95%ДИ 40,8%-87,2%).

6 При неоперативном удалении желчных камней сверхэластичными литоэкстракторами тяжесть и частота осложнений ниже (р<0,05), а качество жизни в послеоперационном периоде выше (р<0,01), чем у больных, ли-тоэкстракция у которых выполнялась инструментами из медицинских сталей.

7 При неоперативном и интраоперационном удалении конкрементов из желчных путей сверхэластичные экстракторы обладают существенно большими техническими возможностями, чем петли Дормиа, повышают выполнимость литоэкстракции и эффективность комплексного лечения хо-лангиолитиаза

8. Механические повреждающие факторы, определяемые уровнем биомеханической совместимости литоэкстракторов, играют существенную роль в развитии билиарной боли и различных осложнений при лечении хо-лангиолитиаза, оказывают влияние на качество жизни больных после операции

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1 Удаление конкрементов должно проводиться с учетом соответствия размеров и геометрии рабочей части сверхэластичных литоэкстракторов диаметру камня Для удаления крупных конкрементов целесообразно использовать литоэкстракторы с рабочей частью типа 3x6; для малых - 4x8 с плетеными сетками на дистальном конце, для удаления микролитов, сладжей и желчной замазки - 3x12, 4x16 с наиболее густой браншевой сеткой

2 При захвате крупных камней, камней в узких местах и фиксированных в стенку протоков применяют литоэкстракторы с направляющей атравматичной оливой, перед захватом необходимо обойти конкремент дистальнее

3 Для уменьшения травматического повреждения тканей при неправильной, с острыми гранями, форме конкрементов наибольший размер камня или его выступающая часть помещаются вдоль продольной оси "камнезахватывающего" устройства литоэкстрактора, при этом может потребоваться повтор манипуляций

4 При патологически уплотненных стенках желчных протоков целесообразно использовать сверхэластичные литоэкстракторы с максимальным диаметром катетера (6 Рг) и максимальным развиваемым поперечным усилием при раскрытии, а по показаниям - и традиционные петли Дормиа из сталей

5 Для придания катетеру и рабочей части сверхэластичных литоэкс-тракторов в транспортном или рабочем состоянии дополнительной жесткости достаточно струйного введения в инструментальный канал холедохо-скопа, наружный дренаж или свищевой ход 0,9% раствора натрия хлорида с температурой 45-50°С, а для придания большей гибкости и эластичности - несколько охладить (до 10-15°С)

6. Сверхэластичный инструментарий может быть использован многократно при условии его стерилизации стандартными методами 7 С целью получения более точной и надежной информации о показателях качества жизни пациента и подсчета индекса качества жизни вК^Ы целесообразно применять дифференциальный подход, учитывающий удельный вес отдельных ее составляющих

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендуемых перечнем ВАК РФ при соискании ученой степени доктора наук

1 Аномалии упругих свойств монокристаллов Т1№-Т1Ге / В Н Хачин, С А Муслов, В Г Пушин, Ю И Чумляков // Доклады Академии наук СССР -1987 -Т 295, №3,-С 606-608

2 Микроструктура и физические свойства сплавов системы Т^оТЯ^о-хРсх с эффектами памяти формы Сообщение II Упругие свойства / В Г Пушин, В Н Хачин, Л И Юрченко, С А Муслов, Л Ю Иванова, А.Ю Соколова // Физика металлов и металловедение. - 1995 -Т 79, вып 4 - С 70-76

3 Моделирование и анализ напряженно-деформированного состояния стенки желчных протоков при эндобилиарных вмешательствах /ИВ Ярема, С А. Муслов, В Н Хачин // Эндоскопическая хирургия. - 2006 - № 2 -С 161

4 Математическая модель внутрипросветных малоинвазивных вмешательств на полых органах с применением традиционных и биологически совместимых сверхэластичных материалов с памятью формы на основе №Т1 /ИВ Ярема, С А Муслов // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины -2006 -Т 142, №12 -С. 698-700

5 Малоинвазивные технологии в медицине- новые корзинки Дормиа / С А Муслов, И В. Ярема, С В Хачин // Альманах клинической медицины -2006 -Т. XII - С. 153

6 Особенности внутрипросветных неинвазивных вмешательств на желчных протоках и разработка литоэкстракторов на основе биосовместимых сверхэластичных материалов с памятью формы / С А Муслов, В H Хачин, И В. Ярема, С В Хачин // Технологии живых систем - 2006 - Т. 3,№3 -С 24-32

7. Применение материалов с заданными свойствами и компьютерного моделирования в разработке инструментария для лечения желчно- и мочекаменной болезни / С А. Муслов, И В. Ярема, В.Н. Хачин, С В. Хачин // Вестник Российской Военно-медицинской академии - 2007. - № 1(17) -С. 785-786

8 Структура и механические свойства холедоха /ИВ Ярема, С А Муслов // Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. - 2007. -№ 1 -С 22-23

