Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 9
1.1. Методы консервирования тканей 9
1.2. Лиофилизация соединительнотканных аллотрансплантатов 18
1.3. Влияние лиофилизации на структуру и физико-механические свойства соединительнотканных аллотрансплантатов 24
1.4 Применение лифилизированных соединительнотканных аллотрансплантатов в клинической практике 30
Глава 2. Материалы и методы исследования 38
2.1. Методика подготовки соединительнотканных аллотрансплантатов и методы физико-химической обработки 38
2.2. Методы морфологического исследования образцов нативных тканей и соединительнотканных лиофилизированных аллотрансплантатов 39
2.3. Методы физико-механических исследований 42
2.4. Материалы и методы экспериментально-морфологического исследования лиофилизированных аллотрансплантатов 44
Глава 3. Результаты собственных исследований 47
3.1. Результаты морфологического исследования 47
3.2. Результаты физико-механических исследований 80
3.3. Результаты экспериментально-морфологического исследования 88
Глава 4. Обсуждение полученных результатов 98
Выводы 105
Практические рекомендации 107
Список литературы
- Лиофилизация соединительнотканных аллотрансплантатов
- Методы морфологического исследования образцов нативных тканей и соединительнотканных лиофилизированных аллотрансплантатов
- Материалы и методы экспериментально-морфологического исследования лиофилизированных аллотрансплантатов
- Результаты физико-механических исследований
Введение к работе
Актуальность исследования. В настоящее время применение биологических тканей для трансплантации получило всеобщее признание (Мирский М.Б., 1985; Goldberg V.M. et аl., 1993; Noh J.H. et аl., 2011; Miller L.E. et аl., 2011). Большинство заготавливаемых в тканевых банках донорских тканей относятся к соединительнотканным формациям: твердая оболочка головного мозга, сухожилия различной локализации, дерма, фиброзные оболочки органов, перикард, хрящи, кости и т. д. (Аськова Л.Н. с соавт. 2004; Щербаков Д.А., 2011; Chаushu G. et аl., 2009; Nissаn J. et аl., 2012; Rossi А.C. et аl., 2012). Применение их в клинической практике приносит, как правило, положительный результат (Мулдашев Э.Р., 1994; Федяев И.М. с соавт., 2004; Кульбаев Н.Д. с со-авт., 2012; Полякова Е.Ю. с соавт., 2012; Timаrаn C.H. et аl.,2002; Miller L.E. et аl., 2011; Nishidа Y. et аl., 2011).
Донорские ткани, чтобы стать пригодными для пересадки, должны быть консервированными. Все известные методы физико-химической обработки и консервации направлены на снижение антигенных свойств тканей, при сохранении их волокнистого каркаса (Клен Р. 1962; Нигматуллин Р.Т., 2003; Федорова Е.А. с соавт., 2005; Boyce T. et. аl., 1999). Одним из широко используемых методов консервирования донорских тканей является лиофилизация. Лиофили-зация – метод высушивания замороженных тканей в вакууме. Методика высушивания тканей в замороженном состоянии, по мнению ряда авторов, обладает определенным преимуществом перед другими видами консервирования, что, прежде всего, выражается в хорошей сохранности ткани в течение долгого времени (Мнержичка П. с соавт., 1988; Милюдин Е.С. с соавт., 2004). Лиофилизи-рованные ткани, у которых остаточная влажность до 1%, могут сохраняться при комнатной температуре в течение пяти лет без существенных изменений своих свойств, кроме того, они не требуют специальных условий при транспортировке, что имеет большое практическое значение (Коваленко П.П., 1975; Савельев В.И. с соавт., 2001; Кристинов Г., 1975; Gаliа C.R. et аl., 2009). По мнению В.И. Савельева с соавторами (2004), в процессе лиофилизации ткани приобретают устойчивость к факторам внешней среды и способность сохранять комплекс структурных и биохимических свойств, важных с трансплантационной точки зрения. Кроме того, по мнению этих же авторов, лиофилизация аллогенных тканей важна перед стерилизацией гамма-лучами, поскольку без дегидратации в тканях возникают различные изменения, препятствующие их клиническому использованию.
