Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 12
1.1. Эволюция развития пластических материалов для пластики сухожилий и связок 12
1.2. Актуальность проблемы повреждений сухожилий, методы аутопластики, аллопластики при восстановлении анатомических структур сухожилий 24
1.3. Анатомо-физиологические особенности сухожильно-мышечного комплекса 30
1.4. Сведения о физико-механических свойствах связок и сухожилий 32
1.5. Пластический биоэндопротез – поиск и перспективы в хирургии 38
1.5.1. Особенности ксенопластики в пластической хирургии 40
ГЛАВА 2. Материалы и методы исследования 45
2.1. Характеристика биологического эндопротеза из ксеноперикарда 45
2.2. Методы исследования в эксперименте на животных 48
2.3. Материал и методы морфологических исследований 50
2.4. Материал и методы биомеханических исследований 53
2.5. Методы статистической обработки полученных данных 54
2.6. Специальные и лабораторные методы исследования пациентов 55
Глава 3. Результаты исследования биомеханических свойств секционного материала сухожилий человека и модифицированного ксеноперикарда 59
3.1. Методы прочностных испытаний биоэндопротеза в сравнении с секционным материалом сухожилий человека 59
3.2. Результаты исследования биомеханических свойств ксеноперикарда в сравнении секционным материалом сухожилий человека 64
Глава 4. Экспериментальное изучение биоинтеграции ксеноперикарда при пластике сухожилий животных 72
4.1. Сравнительное морфологическое исследование ксеноперикарда с сухожильной тканью животных 72
4.2. Динамика морфометрического исследования толщины модифицированного ксеноперикарда в разные сроки после операции 82
Глава 5. Клиническое внедрение методов пластики сухожилий и связок с использованием модифицированного ксеноперикарда 86
5.1. Клиническое применение модифицированного ксеноперикарда для пластики сухожилий и связок 87
5.2. Техника операций и различных способов пластики сухожилий и связок с применением ксеноперикарда 89
Заключение 118
Выводы 120
Практические рекомендации 121
Список литературы 122
- Актуальность проблемы повреждений сухожилий, методы аутопластики, аллопластики при восстановлении анатомических структур сухожилий
- Пластический биоэндопротез – поиск и перспективы в хирургии
- Материал и методы морфологических исследований
- Результаты исследования биомеханических свойств ксеноперикарда в сравнении секционным материалом сухожилий человека
Введение к работе
Актуальность темы. В нашей стране продолжается реализация приоритетного проекта высокотехнологичной медицинской помощи с использованием новых биотехнологий. Современная пластическая хирургия нуждается в самых различных видах трансплантационных материалов, удовлетворяющих достаточно жестким требованиям, предъявляемым к их структуре, источникам получения и вероятным отрицательным эффектам, обусловленным природой материала, локализацией, технологией изготовления, замещением в организме после пересадки и биосовместимостью [Доб-рова Н. Б., Носкова Т. И., Новикова С. П., Севастьянов В. И., 1990; Лопатин В. В., 2004; Адамян А. А., 2008; Бокерия Л. А., 2010; Lemperle G., 2003; Zantop T., Tillmann B., Petersen W., 2003].
Неспособность собственных тканей к полноценной регенерации при обширных дефектах и повреждениях послужила толчком для применения синтетических трансплантатов [Grouts A. et al., 2000; Kershen R. T. et al., 2002; Victrup L. et al., 2005]. Несмотря на значительное распространение в пластической ортопедии синтетических материалов [Неробеев А. И., 2003; Лопатин В. В., 2004; Адамян А. А., 2004], они не могут заменить соединительнотканные трансплантаты из-за множества негативных факторов и осложнений после их применения, таких как нагноения, гематомы, гранулемы, дегенеративные изменения послеоперационных ран [Крайник И. В., 2002; Чайковская Е. А., 2002; Острецова Т. И., 2003]. Кроме того, пересаживаемые биоматериалы должны длительно сохраняться в организме реципиента, полностью заполнять объем дефекта ткани и замещаться полноценным регенератом, не вызывая вышеуказанных осложнений [Лопатин В. В., 2003]. Недостатки этих материалов – выраженные отличия в биорезистентности и степени очистки от вспомогательных компонентов [Шкарупа Д. Д., 2009]. Поиск оптимальных биологических материалов для пластической и реконструктивной хирургии по-прежнему остается актуальной задачей теоретической и практической медицины [Мулдашев Э. Р., 2005; Стадни-ков А. А., 2005; Митрошин А. Н., 2014].