9. Роль упругих свойств полых органов в патогенезе заболеваний били-арной и других систем / С.А Муслов, И.В. Ярема // Технологии живых систем -2008 -Т 5, №2-3 -С 82-85

10 Компьютерное моделирование патогенного фактора билиарной боли / С.А. Муслов, И.В. Ярема // Медицинская физика. - 2008. - № 2(38) - С. 91-97

Статьи, опубликованные в других научных журналах и сборниках, материалах международных и всероссийских съездов и конференций

11. Применение сверхэластичных экстракторов с памятью формы для извлечения камней из полых органов Часть I / В.Н Хачин, И В Ярема, С В. Хачин, С А Муслов // Медицинский алфавит - 2005 - № 4. - С 24-27

12. Применение сверхэластичных экстракторов с памятью формы для извлечения камней из полых органов Часть II / В H Хачин, С В. Хачин, И.В. Ярема, С А Муслов//Медицинский алфавит -2005 -№5 - С 32-33

13 Литоэкстракторы типа Дормиа компьютерное моделирование взаимодействия со стенкой желчных протоков. / ИВ. Ярема, В.Н Хачин, С А Муслов // Клиническая медицина Центросоюза (к 175-летию со дня основания) Материалы научно-практической конференции кафедры госпитальной хирургии МГМСУ Москва, 2006. - С 25-27

14 К вопросу о гистоструктуре тканей и моторике желчевыводящей системы /ИВ Ярема, А В Добряков, С А Муслов // Клиническая медицина Центросоюза (к 175-летию со дня основания) Материалы научно-практической конференции кафедры госпитальной хирургии МГМСУ Москва, 2006. - С 27-29

15 КЭ моделирование НДС полых органов / CA Муслов, ИВ Ярема, C.B. Хачин // Сборник трудов VI конференции пользователей программного обеспечения CAD-FEM GmbH, Москва, 20-21 апреля, 2006 - М. Полигон-пресс, 2006 -С 190-196

16 Биомеханика желчеоттока / И.В. Ярема, С.А. Муслов, А.В. Добряков, Г М Стюрева, 10 А Карагодин // Материалы VIII Всероссийской конференции по биомеханике "Биомеханика-2006", 22-26 мая 2006 г, Нижний Новгород - С 226-228

17 Моделирование внутрипросветных вмешательств на желчевыводя-щих протоках /ИВ Ярема, С.А Муслов, В.Н. Хачин, С.В Хачин // Материалы Пленума Общества эндоскопических хирургов России, посвященного 50-летию кафедры общей хирургии Алтайского медуниверситета "Актуальные вопросы миниинвазивной хирургии", 8 июня 2006 г, Барнаул - С. 200-201

18 Исследование упругих свойств полых органов / С А Муслов // Сборник материалов XVI Международной конференции "Физика прочности и пластичности материалов", 26-29 июня 2006 г, Самара - С 217

19 Stainless and shape memory alloy Dormia basket a computational study of the interaction with bile duct wall /1 V Yarema, S A Muslov, V N Khachin, S V Khachin // Proceedings of World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering 2006 "Imaging the Future Medicine", August 27-September 1 2006, Seoul, Korea - P. 75

20 Сверхэластичный литоэкстрактор с атравматичной рабочей частью и повышенной "уловистостью" для лечения желчнокаменной болезни / С А Муслов, И В Ярема, В Н Хачин // Научные труды VII-ой Международной медицинской научно-практической конференции "Здоровье и образование в XXI веке", Москва, 23-25 ноября 2006 г - С. 354-355.

21 Mathematical model of little invasive interventions on the hollow organs using traditional and shape memory NiTi-based biocompatible superelastic materials /IV. Yarema, S A. Muslov // Bulletin of Experimental Biology and Medicine -2006.-Vol 142, No 6 - P. 739-741

22 Сравнительная оценка традиционных и новых биосовместимых лито-экстракторов с памятью формы на основе никелида титана компьютерное моделирование и клинический результат / ИВ. Ярема, С.А Муслов, А.Б Смирнов // Материалы научно-практической конференции врачей России "IV Успенские чтения", посвященной 70-летию Тверской государственной медицинской академии, Тверь, 20-21 декабря 2006 г -Вып 4 - С. 241-242.