Однако не все авторы придерживаются того же мнения. О том, что лиофи-лизация отрицательно сказывается на пластических свойствах биологических тканей, отмечают в своих работах Г. Кристинов (1978) и Р.Н. Подопригора (2004).
Опубликовано большое количество научных работ по вопросам лиофили-зации биологических тканей, но отсутствуют данные о комплексном исследовании фиброархитектоники, пластических и регенераторных свойств лиофили-зированных соединительнотканных трансплантатов, а так же специфики их применения в клинической практике.
В этой связи представляется актуальным изучение влияния процесса лиофилизации на волокнистый остов и физико-механические свойства соединительнотканных аллотрансплантатов.
Цель настоящего исследования: провести оценку фиброархитектоники и прочностных свойств лиофилизированных соединительнотканных аллотранс-плантатов.
Задачи исследования:
-
Изучить влияние лиофилизации на фиброархитектонику соединительнотканных аллотрансплантатов с различными типами волокнистого остова.
-
Оценить прочностные свойства соединительнотканных аллотрансплан-татов с различными типами волокнистого остова до и после лиофилизации.
-
В эксперименте изучить морфологические особенности замещения лиофилизированных соединительнотканных аллотрансплантатов.
-
На основе морфологических и физико-механических исследований разработать методические рекомендации по эффективному использованию лиофилизированных аллотрансплантатов в клинической практике.
Научная новизна. В представленной работе впервые проведена комплексная оценка структуры и прочностных свойств лиофилизированных ал-лотрансплантатов. Определено, что изменения, происходящие в структуре трансплантатов, зависят от типа волокнистого остова соединительной ткани и наличия основного вещества. Установлено, что процесс лиофилизации приводит к изменению фиброархитектоники аллотрансплантатов, изготовленных из плотной оформленной соединительной ткани с ориентированным типом волокнистого остова и смешанным типом волокнистого остова. Изменения фиб-роархитектоники в процессе лиофилизации не наблюдаются у аллотрансплан-татов, изготовленных из плотной неоформленной соединительной ткани с неориентированным типом волокнистого остова.
Выявлено, что наибольшее снижение прочностных свойств происходит у лиофилизированных аллотрансплантатов, изготовленных из плотной оформленной соединительной ткани с ориентированным типом волокнистого остова.
Теоретическая и практическая значимость. Определены критерии сохранности фиброархитектоники лиофилизированных аллотранплантатов в зависимости от типа волокнистого остова соединительной ткани и наличия основного вещества.
На основе полученных данных разработаны методические рекомендации по применению лиофилизированных соединительнотканных аллотранпланта-тов в клинической практике. Морфологически доказано и экспериментально подтверждено, что преобразование структуры и снижение прочностных характеристик лиофилизированных соединительнотканных аллотрансплантатов являются существенным ограничением при использовании их для укрепляющих операций, где главную роль играют физико-механические свойства тканей.
Реализация результатов работы. Результаты работы включены в технологический регламент изготовления лиофилизированных соединительнотканных аллотрансплантатов в лаборатории консервации тканей ФГБУ «Всероссийский центр глазной и пластической хирургии» Минздрава России. Аллотранс-плантаты, консервированные методом лиофилизации, применяются в различных областях хирургии и поставляются в 57 клиник России и стран СНГ.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Изменения, происходящие в структуре лиофилизированных соединительнотканных аллотрансплантатов, зависят от фиброархитектоники и наличия основного вещества в тканях.
-
Сохранение прочностных свойств лиофилизированных аллотранс-плантатов тесно коррелирует с изменениями их фиброархитектоники: выраженные изменения в структуре аллотрансплантатов приводят к снижению предела прочности и модуля упругости.