К настоящему времени изучены закономерности перестройки и замещения трансплантатов фасций, дермы, сухожилий. Биоматериалы после пересадки полностью резорбируются и замещаются по законам репаратив-ного гистогенеза [Салихов А. Ю., 2000; Канюков В. Н., 2001; Митро-шин А. Н. Сиваконь, С. В., Мозеров С. А., 2010; Калмин О. В., Никольский В. И., Титова Е. В. и соавт., 2012; Никольский В. И., Титова Е. В. и со-авт., 2013].
В развитии восстановительной хирургии сухожилий важную роль сыграли работы ряда отечественных авторов по репаративной регенерации данных структур [Фалк И. Г., 1966; Демичев Н. П., 1968; Лаврищева Н. И., 1996, 1990; Казарезов М. В., 2004; Калмин О. А., 2012].
Сухожилия обладают определенным пределом прочности, модулем упругости и при трансплантации длительно резорбируются в тканевом ло-
же организма реципиента [Нигматуллин Р. Т., 1996]. После пересадки биотрансплантаты постепенно замещаются собственной соединительной тканью реципиента по фиброархитектонике, идентичной трансплантату сухожилия [Демичев Н. П., 1970; Гурьянов А. С., 1993]. Эффективность операций с использованием собственных тканей ограничена, так как часто развиваются изменения, приводящие к снижению их прочности и эластичности, что, в свою очередь ведет либо к рецидиву заболевания, либо к ограничению физиологической подвижности конечности. Однако анатомически обусловленные размеры сухожилий являются существенным лимитирующим фактором, не позволяющим применять их при восстановлении обширных по площади или объему тканевых дефектов.
Сложность анатомического строения и тонкость физиологических функций сухожильно-связочных структур определяют значительные трудности лечения повреждений, задачей которого является восстановление не только анатомических структур, но и их функций. Широко используя синтетические эндопротезы для замещения дефектов сухожилий, хирурги столкнулись с проблемой совместимости тканей и возникновения в послеоперационном периоде целого ряда осложнений. Поиск материала, удовлетворяющего всем требованиям, предъявляемым к современному биопротезу, не теряет своей актуальности и в настоящее время. Таким образом, данное исследование представляется весьма обоснованным и перспективным.
Цель исследования – обосновать применение модифицированного ксеноперикарда для пластики сухожилий и связок человека в эксперименте и клинике.
Задачи исследования:
-
Исследовать биоматериал на основе модифицированного ксенопе-рикарда для реконструктивно-восстановительной хирургии сухожилий и связок.
-
Провести сравнительные экспериментальные испытания прочностных характеристик модифицированного ксеноперикарда с секционным материалом сухожилий человека.
-
Изучить в эксперименте морфологическую картину и структурные особенности интеграции модифицированного ксеноперикарда при пластике ахиллова сухожилия животных и его динамику в различные сроки после операций.
-
Разработать способы новых реконструктивных оперативных вмешательств с использованием модифицированного ксеноперикарда при повреждениях ахиллова сухожилия, сухожилия четырехглавой мышцы бедра, коллатеральных связок коленного сустава, при пластике передней крестообразной связки, а также способ подвешивающей пластики при привычном вывихе плеча.
-
Провести клиническую апробацию модифицированного ксенопе-рикарда при пластике сухожилий и связок.
Научная новизна. Впервые в эксперименте изучены прочностные характеристики нового биоматериала – модифицированного ксеноперикар-
да в сравнении с секционным материалом сухожилий человека. Ксенопери-кард обладает в пять раз большей механической прочностью по сравнению с секционным материалом сухожилий человека.