23 Внутриорганные инструментальные вмешательства на желче- и моче-выводящих путях / С А Муслов, И В Ярема, В Н Хачин // Медицинский алфавит.-2007 - №1 -С 16-17

24 Папиллотом и другой сверхэластичный инструментарий для лечения желчнокаменной болезни / В Н Хачин, С.В. Хачин, С.А. Муслов, И.В Ярема // Сборник научных статей 3-й Международной научно-практической конференции "Качество науки - качество жизни", Тамбов, 26-27 февраля 2007 г - С 296-298

25 Математический подход к решению одной клинической задачи /ИВ Ярема, С А Муслов, В Н Хачин//Хирург -2007 -№3 -С 3-11

26 К вопросу о роли деформирования биологических оболочек в патогенезе некоторых заболеваний полых органов /ИВ Ярема, С А Муслов // Хирург - 2007. - № 4 - С 35-38

27 Новые сверхэластичные улавливатели желчных камней / И В Ярема, С А Муслов // Гастроэнтерология Санкт-Петербурга - 2007 - № 1-2 -Материалы IX Международного Славяно-Балтийского научно-медицинского форума "Санкт-Петербург - Гастро-2007", 16-18 мая 2007 г -С М127.

28 Упругие и псевдоупругие свойства металлов и сплавов медицинского назначения / И.В. Ярема, С А. Муслов // Хирург. - 2007 - № 5 - С 12-16. 29. Современные представления о сплавах с памятью формы и области их применения в медицине / С А. Муслов, И В Ярема // Хирург. - 2007 -№6 - С 26-33.

30 History and perspectives of shape memory alloys application in science, engineering and medicine / S A. Muslov, G M Stureva // European Journal of Natural History. Medical and Biological sciences. - 2007. - № 6. - P. 73-74.

31 Коррозионные испытания in vitro нитинола в консервированной желчи / С A Муслов, И В Ярема, О В Данилевская // Хирург - 2007. - № 8 -С. 18-19

32 Морфологическое и биомеханическое исследование стенки общего желчного протока на аутопсийном материале / С.А. Муслов, О В Данилевская //Хирург -2007.-№9 - С 21-25

33 Упругие свойства Ti, TiNiFe и Fe в moho- и поликристаллическом состоянии / С А. Муслов, В Н Хачин // III Международная школа-конференция "Наноматериалы технического и медицинского назначения" Тольятти, 24-28 сентября 2007 г. - С. 247-249.

34. Медицинский нитинол. друг или враг? Еще раз о биосовместимости никелида титана / С А Муслов, О А Шумилина // Фундаментальные исследования - 2007. - № 10 //IV научная международная конференция "Современные медицинские технологии (диагностика, терапия, реабилитация и профилактика)". Хорватия, Пула, 7-14 июля 2007 г. - С. 87-89

35 Новые технологии в медицине на основе сверхэластичных материалов с памятью формы / С А Муслов // Журнал функциональных материалов Часть I -2007 -Т 1,№10-Ст 067 07 - С 390-399

36 Новые технологии в медицине на основе сверхэластичных материалов с памятью формы / С А Муслов // Журнал функциональных материалов Часть II -2007 -Т 1, № 11 - Ст 074 07 -С 437-440

37 Новые технологии в медицине на основе сверхэластичных материалов с памятью формы / С А Муслов // Журнал функциональных материалов ЧастьIII -2007. -Т 1,№ 12-Ст. 081 07 - С. 471-475

38 Нитинол - медицинский материал нового поколения / С.А. Муслов, И В Ярема, О В Данилевская // Современные наукоёмкие технологии -

2007 -№11 -С 55-56 - Научная конференция "Приоритетные направления развития науки". США, Нью-Йорк, 20-27 октября 2007 г

39 К методике подсчета связанного со здоровьем гастроинтестинального индекса качества жизни / И.В Ярема, С.А. Муслов, О В Данилевская // Научные труды VIII международного конгресса "Здоровье и образование в XXI веке: концепции болезней цивилизации". 14-17 ноября 2007 г, РУДН, г.Москва - С. 718-719.

40 Stainless and superelastic Dormía basket a computational evaluation of the interaction with bile duct wall / S Muslov, I Yarema // International Conference on Shape Memory and Superelastic Technologies December 3-5, 2007, Tsukuba International Congress Center, Tsukuba, Japan - Final Program - P 42.

41 Литоэкстрактор / С А Муслов // Современные наукоёмкие технологии.-2007 -№ 12 - С 78-79

42 Роль морфофункциональных изменений стенки желчных протоков в патогенезе билиарных патологий / С А Муслов, И В Ярема, В И Кили-ченков // Современные наукоемкие технологии - 2008 - № 1 - С 9394 // VI Научная международная конференции "Практикующий врач" Италия, Римини, 8-15 сентября 2007 г

43 Сплав Ti-50,8 ат % Ni и технологии живых систем / С А Муслов, И В Ярема, О В Данилевская // Успехи современного естествознания -

2008 - № 2 - С 107-108 // Научная конференция "Современные проблемы экспериментальной и клинической медицины" (Таиланд, Паттайа, 1927 декабря 2007 г).