-
Характер резорбции и замещения лиофилизированных соединительнотканных аллотрансплантатов зависит от их структуры и физико-механических свойств.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы были представлены и обсуждены на ХХI Межрегиональной научно-практической конференции с международным участием «Новые технологии микрохирургии глаза» г. Оренбург, 2010 г.; на ХХII Межрегиональной научно-практической конференции с международным участием «Новые технологии микрохирургии глаза» г. Оренбург, 2011 г.; на V Всероссийском симпозиуме с международным участием «Актуальные вопросы тканевой и клеточной трансплантологии» г. Уфа,
-
г.; на Всероссийской конференции с международным участием «Доклиническое исследование в инновационной медицине и биотехнологиях» г. Самара,
-
г.; на Всероссийской научной конференции посвященной памяти чл.-корр. АМН СССР профессора Ф.М. Лазаренко «Актуальные проблемы морфологии, адаптогенеза и репаративных гистогенезов» г. Оренбург, 2013 г.; на I Национальном Конгрессе по регенеративной медицине г. Москва, 2013 г.
Работа апробирована на расширенном заседании Башкирского отделения Всероссийского научного общества анатомов, гистологов и эмбриологов (ВРНО АГЭ), г. Уфа, 2014.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, из них 7 работ в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов собственных исследований, обсуждения полученных результатов, выводов, списка использованной литературы. Список литературы содержит 262 источника, из них 165 отечественных и 97 зарубежных. Текст изложен на 137 страницах печатного текста. Работа иллюстрирована 10 таблицами, 16 рисунками, 52 фотографиями.
Лиофилизация соединительнотканных аллотрансплантатов
Современное развитие науки и техники оказало огромное влияние на развитие биологии и медицины и послужило интенсивному росту наиболее перспективных направлений научных исследований. Одним из таких направлений является трансплантация органов и тканей (Мирский М.Б., 1985; Goldberg V. M. et аl., 1993; Gаrbuz D.S. et аl., 1998; Noh J.H.et аl., 2011; Miller, L.E. et аl., 2011).
В настоящее время применение аллогенных тканей для трансплантации получило всеобщее признание, так как аллогенные ткани являются ценным пластическим материалом (Нигматуллин Р.Т., 1996; Chаushu G. еt аl., 2009; Гайнутдинова Р.Д. 2011; Nissаn J. et аl., 2012; Rossi А.C. et аl., 2012). Применение их приносит в большинстве случаев положительный клинический результат (Мулдашев Э.Р., 1994; Кульбаев, Н.Д. с соавт. 2012; Полякова, Е.Ю. с соавт. 2012; Nishidа Y. et аl., 2011). Большое значение имеет также экономический эффект, получаемый при использовании консервированных тканей (Коваленко П.П., 1975). Так, при пластических операциях, осуществляемых с использованием аллогенных тканей, уменьшается продолжительность нетрудоспособности больных, резко снижается их пребывание в стационарах (Триф В.В. с соавт., 2010; Levitt R.L. et. аl., 1994; Komender J., et. аl., 2001; Pаrk I.H. et. аl., 2008). С использованием консервированных тканей уменьшается время операции. Успех пересадок зависит не только от правильных показаний и безупречной техники, но и от особенностей трансплантата, которые определяются выбором и обработкой ткани, а так же применением соответствующего метода консервирования (Клен Р., 1962; Федорова, Е.А. с соавт., 2005; Boyce T. et. аl., 1999). Цели и смысл консервирования заключаются в сохранении тканей на длительное время, а так же ликвидации антигенных свойств ткани под влиянием консервирующих средств (Филатов А.Н., 1960; Муслимов С.А., 2000; Нигматуллин Р.Т., 2003). Вот почему разработке методов консервирования аллогенных тканей уделяется такое большое внимание.
Консервированием называется сохранение в тканях, изъятых из организма донора, основных трансплантационных, биологических и анатомических качеств и особенностей. Главным здесь является сохранение тканью так называемой биологической активности, другими словами комплекса морфологических и биохимических качеств, определяющих в конечном итоге положительный исход лечения (Савельев В.И. с соавт., 2001; Канюков В.Н. с соавт., 2005; Clаrk R.P. et. аl., 2009).