На основании экспериментальных морфологических исследований доказана особенность интеграции ксеноперикардиальной пластины при использовании ее в качестве цилиндрической заплаты при дефектах ахиллова сухожилия кроликов и показана динамика биодеградации в различные сроки после операций. Рост соединительной ткани происходил активнее во внутренней «шероховатой» поверхности ксеноперикарда, что подтверждалось большим количеством клеток и волокон соединительной ткани.
Доказаны эффективность и безопасность применения модифицированного ксеноперикарда при пластике сухожилий и связок.
Разработаны способы пластики сухожилий и связок с использованием модифицированного ксеноперикарда (патент РФ на изобретение № 2395252 от 27 июля 2010 г.).
Практическая значимость работы. Впервые разработан и исследован пластический биоматериал на основе модифицированного ксенопери-карда для различных областей реконструктивно-восстановительной травматологии и ортопедии, экспериментально исследованы биомеханические свойства (максимальная нагрузка на разрыв, предел прочности, модуль упругости) ксеноперикарда в сравнении с сухожилием человека.
Впервые в клинической практике травматологии и ортопедии применен модифицированный ксеноперикард и разработаны новые методы оперативного лечения при повреждениях ахиллова сухожилия, сухожилия четырехглавой мышцы бедра, коллатеральных связок коленного сустава, при пластике передней крестообразной связки; способ подвешивающей пластики при привычном вывихе плеча.
Положения, выносимые на защиту:
-
Исследован биоэндопротез на основе модифицированного ксено-перикарда, обладающий биосовместимостью и биомеханической прочностью. Получены регистрационное удостоверение № ФСР 2010/07629; сертификат соответствия № РОСС RU.ИМ 0001.13ФК 73; международный сертификат качества DIN EN ISO 13485.
-
Биомеханические свойства модифицированного ксеноперикарда и биосовместимость позволяют использовать его в качестве современного пластического материала при замещениях сухожилий и связок человека.
При экспериментальной имплантации модифицированного ксенопе-рикарда в сухожилиях животных наблюдается активный рост полноценной соединительной ткани, постепенно замещающей биологический эндопротез.
3. Разработаны способы хирургического лечения с применением мо
дифицированного ксеноперикарда при повреждении ахиллова сухожилия,
сухожилия четырехглавой мышцы бедра, коллатеральных связок коленного
сустава, передней крестообразной связки, а также способы пластики при
привычном вывихе плеча.
Внедрение результатов исследования в практику. Результаты исследования внедрены в практику работы травматологического отделения ГБУЗ «Пензенская областная клиническая больница им. Н. Н. Бурденко», ГКБ СМП им. Г. А. Захарьина. Материалы диссертационного исследования используются в учебном процессе на кафедре травматологии, ортопедии и военно-экстремальной медицины Медицинского института Пензенского государственного университета, на кафедре травматологии и ортопедии ГБОУ ДПО «Пензенский институт усовершенствования врачей» Минздрава России (г. Пенза).
Апробация работы. Результаты работы представлены на Международной научно-практической конференции «Здоровье и образование в XXI веке» (Москва, РУДН, 2008), получен диплом (первое место) за представленный доклад «Новый биологический материал для пластики сухожилий и связок»; межрегиональной научной конференции «Актуальные проблемы медицинской науки и образования» (Пенза, 2009, 2010); Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Новое в травматологии и ортопедии» (Самара, 2012); в «Научном центре сердечно-сосудистой хирургии им А. Н. Бакулева» РАМН (Пенза, 2014).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 21 научная работа, из которых 4 – в изданиях, рекомендованных ВАК для публикации результатов диссертационных исследований; одна работа – в зарубежном издательстве. Получен патент РФ на изобретение № 2395252 «Биологический эндопротез для замещения поврежденных связок и сухожилий» от 27 июля 2010 г.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 149 страницах машинописного текста и состоит из введения, пяти глав (обзор литературы, описание материала и методов исследования, биомеханические и гистоморфологические исследования, результаты собственных клинических исследований), заключения, выводов, практических рекомендаций, библиографического списка, состоящего из 264 источников, включающего 157 отечественных и 106 иностранных источников. Работа иллюстрирована 12 таблицами и 41 рисунком.