44 Пути снижения травматичности манипуляций при лечении ЖКБ / И В Ярема, С А. Муслов // Современные наукоемкие технологии. -2008. - № 3 - С 95-96 - Научная конференция "Инновационные технологии" (США, Нью-Йорк, 19-27 декабря)

45 Электронная библиотека "Применение сверхэластичных материалов с памятью формы в науке, технике и медицине (гепатологии)" / С А Муслов, И В Ярема// Фундаментальные исследования. - 2008. - № 6 - С. 65-66

46 Анализ болевого синдрома при холангиолитиазе с помощью шкалы вербальных оценок / С А Муслов, И В Ярема, В С Фомин // Успехи современного естествознания -2008 -№7 - С 114-115

Монографии

47 Применение материалов с эффектом памяти формы в науке, технике и медицине Справочно-библиографическое издание / Авт -сост С А Муслов-М Издательский дом "Фолиум", 2007 -328 с

Патенты

1. Элинварный сплав / В Н Хачин, С A My слов, В П Сивоха, В П Воронин / А.с. № 1475957 на заявку № 4259653/31-02 от 23 04 87 2 Элинварный сплав / В Н Хачин, В П Сивоха, В П Воронин, С А Муслов / А с № 1433997 на заявку № 4233956/31-02 от 23 04 87 Список условных сокращений

БД - база данных

БДС - большой дуоденальный сосочек

ГПДЗ - гепатопанкреатодуоденальная зона

ЖКБ - желчнокаменная болезнь

КЖ - качество жизни

МКЭ - метод конечных элементов

НДС - напряженно-деформированное состояние

СО - сфинктер Одди

СЭ - сверхэластичность, сверхэластичные

ЭПД - эндоскопическая папиллодилатация

ЭПСТ - эндоскопическая папиллосфинктеротомия

ЭПФ - эффект памяти формы

AR - абсолютный риск

ARR - изменение абсолютного риска

G1QL1 - гастроинтестинальный индекс качества жизни

NNT - number needed to treat

RR - относительный риск

RRR- снижение относительного риска

YDS - вербальная описательная шкала оценки интенсивности боли

Заказ № 45/08/08 Подписано в печать 07 07 2008 Тираж 100 зкз Уел п л 2,0

х ООО "Цифровичок", тел (495) 797-75-76, (495) 778-22-20 , / у www cfr ru, e-mail info@cfr ru

Актуальность проблемы. Подходы к лечению холангиолитиаза в настоящее время многовариантны (А.И. Нечай и соавт., 1987; В.А. Козлов, 1987; Ю.В. Богданов, 1992; Д.Л. Пиковский и соавт., 1996; Э.В. Луцевич, 1998; Г.А. Клименко, 2000; С.А. Дадвани и соавт., 2002; И.В. Федоров и соавт., 2003). Тем не менее, все более предпочтительным, а при наличии абсолютных противопоказаний к открытой операции, едва ли не единственно возможным способом лечения, становится неоперативное удаление камней (Н.А. Майстренко и соавт., 2000). При резидуальном и рецидивном холангиолитиазе применение бескровной литоэкстракции позволяет избежать повторных операций, нередко чреватых тяжелыми осложнениями и высокой летальностью (Р.Х. Васильев, 1989). Однако неоперативные методы в настоящее время также не могут рассматриваться как универсальные и полностью безопасные способы лечения, поскольку они не гарантируют полное отсутствие интра- и послеоперационных осложнений (В.И. Ярема, 1999; Г.А. Клименко, 2000). Одной из основных причин, способствующих развитию осложнений, является несовершенство используемого инструментария. Поэтому проблему неоперативного удаления камней из желчных путей нельзя считать окончательно решённой.

В 1969 г. в. 1^гау е1 а1. первыми сообщили о применении петли Дормиа при экстракции желчных камней. С тех пор она стала наиболее используемым инструментом для неоперативного удаления конкрементов (8. М^а1еу, 1969; Н. МаЬогЬег е1 а1., 1971; Я. МаггапеПо, 1978). Об удалении камней из общего желчного протока с помощью петель Дормиа неоднократно сообщалось в отечественной литературе (Д.Ф. Благовидов и соавт., 1975; Б.В. Петровский и соавт., 1980). Наибольшее распространение получили петли Дормиа из медицинских сталей. Их основными недостатками являются небольшая "уловистость" и достаточно высокий процент осложнений, наиболее грозными из которых являются: повреждение слизистой оболочки, ранения и перфорации стенки жел-чевыводящих путей и фистульного хода вплоть до желче- и кровоистечений (Ю.А. Пытель и соавт., 1983; В.И. Малярчук и соавт., 2002). Несовершенство технического исполнения литоэкстракторов Дормиа и сложные анатомо-топографические соотношения в билиарной зоне являются предпосылками, затрудняющими выполнение полной и одновременно деликатной литоэкстрак-ции. Боль, вероятность и объем травмы возрастают из-за повторных попыток захвата камней. Наихудшие результаты дают вмешательства при стриктурах протоков, что зачастую способствует образованию еще более обширных стриктур и необходимости повторных, нередко расширенных, оперативных вмешательств. При этом раздражающее действие желчи способствует развитию воспалительных процессов при повреждениях слизистой оболочки (Э.И. Гальперин и соавт., 1982).