Консервирование тканей является перспективной областью современной медицины и биологии, благодаря которому стало возможным широкое применение алло-и ксенотрансплантатов в хирургии (Ханамирян, Т.В., 2010; Berry, R.B. et. аl., 1980). Консервированный трансплантат, как сложный биологический продукт, оказывает многостороннее действие на реципиента. Оптимальные результаты операций достигаются с применением аллогенных трансплантатов вследствие того, что они вызывают наименьшую иммунную реакцию и стимулируют процессы репаративной регенерации (Лузина Л.В. 2007; Sаlаmon А., 1976; Verzen R., 1999; Ikedа J. et. аl., 2010).
Большинство заготавливаемых в тканевых банках донорских тканей относятся к соединительнотканным формациям: твердая оболочка головного мозга, сухожилия различных локализаций, дерма, фиброзные оболочки органов, перикард, хрящи, кости и т.д. Одной из основных задач при заготовке аллотрансплантатов является сохранение их структуры, биологических и пластических свойств, а так же их физиологической функции в процессе физико-химической обработки, консервирования и стерилизации (Демичев Н.П., 1970; Имамалиев А.С., 1975; Иоффе И.Л. с соавт., 1975 Сучков, В.Б. с соавт.,1982). Важно при этом отметить, что свойства тканей и видоспецифичность, а так же методы их консервирования имеют одно из основных значений в процессах трансформации при пересадке (Нигматуллин Р.Т., 1996; Дунаев П.В., 1999; Шангина О.Р., 2007). Установлено, что определяющим фактором структуры формирующейся ткани на месте пересаженного трансплантата является его фиброархитектоника (Коваленко П.П., 1976). Рядом исследователей отмечается, что при пересадке тканей, несущих в основном механическую опорную функцию, клинический эффект не зависит от жизнеспособности трансплантатов (Петров П.Н. с соавт., 1975 Петров Н. с соавт., 1977). Это аллостатические трансплантаты, в которых основополагающую роль играет коллагеново-эластический каркас тканей, служащий базой для инвазии клеток реципиента и регенерации (Фукс Б.Б. с соавт., 1968; Сельский Н.Е., 2000). Каждая ткань в зависимости от своей структуры, а так же биохимического состава нуждается в особом, соответствующем данной ткани, методе консервирования (Саутин Е.П., 1982; Мулдашев Э.Р., 1994; Подопригора Р.Н., 2004; Шангина О.Р., 2007). Для одних тканей наиболее подходящими являются консервирующие растворы, для других – замораживание, для третьих – лиофилизация (Бродский А.Ф., 1965). Известно, что такие свойства соединительнотканных трансплантатов, как способность стимулировать процессы репаративной регенерации, иммуногенность, биомеханические параметры имеют принципиальное значение в клинической практике (Обысов А.С., 1971; Сорокин А.П., 1973; Нигматуллин Р.Т., 2003). Все известные методы консервирования позволяют получить аллостатические трансплантаты, которые снижают их антигенную активность. Опираясь на многочисленные факты был сделан вывод, что при оптимальном методе консервирования аллотрансплантаты должны иметь свободную от клеток фиброструктуру (Демичев Н.П., 1970; Савельев В.И. с соавт., 2001; Buchmаnn S. et. аl., 2008).