Актуальность проблемы повреждений сухожилий, методы аутопластики, аллопластики при восстановлении анатомических структур сухожилий
Актуальность проблемы. В нашей стране продолжается реализация приоритетного проекта высокотехнологичной медицинской помощи с использованием новых биотехнологий. Современная пластическая хирургия нуждается в самых различных видах трансплантационных материалов, удовлетворяющих достаточно жестким требованиям, предъявляемым к их структуре, источникам получения и вероятным отрицательным эффектам, обусловленным природой материала, локализацией, технологией изготовления, замещением в организме после пересадки и биосовместимостью [Доброва Н. Б., Носкова Т. И., Новикова С. П., Севастьянов В. И., 1990; Лопатин В. В., 2004; Адамян А. А., 2008; Бокерия Л. А., 2010; Lemperle G., 2003; Zantop T., Tillmann B., Petersen W., 2003].
Эффективное лечение повреждений сухожилий и полноценная реабилитация пациентов с данной патологией являются актуальными проблемами современной травматологии и ортопедии [Казарезов М. В. с соавт., 2004].
Неспособность собственных тканей к полноценной регенерации при обширных дефектах сухожилий послужила толчком для создания большого количества синтетических трансплантатов[Grouts A. et al., 2000; Kershen R. T. et al., 2002; Victrup L. et al., 2005]. Несмотря на значительное распространение в пластической ортопедии синтетических материалов [Неробеев А. И., 2003; Лопатин В. В., 2004; Адамян А. А., 2004], они не могут заменить соединительнотканные трансплантаты из-за множества негативных факторов и осложнений после их применения, таких как нагноения, гематомы, гранулемы, дегенеративные изменения послеоперационных ран [Крайник И. В., 2002; Чайковская Е. А., 2002; Острецова Т. И., 2003]. Кроме того, пересаживаемые биоматериалы должны длительно сохраняться в организме реципиента, полностью заполнять объем дефекта ткани и замещаться полноценным регенератом, не вызывая вышеуказанных осложнений [Лопатин В. В., 2003]. Недостатки этих материалов – выраженные отличия в биорезистентности и степени очистки от вспомогательных компонентов [Шкарупа Д. Д., 2009]. Поиск оптимальных биологических материалов для пластической и реконструктивной хирургии по-прежнему остается актуальной задачей теоретической и практической медицины [Мулдашев Э. Р., 2005; Стадников А. А., 2005; Митрошин А. Н. 2014].
К настоящему времени изучены закономерности перестройки и замещения трансплантатов фасций, дермы, сухожилий. Биоматериалы после пересадки полностью резорбируются и замещаются по законам репаративного гистогенеза [Салихов А. Ю., 2000; Канюков В. Н., 2001; Митрошин А. Н., 2014; Сиваконь С. В., Мозеров С. А., 2010; Калмин О. В., Никольский В. И., Титова Е. В. и др., 2012; Никольский В. И., Титова Е. В. и др., 2013].
В развитии восстановительной хирургии сухожилий важную роль сыграли работы ряда отечественных авторов по репаративной регенерации данных структур [Фалк И. Г., 1966; Демичев Н. П., 1968; Лаврищева Н. И., 1996, 1990; Казарезов М. В., 2004; Сиваконь С. В., Калмин О. А., 2012].
Остается нерешенной проблема пластики застарелых повреждений больших дефектов сухожилий. Разработка и внедрение в практику более эффективных методов лечения повреждения сухожилий определяет актуальность проблемы, придавая ей большое социальное значение.
Определенный интерес представляют биотрансплантаты, находящие все более широкое применение в различных областях реконструктивной хирургии [Gupta M. еt al., 2002; Салихов А. Ю., 2003; Неробеев А. И., 2003; Фришберг И. А., 2005; Никольский В. И., Баулин А. В., Титова Е. В., 2010; Manukyan H. 2007; Barseghyan H., 2007].