Петли Дормиа из сталей довольно быстро изнашиваются и теряют свои функциональные свойства из-за усталости металла. В литературе описаны случаи поломки корзинки Дормиа внутри гепатикохоледоха или свищевого хода при попытке удаления камней, когда ее части остаются в просвете желчных путей (Р.Х. Васильев, 1989). Наблюдали вклинение корзины в терминальный отдел холедоха с необходимостью экстренного оперативного вмешательства (A.A. Карпачев и соавт., 2005) и другие осложнения при удалении желчных камней, связанные с упрощенной и агрессивной конструкцией литоэкстракторов (В.В. Стукалов, 1989; А.И. Курбангалеев, 2001).

Литоэкстракция как неоперативный метод в настоящее время не использует всех своих возможностей и требует повышения выполнимости и безопасности за счет применения новых материалов и модернизации инструментария. Несмотря на постоянный поиск и усовершенствование инструментов для хирургического лечения холангиолитиаза, их преимущества и недостатки связаны как с материалом, из которого они изготовлены, так и с их конструкцией. Анализ литературы показал, что до настоящего времени нет базовых исследований по механическому воздействию инструментария на ткани и органы билиарной зоны, его биологической совместимости. Изготовители, как правило, обходят этот вопрос стороной. Отсутствуют данные по сопоставимости механических характеристик инструментов и результатам доклинического и клинического их использования.

Неотъемлемой чертой и требованием нового времени становится повышение качества медицинского обслуживания населения и возрастающий интерес общества к улучшению результатов лечения и качества жизни (И.В. Ярема, 2006). Пути к достижению этих социальных целей могут лежать через использование в лечебных технологиях новых биосовместимых материалов с заданными свойствами, адаптированных к тканям организма (A.A. Ильин, 2004; Т.Ю. Татаренко-Козмина, 2007; В.М. Говорун, 2008), и трансформируемых конструкций из них, эффективных и безопасных.

Научно-практическая значимость затронутых вопросов диктует необходимость уточнения основных положений, определяющих успешность бескровного лечения холангиолитиаза, изучения роли механического воздействия инструментария в этиологии и патогенезе болевого синдрома и осложнений, дальнейшего улучшения материальных и геометрических параметров используемого в клинике технического оснащения, что является крайне актуальным и послужило основанием для выполнения данной работы.

Цель исследования

Повысить эффективность и безопасность, уменьшить агрессивность лечебных манипуляций и вероятность развития осложнений при вмешательствах на желчевыводящих путях по поводу холангиолитиаза путем обоснования биологической совместимости и применения сверхэластичных литоэкстракторов с памятью формы из никелида титана (нитинола).

Задачи исследования

1. Обосновать возможность использования сверхэластичных материалов с памятью формы в клинике, определить их точный химический состав.

2. Исследовать химическую совместимость нитинола Ti-50,8% Ni с желчью и коррозионную устойчивость в агрессивных средах.

3. Изучить пассивные механические свойства внепеченочных желчных протоков и определить их упругие характеристики.

4. Провести с помощью компьютерного моделирования численный анализ напряженно-деформированного состояния желчных путей при внутрипросветных вмешательствах, определить вероятность развития болевого синдрома и выявить преимущества материала и геометрии рабочей части ТлМ-сверхэластичных литоэкстракторов по сравнению с механическими прототипами петлями Дормиа из медицинских сталей.

5. Сравнить эффективность и безопасность лечения холангиолитиаза с помощью биосовместимых нитиноловых литоэкстракторов и традиционных петель Дормиа из медицинских сталей по результатам клинического применения.

6. Определить роль механического воздействия на билиарную систему в развитии болевого синдрома и осложнений при холангиолитиазе.

Научная новизна работы

Впервые обосновано создание нового направления в комплексном лечении холангиолитиаза - применение биологически совместимого инструментария -сверхэластичных литоэкстракторов с памятью формы из нитинола. Впервые совокупность понятий "билиарная система - инструмент" рассмотрена с позиций оптимального функционирования биотехнических систем, включающих в себя, прежде всего, аспекты взаимодействия биологической среды и абиотической (неживой) части. Предложен комплексный патофизиологический подход к уменьшению инвазивности и повышению эффективности вмешательств на органах билиарной зоны путем применения инструментария из биомеханически и биохимически совместимых материалов. Установлено, что степень механического воздействия на желчное русло при удалении конкрементов определяется свойствами литоэкстракторов — уровнем биомеханической совместимости с тканями и органами билиарной зоны и геометрией рабочей части - и играет важную роль в развитии болевого синдрома, интра- и послеоперационных осложнений, оказывает влияние на качество жизни больных холангиолитиазом после вмешательств.