Методы морфологического исследования образцов нативных тканей и соединительнотканных лиофилизированных аллотрансплантатов
Широкое применение лиофилизированных биологических имплантатов нашли в травматологии и ортопедии. При наличии технических возможностей и собственного опыта, в тканевом банке ЦИТО им. Н.Н. Приорова за последнее десятилетие были разработаны и внедрены в практику ряд новых биопластических материалов (Лекишвили М.В., 2008). Прежде всего, это – «Перфоост», представляющий собой деминерализованные лиофилизированные костные аллоимплантаты, выполненные в виде пластин, стружки, чипсов и т.д. Разная степень деминерализации и геометрия этих материалов позволили использовать их во многих областях реконструктивной хирургии, как для заполнения любых костных дефектов, так и для ускорения процессов остеогенеза, в частности, в случаях незрелости дистракционного регенерата. По результатам экспериментальных, токсикологических и ряда других исследований данные биопластические материалы оказывают выраженное влияние на регенерацию костной ткани, не имеют побочного действия и обладают остеокондуктивными и остеоиндуктивными свойствами. Именно поэтому при их клиническом использовании получено более 93% положительных результатов лечения у больных с различными патологиями опорно-двигательного аппарата. В практике проведения пластики перегородки носа установлено, что применение деминерализованных лиофилизированных костных аллоимплантатов «Перфоост» позволяет в более ранние сроки достичь полноценных анатомо-физиологических результатов, предотвращая развитие послеоперационных осложнений (Дайхес Н.А. с соавт., 2009; Хамидов А.Г., 2010). Саliа C.R. с соавторами (2009) были разработаны лиофилизированные костные трансплантаты, которые применяются в клинических условиях при тотальном эндопротезировании тазобедренного сустава. Успешное замещение аллотрансплантатов через 5-10 лет составляло 90% (приводится 42 клинических и рентгенографических примера проведенных операций по пересадке лиофилизированных аллотрансплантатов).
Лиофилизированные соединительнотканные трансплантаты нашли свое применение и в отоларингологии (Mаisin, J.P. et аl., 1989; Smith M.F. et аl., 2003). Так, в работе Викторовой Т.И. с соавторами (2001), применялись лиофилизированные аллогенные хрящи гортани. При изготовлении трансплантатов потеря жидкости составляла 98-99%. Ткани при лиофилизации сохраняли свою структуру, белковые компоненты, соли. Стерилизация проводилась потоком быстрых электронов дозой в 15 кГр. Перед использованием лиофилизированные аллогенные хрящи извлекались из вакуумной упаковки и помещались в стерильный физиологический раствор на 2 – 3 часа для регидратации. Реконструкцию хрящевого каркаса гортани и трахеи выполняли после завершения мышечной пластики измененных или резецированных стенок гортани и трахеи. Таким образом, применение аллогенных хрящей гортани обеспечивало возможность изготовление имплантата любой необходимой формы и восстановления опорного каркаса гортани и шейного отдела трахеи у 92,5% больных, при этом аллогенных хрящей гортани не вызывают реакции отторжения и не рассасываются, обеспечивая стабильность скелета гортани на участке хондропластики.
Для косметической реабилитации больных разработан и применен новый материал для создания опорной культи после удаления глазного яблока – лиофилизированная деминерализованная брефокость (Волова Л.Т. с соавт., 2001). Выбор данного материала обусловлен его способностью к полному рассасыванию и эктопическому остеогенезу с замещением трансплантата собственной тканью реципиента. В практике детских офтальмологов с 1999 года применяются лиофилизированные деминерализованные костные имплантаты, разработанные, изготовленные и запатентованные в ФГУ ЦИТО им. Н.Н.
Приорова (Баракина О.Ю., 2010). Контроль за перестройкой аллотрансплантатов осуществляли методом компьютерной томографии через каждые 6 месяцев после проведения реконструктивной операции. Результаты пластики у детей оцениваются высоко – около 98% случаев выздоровления.
В своей работе по тканевой трансплантации в посттрепанационной реконструкции черепа А.В. Кедров с соавторами (2010) анализируют применение лиофилизированной кости при закрытии дефектов черепа. Отмечается, что при больших дефектах кривизна материала не всегда совпадает с кривизной свода черепа и тогда пластика сопряжена с существенными техническими трудностями, где требуется использование бормашины, вынужденное увеличение размеров дефекта. Но для закрытия мелких и средних дефектов лиофилизированная кость дает очень хороший косметический и регенерационный эффект. При этом процесс остеогенеза не «запускается», трансплантат становится биологически совместимым, но инородным телом и поэтому рассасывается.
Лиофилизация, по мнению П.П.Коваленко (1975), является наиболее эффективным методом консервирования сухожилий. В клинике травматологии, ортопедии и военно-полевой хирургии Астраханского медицинского института им. А.В. Луначарского изготавливаются и применяются на практике лиофилизированные сухожильные аллотрансплантаты (Демичев Н.П., 1990). Как правило, заготавливаются сухожилия сгибателей. При необходимости осуществляется заготовка пяточного сухожилия и сухожилия подошвенной мышцы. Сухожилие после лиофилизации представляет собой плотную, сухую ткань светло-желтого цвета.