Сухожилия обладают определенным пределом прочности, модулем упругости и при трансплантации длительно резорбируются в тканевом ложе организма реципиента [Нигматуллин Р. Т., 1996]. После пересадки биотрансплантаты постепенно замещаются собственной соединительной тканью реципиента по фиброархитектонике, идентичной трансплантату сухожилия [Демичев Н. П., 1970; Гурьянов А. С., 1993]. Эффективность операций с использованием собственных тканей ограничена, так как часто развиваются изменения, приводящие к снижению их прочности и эластичности, что в свою очередь ведет либо к рецидиву заболевания, либо к ограничению физиологической подвижности конечности.
Однако анатомически обусловленные размеры сухожилий являются существенным лимитирующим фактором, не позволяющим применять их при восстановлении обширных по площади или объему тканевых дефектов.
Сложность анатомического строения и тонкость физиологических функций сухожильно-связочных структур определяют значительные трудности лечения повреждений, задачей которого является восстановление не только анатомических структур, но и их функций. Широко используя синтетические эндопротезы для замещения дефектов сухожилий, хирурги столкнулись с проблемой совместимости тканей и возникновения в послеоперационном периоде целого ряда осложнений. Поиск материала, удовлетворяющего всем требованиям, предъявляемым к современному биопротезу, не теряет своей актуальности и в настоящее время.
Для решения выше поставленных вопросов сотрудниками кафедры травматологии, ортопедии и военно-экстремальной медицины Медицинского института ПГУ и ООО «Кардиоплант» был разработан план пилотного исследования биоматериала. Для научного обоснования применения нового биоэндопротеза в клинике необходимо исследование совместимости, биоинтеграции и его биомеханических свойств. Дальнейшие научные разработки привели к открытию способов консервации ксеноперикарада. Благодаря этому, ксеноперикард в настоящее время находит широкое применение в сердечно-сосудистой хирургии, в абдоминальной хирургии и урологии. Применение материала в ортопедии освещено лишь в единичных публикациях. Поэтому данное исследование представляется весьма обоснованным и перспективным. Цель исследования: обосновать применение модифицированного ксеноперикарда для пластики сухожилий и связок человека в эксперименте и клинике. Задачи исследования: 1. Исследовать биоматериал на основе модифицированного ксеноперикарда для реконструктивно-восстановительной хирургии сухожилий и связок. 2. Провести сравнительные экспериментальные испытания прочностных характеристик модифицированного ксеноперикарда в сравнении с секционным материалом сухожилий человека. 3. Изучить в эксперименте морфологическую картину и структурные особенности интеграции модифицированного ксеноперикарда при пластике ахиллова сухожилия животных и его динамику в различные сроки после операций. 4. Разработать способы новых реконструктивных оперативных вмешательств с использованием модифицированного ксеноперикарда при повреждениях ахиллова сухожилия, сухожилия четырехглавой мышцы бедра, коллатеральных связок коленного сустава, при пластике передней крестообразной связки, а также способ подвешивающей пластики при привычном вывихе плеча. 5. Провести клиническую апробацию модифицированного ксеноперикарда при пластике сухожилий и связок.
Научная новизна. Впервые в эксперименте изучены прочностные характеристики нового биоматериала – модифицированного ксеноперикарда в сравнении с секционным материалом сухожилий человека. Ксеноперикард обладает в пять раз большей механической прочностью по сравнению с секционным материалом сухожилий человека.
Пластический биоэндопротез – поиск и перспективы в хирургии
Повреждения крупных сухожилий описал Гиппократ: «Если сухожилие сильно ударить или порвать, то неминуемо наступает самая тяжелая лихорадка, которая вызовет удушье, расстроит ум и непременно приведет к смерти» [Frey C., Rosenberg Z., Shereff M. J., Kim H., 1992].