На компьютерных моделях методом конечных элементов выполнен сравнительный расчёт напряженно-деформированного состояния тканей билиарного тракта при внутрипросветных вмешательствах на них литоэкстракторами из ИЫьсплавов с памятью формы и медицинских сталей с различными геометрическими параметрами рабочей части, определены поля напряжений и деформаций, их величина по отношению к болевому порогу и зоны концентрации наибольших значений.

Изучена коррозионная стойкость сверхэластичных материалов Ть50,8% № в агрессивных и модельных биологических средах - 1% водном растворе НС1 и медицинской консервированной желчи.

Исследована клиническая эффективность и безопасность и выявлены преимущества применения биологически совместимого сверхэластичного инструментария из Тл"№-сплавов с памятью формы при неоперативном удалении желчных резидуальных и рецидивных камней (чрезфистульно, чрездренажно, эндоскопически ретроградно после папиллодилатации и папиллосфинктерото-мии), а также при интраоперационном удалении камней из желчных путей (чрезпузырно и посредством открытой холедохолитотомии) по сравнению с традиционными петлями Дормиа из медицинских сталей.

Определены упругие дифференциальные модули и податливость общего желчного протока человека в кольцевом и продольном направлениях при механическом воздействии. Выявлены нелинейный характер и анизотропия упругих свойств холедоха, обусловленные его внутренней структурной организацией и сложной архитектоникой соединительно-тканного каркаса из коллагеновых и эластиновых волокон.

Впервые в мире выращены монокристаллы и измерены температурно-концентрационные зависимости упругих постоянных сверхэластичных материалов на основе титана и никелида титана (нитинола).

Практическая значимость

Разработан и выпускается промышленно комплекс многофункционального сверхэластичного инструментария из биоинертного материала никелида титана (нитинола) с обратимым формоизменением для неоперативного удаления камней различных размеров, формы и локализации, микролитов и сладжей с минимальным травматизмом - литоэкстракторы с симметричной и асимметричной рабочей частью, различным количеством и геометрией браншей на дис-тальном и проксимальном отделах корзиночек-улавливателей.

Сверхэластичный инструментарий идеально сохраняет первоначальную форму и может использоваться многократно без потери механических свойств и потребительских качеств при условии его стерилизации. Применение сверхэластичных износостойких сплавов в качестве конструкционного материала увеличивает срок службы литоэкстракторов в 8-10 раз, что позволяет снизить себестоимость их использования.

Использование сверхэластичных литоэкстракторов с памятью формы при удалении желчнокаменных конкрементов обладает большими техническими возможностями, сводит к минимуму необходимость повторных операций и сокращает среднее время пребывания больных в стационаре.

Предложена методика подсчета гастроинтестинального индекса качества жизни, основанная на введении весовых коэффициентов, присвоенных различным категориям качества жизни: физическое состояние - 1,0, психоэмоциональное состояние - 0,9 и социальная адаптация - 0,8.

Представленные в работе данные могут служить основанием для проведения дальнейших исследований по изучению схем обезболивания при операциях с использованием биологически совместимого инструментария.

Исследование коррозионной стойкости нитинола Тл-50,8% № в агрессивных средах и желчи при долговременных испытаниях (свыше 1,5 лет) показало высокую устойчивость сплава, что позволяет рекомендовать его для медицинских изделий длительного назначения: билиарные эндопротезы, компрессионные устройства билиодигестивных анастомозов, шовный материал для пластики желчных путей и т.д.

Установленная упругая анизотропия стенок желчных протоков может быть использована при моделировании взаимодействия билиарных стентов со стенкой желчных путей, решении различных задач по биомеханике желчевыводящего тракта и общей гидродинамики желчеоттока, а также может быть применена для анализа процессов деформирования различных биологических систем, которые могут быть представлены полыми органами и мягкими оболочками.

Создана электронная полнотекстовая база данных "Применение сверхэластичных материалов с памятью формы в науке, технике и медицине (гепато-логии)", отвечающая международным требованиям, предъявляемым к подобного рода системам. База данных имеет беспрецедентный размер 10 Гб, свободный интернет-доступ, зарегистрирована в Российском реестре проектов электронных библиотек в категории "Создание коллекций информационных ресурсов" и включена в каталог образовательных ресурсов федерального портала "Российское образование".

Сверхэластичные литоэкстракторы неоднократно отмечены дипломами и медалями на российских и международных выставках и рекомендованы к широкому использованию для удаления инородных тел из различных полых органов, например из дыхательных и мочевыводящих путей, а также из пищевода, особенно у детей и больных пожилого возраста.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Никелид титана (нитинол) Ть50,8% N1 биомеханически совместим с билиар-ной системой, химически устойчив в агрессивных средах и желчи в условиях деформации и при долговременных испытаниях, что позволяет считать его биологически инертным, оптимальным и целесообразным для комплексного применения в билиарной хирургии и гепатологии.