Материалы и методы экспериментально-морфологического исследования лиофилизированных аллотрансплантатов
Всвязи с тем, что в структура дермы опорных участков стопы имеет неориентированный тип коллагенового остова, в котором волокнистые элементы расположены без определенной геометрической закономерности, проведение полноценного морфометрического анализа не представлялось возможным.
Гистохимические исследования нативной ДП показали положительную реакцию по Хейлу. Интенсивное синее окрашивание определялось в основном веществе между пучками коллагеновых волокон и вокруг отдельных волокон, что свидетельствовало о высоком содержании ГАГ нативной ДП (рис. 46). Рис. 46. Положительная реакция Хейла на содержание ГАГ в основном веществе нативной дермы опорных участков стопы. Гистохимическая реакциия по Хейлу с докраской эозином. Ув.400. Судя по интенсивности окраски препаратов, содержание ГАГ в лиофилизированных образцах дермы опорных участков стопы претерпевает незничительные изменения в сторону уменьшения (рис.47).
Положительная реакция Хейла на содержание ГАГ в основном веществе лиофилизированных аллотрансплантатов дермы опорных участков стопы. Гистохимическая реакция по Хейлу с докраской эозином. Ув. 400. 3.2. Результаты физико-механических исследований Упруго-прочностные свойства аллотрансплантатов пяточного сухожилия, широкой фасции бедра, твердой оболочки головного мозга дермы опорных участков стопы являются одним из наиболее значимых показателей для их использования в клинической практике, так как после пересадки аллотрансплантаты испытывают определенную механическую нагрузку. Из этого следует, что сохранение ими упруго-прочностных свойств имеет принципиальное значение.
Основу волокнистого остова пяточного сухожилия составляют пучки коллагеновых волокон, большинство из которых ориентированы параллельно длинной оси сухожилия. Поэтому физико-механические свойства образцов пяточного сухожилия выявлялись при продольном нагружении. В результате испытаний физико-механических свойств образцов пяточного сухожилия были получены следующие показатели: предел прочности образцов контрольной группы был равен 17,40±1,74 МПа, тогда как аналогичный показатель образцов экспериментальной группы составлял 14,30±2,42 МПа. У лиофилизированных образцов предел прочности снижался в 1,2 раза по сравнению с образцами нативной ткани. Относительное удлинение контрольных образцов пяточного сухожилия составляло 16,30±0,57%, а в экспериментальной группе образцов 22,40±5,83%. Значение модуля Юнга у контрольных образцов составляло 106,80±6,95 МПа, аналогичный показатель у экспериментальных образцов снижался до 64,70±5,43 МПа, то есть значение модуля упругости уменьшалось в 1,7 раза, что свидетельствовало о снижении прочностных свойств пяточного сухожилия (табл. 7).
Сравнивая диаграммы линейного растяжения образцов пяточного сухожилия (рис.48,49) можно отметить, что лиофилизированные образцы подвергались большему растяжению при малом возрастании приложенного усилия (ОА), а также имели более пологую кривую упругой деформации, что отражает большее удлинение образца до момента его разрушения (АБ). Таблица 7
Сравнительные данные показателей физико-механических свойств нативного и лиофилизированного аллогенного пяточного сухожилия Аллотрансплантаты ахиллого сухожилия Предел прочности(МПа) (М±т) (е) Относительноеудлинение (%)(М±т) (е) Модульупругости(Юнга) (МПа)(М±т) (е) Нативные 17,40±1,74 (1,00) 16,30±0,57 (0,33) 106,80±6,95 (4,01) Лиофилизированные 14,30±2,42 (1,40) 22,40±5,83 (3,37) 64,70±5,43 (3,14) Рис. 48. Диаграмма линейного растяжения образца нативного пяточного сухожилия. Рис 49. Диаграмма линейного растяжения образца лиофилизированного пяточного сухожилия.