2. Применение сверхэластичных литоэкстракторов на основе никелида титана с памятью формы снижает интенсивность болевого синдрома, частоту и тяжесть различных осложнений в послеоперационном периоде, повышает эффективность и безопасность неоперативного и интраоперационного удаления желчных камней, улучшает ближайшие и отдаленные результаты комплексного лечения холангиолитиаза.

3. Факторы механического воздействия на органы желчевыводящей системы при вмешательствах, определяемые степенью биомеханической совместимости литоэкстракторов, играют существенную роль в развитии болевого синдрома и осложнений, влияют на качество дальнейшей жизни больных.

Внедрение результатов работы

Результаты исследования внедрены в практическую деятельность хирургических отделений Городских клинических больниц № 33 им. проф. A.A. Остроумова, № 40 департамента здравоохранения города Москвы, клинической больницы Центросоюза РФ и эндоскопического отделения Центральной городской больницы города Ноябрьска и подтверждены актами внедрения. Основные положения диссертации используются при чтении лекций и проведении практических занятий на кафедре госпитальной хирургии лечебного факультета ГОУ ВПОМГМСУ.

Апробация работы

Основные положения диссертации доложены и обсуждены на XXVIII-XXXII совместных заседаниях кафедр медицинской и биологической физики ММА им. И.М. Сеченова, РГМУ, МГМСУ, РУДН и МГАВМиБ им. К.И. Скрябина (Москва, 2003-2007 гг.); IX Всероссийском съезде по эндоскопической хирургии (Москва, НИИ хирургии им А.В.Вишневского Росмедтехнологий, 1517 февраля 2006 г.); Научно-практической конференции кафедры госпитальной хирургии МГМСУ "Клиническая медицина Центросоюза. К 175-летию со дня основания" (Москва, март 2006 г.); Пленуме Общества эндоскопических хирургов России "Актуальные вопросы миниинвазивной хирургии", посвященном 50-летию кафедры общей хирургии Алтайского медицинского университета (Барнаул, 8 июня 2006 г.); World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering 2006 (WC 2006 Seoul) "Imaging the Future Medicine" (Korea, COEX Seoul, August 27-September 1, 2006); II Троицкой конференции (ТКМФ-2) "Медицинская физика и инновации в медицине" (Троицк, Институт спектроскопии

РАН, 16-19 мая 2006 г.); VI Международной конференции пользователей программного обеспечения CAD-FEM GmbH (Москва, 20-21 апреля 2006 г.); IV Успенских чтениях, посвященных 70-летию Тверской государственной медицинской академии (Тверь, 20-21 декабря 2006 г.); 3-й Международной научно-практической конференции "Качество науки - качество жизни. Quality of а science - quality of a life" (Тамбов, 26-27 февраля 2007 г.); VII съезде Научного общества гастроэнтерологов России, посвященный 40-летию ВНИИ гастроэнтерологии — ЦНИИ гастроэнтерологии (Москва, 20-23 марта 2007 г.); 9-ом Международном Славяно-Балтийском научно-медицинском форуме "Санкт-Петербург-Гастро-2007" (Санкт-Петербург, 16-18 мая 2007 г.); III Международной школе-конференции "Наноматериалы технического и медицинского назначения" (Тольятти, 24-28 сентября); VIII Международном конгрессе "Здоровье и образование в XXI веке: концепции болезней цивилизации" (Москва, РУДН, 14-17 ноября 2007 г.); International Conference on Shape Memory and Superelastic Technologies (Japan, Tsukuba City, December 3-5, 2007); IX-ой Всероссийской конференции по биомеханике "Биомеханика-2008" (Н. Новгород, Институт прикладной физики РАН, 20-24 мая 2008 г.).

Апробация работы проведена на совместной научно-практической конференции кафедр госпитальной хирургии лечебного факультета, патологической физиологии, анестезиологии и реаниматологии, оперативной хирургии и топографической анатомии, патологической анатомии, медицины катастроф, медицинской и биологической физики МГМСУ, лаборатории оперативной хирургии и клинической лимфологии РМАПО, лаборатории клинической и экспериментальной хирургии НИМСИ МГМСУ, сотрудников ГКБ № 33 им. проф. A.A. Остроумова и ГКБ № 40, кафедры "Биомедицинские технические системы и устройства" МГТУ им. Н.Э. Баумана, Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН (Пущино) и МГУ им. М.В. Ломоносова (ГКБ № 33 им. проф. A.A. Остроумова, 19 января 2008 г.).

Публикации по теме диссертации

По теме диссертации опубликовано 65 работ, из них 35 в центральной печати, 13 в журналах, рекомендуемых ВАК РФ для опубликования при соискании ученой степени доктора наук, 4 в зарубежной печати, 1 монография и получено 2 авторских свидетельств на изобретение.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, выводов, практических рекомендаций и списка литературы, содержащего 218 отечественных и 177 иностранных работ. Текст диссертации изложен на 283 страницах машинописи. В диссертации 105 рисунков и 13 таблиц.