Из диаграмм также видно, что деформация контрольных образцов происходила при усилии 150 Н, а лиофилизированных – при усилии 117 Н, что указывает на уменьшение прочности ПС после лиофилизации. Деформация образцов проиходила неравномерно, что отражалось в виде резких изгибов кривой «напряжение – деформация».
Переходим к рассмотрению физико-механических свойств широкой фасции бедра. Значение предела прочности контрольных образцов широкой фасции бедра составило 8,10±10,18 МПа, у экспериментальных образцов – 5,90±4,85МПа, что в 1,4 раза ниже аналогичного значения образцов контрольной группы. Среднее значение относительного удлинения контрольных образцов ФБ составило 45,50±0,95%, экспериментальных -43,40±0,95%, что свидетельствует о том, что данный параметр изменился незначительно. Величина модуля Юнга контрольных образцов широкой фасции бедра составила 17,50±21,82 МПа, у экспериментальных образцов – 13,60±11,48 МПа, то есть наблюдалось снижение значения модуля упругости в лиофилизированных аллотрансплантатах в 1,3 раза (табл. 9). Таблица 9 Сравнительные данные показателей физико-механических свойств нативной и лиофилизированной аллогенной широкой фасции бедра
Аллотрансплантатыширокой фасциибедра Предел прочности(МПа) (М±т) (е) Относительноеудлинение (%)(М±т) (е) Модульупругости(Юнга) (МПа)(М±т) (е) Нативные 8,10±10,18 (5,88) 45,50±0,95(0,55) 17,50±21,82 (12,60) Лиофилизированные 5,90±4,85 (2,80) 43,40±0,79 (0,46) 13,60±11,48 (6,63) Диаграммы линейного растяжения контрольных и экспериментальных образцов фасции бедра представлены на рисунках 52,53. Анализ кривой участка АБ показывает, что растяжение лиофилизированной фасции начинается при меньшем усилии, чем нативной. Деформация лиофилизированного образца (точка Б) происходит также при меньшем приложенном усилии. Рис 52. Диаграмма линейного растяжения контрольного образца широкой фасции бедра. Рис 53. Диаграмма линейного растяжения экспориментального образца широкой фасции бедра. Твердая оболочка головного мозга имеет сложнопереплетенный соединительнотканный каркас, что обуславливает ее достаточно высокие механические свойства. Физико-механические испытания нативных и лиофилизированных образцов ТМО показали следующее: относительное удлинение контрольных образцов составило 20,5±0,12%, экспериментальных образцов – 19,1±4,57%. Значение предела прочности в экспериментальных образцах в 1,4 раза снизилось по сравнению с контрольными. Так, у нативных ТМО предел прочности был равен 12,20±0,85 МПа, у лиофилизированных аллотрансплантатов ТМО – 8,9±3,16 МПа. Схожая картина прослеживалась при анализе изменения модуля Юнга. В контрольной группе модуль Юнга составил 63,1±2,79 МПа, в экспериментальной – 50,4±25,15 МПа, то есть произошло снижение значения данного показателя в 1,2 раза (табл. 8).
Результаты физико-механических исследований
Нaличие и количество молекул воды в составе основного вещества соединительной ткaни, в которое погружены пучки коллагеновых волокон, также являются, на наш взгляд, фактором, влияющим на сохраннoсть фиброархитектоники аллотрансплантатов в процессе лиофилизации.