ВЫВОДЫ

1. Среди всех сверхэластичных сплавов с памятью формы никелид титана (нитинол) является материалом, наиболее совместимым с биологическими тканями вследствие своего уникального деформационного поведения и низкого уровня упругих свойств. При этом 11-50,8% № проявляет свойства сверхэластичности и памяти формы в интервале от 15 до 60°С, включающем в себя диапазон температур тканей и органов человека.

2. Никелид титана И-50,8% №, даже в условиях значительной деформации и длительных испытаний в желчи и агрессивных средах, обладает выраженными антикоррозийными свойствами, что делает его пригодным для применения в билиарной хирургии и гепатологии.

3. Пассивные упругие свойства желчных путей нелинейны и анизотропны по типу биологических проточных систем и отражают механические свойства морфологических структур стенки протоков. При внешнем воздействии деформация желчных путей обусловлена растяжением коллагеновых и эластино-вых волокон, образующих соединительно-тканный каркас стенки протоков. Зависимости напряжение-деформация и упругие модули желчных протоков в продольном и кольцевом направлении могут быть описаны с помощью уравнений экспоненциальной регрессии а,(£„) = а,(е^ -1), сгв(£0) = ав{ер°Св -1) и Е:(е:) - а:Р:е(1^2, Е0(в0) - а0Р0ер°Гв, соответственно, с численными коэффициентами ос,, ¡5, и ав, Д,.

4. На компьютерных моделях установлено, что использование конструкций литоэкстракторов из нитинола снижает значения контактных давлений сгС0П{ на стенки желчных протоков в 2,0-6,5 раз (р<0,01) и уменьшает относительный риск болевого синдрома при внутрипросветных манипуляциях на 80,4% (95%ДИ 67,9%-88,3%) по сравнению с петлями Дормиа из медицинских сталей.

5. Интенсивность болевого синдрома при удалении резидуальных и рецидивных камней чрезфистульно, чрездренажно сверхэластичными литоэкстракто-рами снижается в 1,2-3,0 раза (р<0,05), а его частота - на 74,0% (95%ДИ 40,8%-87,2%) по сравнению с петлями Дормиа из медицинских сталей.

6. При неоперативном удалении желчных камней сверхэластичными литоэкс-тракторами тяжесть и частота осложнений ниже (р<0,05), а качество жизни в послеоперационном периоде выше (р<0,01), чем у больных, литоэкстракция у которых выполнялась инструментами из медицинских сталей.

7. При неоперативном и интраоперационном удалении конкрементов из желчных путей сверхэластичные экстракторы обладают существенно большими техническими возможностями, чем петли Дормиа, повышают выполнимость литоэкстракции и эффективность комплексного лечения холангиолитиаза.

8. Механические повреждающие факторы, определяемые уровнем биомеханической совместимости литоэкстракторов, играют существенную роль в развитии билиарной боли и осложнений при лечении холангиолитиаза, оказывают влияние на качество жизни больных после операции.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Удаление конкрементов должно проводиться с учетом соответствия размеров и геометрии рабочей части сверхэластичных литоэкстракторов диаметру камня. Для удаления крупных конкрементов целесообразно использовать лито-экстракторы с рабочей частью типа 3x6; для малых — 4x8 с плетеными сетками на дистальном конце; для удаления микролитов, сладжей и желчной замазки -3x12, 4x16 с наиболее густой браншевой сеткой.

2. При захвате крупных камней, камней в узких местах и фиксированных в стенку протоков применять литоэкстракторы с направляющей атравматичной оливой; перед захватом необходимо обойти конкремент дистальнее.

3. Для уменьшения травматического повреждения тканей при неправильной, с острыми гранями, форме конкрементов наибольший размер камня или его выступающая часть помещаются вдоль продольной оси "камнезахватывающего" устройства литоэкстрактора, при этом может потребоваться повтор манипуляций.

4. При патологически уплотненных стенках желчных протоков целесообразно использовать сверхэластичные литоэкстракторы с максимальным диаметром катетера (6 Бг) и максимальным развиваемым поперчным усилием при раскрытии, а по показаниям - и традиционные петли Дормиа из сталей.

5. Для придания катетеру и рабочей части сверхэластичных литоэкстракторов в транспортном или рабочем состоянии дополнительной жесткости достаточно струйного введения в инструментальный канал холедохоскопа, наружный дренаж или свищевой ход 0,9% раствора натрия хлорида с температурой 45-50°С, а для придания большей гибкости и эластичности - несколько охладить (до 10-15°С). '

6. Сверхэластичный инструментарий может быть использован многократно при условии его стерилизации стандартными методами.

7. С целью получения более точной и надежной информации о показателях качества жизни пациента и подсчета индекса качества жизни СК^Ы целесообразно применять дифференциальный подход, учитывающий удельный вес отдельных ее составляющих.