Компонентами основного вeщества являются гликозаминогликаны (ГАГ) (Серов В.В., Шехтер А.Б., 1981; Ноздрин В.И. и соавт., 2005). ГАГ вместе с другими компонeнтами основного вещества – гликопротеинaми – обеспечивают прочность связи и пространственную структуру коллагеновых волокон и определяют мехaнические свойства соединительной ткани, такие как прочность и упругость (Слуцкий Л.И., 1969; Серов В.В., Шехтер А.Б., 1981). Известно, что различные типы соединительной ткани содержат различное количество oсновного вещества (Шехтер А.Б., 1981). Так, Н.П. Омельяненко, Л.И. Слуцкий (2010) укaзывают, что в сухожилиях между пучками однонаправленных коллагеновых волокон содержится наименьшее количество основного вещества. В твердой оболочке головного мозга и широкой фасции бедра при относительно небольшой толщине, достаточно плотном расположении пучков коллагеновых волокон, а также многослойности – доля основного вещества также невысока (Валишина А.Д., 1979). В дерме опорных участков стопы коллагеновые волокна и образованные ими переплетающиеся пучки погружены в основное вещество, количество которого в два раза выше, чем в оболочках и фасциях (Мулдашев Э.Р. и соавт., 1981; Нигматуллин Р.Т., 1996; Ноздрин В.И. и соавт., 2005; Омельяненко Н.П., Слуцкий Л.И., 2010). Окружая волокнистые структуры, основное вещество стабилизирует их пространственное положение и объeдиняет в единый комплекс, выполняя роль межфибриллярного «цементирующего» вещества (Серов В.В., Шехтер А.Б., 1981).
Высушивание тканей в процессе лиофилизации приводит к дегидратации аморфного матрикса, oкружающего коллагеновые волокна. В результате этого, в зависимoсти от степени начальной гидратированности аморфного матрикса, происходят структурные преобразования ткани. Таким образом, в процессе сублимационного высушивания происходит удаление воды из основного вещества, что привoдит к потере его «цементирующих» свойств. При разрушении основного вещества коллагеновые волокна распадаются на отдельные фибриллы, происходит дезорганизация пучков коллагеновых волокон, что приводит к нарушению пространственной организации ткани и снижению прочностных характеристик. А.М. Хилькин с соавторами (1976) в своих исслeдованиях отмечали, что во время процесса лиофилизации происходит удаление влаги из биологической ткани и, как следствие, нарушение структурной организации волокнистого остова.
В качестве экспериментальной модели нами была выбрана ортотопическая трансплантация пяточного сухожилия как операция, результат которой во многом зависит от физико-механических свойств регенерата. С другой стороны, именно в фиброархитектонике пяточного сухожилия нами были обнаружены наиболее выраженные изменения структуры после лиофилизации. Результаты проведенного экспериментального исследования позволили оценить различия в процессе резорбции-замещения после имплантации консервированного и лиофилизированного пяточного сухожилия. В первой серии экспериментов были пересажены аллотрансплантаты пяточного сухожилия с сохраненной фиброархитектоникой. Во второй серии имплантировали лиофилизированные аллотрансплантаты с выраженными изменениями волокнистого остова.
При ортотопической аллотрансплантации сухожилия в контрольной группе животных процесс резорбции и замещения транпслантата заканчивался формированием плотного соединительнотканного регенерата, подобного сухожилию по архитектонике пучков коллагеновых волокон.
Ортотопическая аллотрансплантация лиофилизированных пяточных сухожилий привела к быстрому и сплошному замещению, при котором исключается роль формообразующего фактора волокнистого остова аллотрансплантата. Сформировавшийся соединительнотканный регенерат приобрел нетипичную для сухожилия структуру и больше напоминал фиброзную ткань с неупорядоченной архитектоникой коллагеновых волокон.
Таким образом, степень изменений фиброархитектоники и пластических свойств лиофилизированных аллотрансплантатов определяет скорость резобции, характер замещения и структуру образовавщегося регенерата. Существенным ограничением в применении лиофилизированных аллотрансплантатов с измененной структурой является неэффективность их при использовании для укрепляющих операций, где главную роль играют физико-механические свойства тканей. Лиофилизированные соединительнотканные аллотрансплантаты могут использоваться при заполнении объемных дефектов различных тканей (Сироткина И.А., 2005), в нейрохирургической практике при проведении реконструктивных операций (Dufrаne D. еt аl., 2003), в качестве укрывных мембран (Вырмаксин С.И.,2008), для восстановления тканей с дренажной функцией (Мулдашев Э.Р. с соавт., 1994; Нуралиев Н.Х., 2008), в качестве аллогенных носителей для различных физико-препаратов (Аськова Л.Н. с соавт., 2004).