Ряд исследователей считают, что первое описание подкожного разрыва ахиллова сухожилия дал Ambroise Pare (1510–1590) в 1575 г.: «…оно часто раздирается без всякой видимой раны, или его целостность нарушается после прыжка, или если человек поскользнется. Если это несчастье случится, раздастся треск, подобный звуку хлыста кучера, появится западение по ходу сухожилия, которое можно почувствовать пальцем, и идти будет невозможно. Лечить такую травму можно долго, но нужно четко понимать, что успех призрачен, что повреждение не проходит бесследно и скорее всего человек будет хромать» [Rang M., 2000].
С развитием производства искусственных материалов открылись новые возможности пластической хирургии связок. Начало было положено в 60-е гг. ХХ в. с пластики крестообразных связок синтетическими тканями у собак [Mironova S. S., 1978; Kim S. S., Lim S. H., Cho S. W., 2006; Lorusso R., Corradi D., Maestri R., 2009]. Впервые имплантация синтетических материалов человеку упомянута З. С. Мироновой, которая с 1961 г. использовала лавсан (лента из полиэфира) для восстановления связочного аппарата коленного сустава у 262 пациентов и достигла при этом 71 % хороших и удовлетворительных результатов [Thermann H., 1995].
Начиная с середины 70-х гг., интерес хирургов к пластике синтетическими тканями возрос. Пластика синтетическими материалами не приводила к клиническим хорошим результатам. Большая часть связок подвергалась разрывам либо вызывала состояния раздражения сустава, что обусловливало необходимость их удаления. Экспериментальные данные также демонстрировали механическую несостоятельность материалов в отношении растяжимости и прочности на разрыв [Ma G. W., Griffith T. G., 1977].
В 1977 г. появилось первое сообщение о применении углепластиковых волокон в клинике для возмещения сухожилий [McComis G. P., Nawoczenski D. A., DeHaven K. E., 1997]. На год позже вышла первая публикация о пластике коленного сустава (КС) лентой из волокон углерода [Leppilahti J., Forsman K., Puranen J., 1998; Marangella M. at al., 2004]. После первоначальных сообщений об успехах при клиническом применении этого материала в нем обнаружили ряд недостатков. Хотя волокна и обладали отличной устойчивостью к растяжению, тем не менее вследствие хрупкости они довольно скоро ломались при переменной нагрузке на изгиб. При этом частицы волокон, находясь свободно в полости сустава, откладывались в синовии («черное колено») и в региональных лимфатических узлах [Neethling W. M. at al., 2006; Аруин А. С., Зациорский В. М., 1998].
В 1975 г. J. C. Kennedy впервые сообщил об имплантации ленты из полипропилена для восстановления порванной передней крестообразной связки [Novacheck T. F., 1998]. В Европе лента фирмы Kennedy-LAD использовалась также для армирования сухожилия полусухожильной мышцы [Noyes F., Grood E. J., 1976; Zwipp H., Sudkamp N., Thermann H., 1989] и порции собственной связки надколенника [Levi N., 1997], причем поначалу в сообщениях упоминались хорошие результаты. Однако при среднесрочной оценке был установлен неприемлемо высокий процент разрывов ленты [Muller A., Astrum M., Westlin N., 1996].
В 1980 г. была разработана лента Leeds-Keio (Howmedica Ltd). Речь идет о грубоволокнистой ленте из полиэфира, сотканной частично из трубчатых, частично из плоских волокон. К 1988 г. были прооперированы примерно 24 000 пациентов. Фиксацию ленты проводили костным блоком, что вело к прорастанию ленты остеонами. Предполагалось, что ячейки ленты должны были служить остовом для врастания соединительной ткани, которая трансформировалась бы под действием нагрузок и образовывала таким образом «неолигаментум». Первоначально сообщения о результатах были противоречивыми [Jenkins D. H. R., 1978; Leppilahti J., Puranen J., Orava S., 1996; Mellor S. J., Patterson M. H., 2000; Sung H. W. at al., 2003], отдаленные исходы оказались отрицательными.
В нашей стране о первом опыте применения синтетических протезных материалов сообщил М. В. Громов (1969). Экспериментальному изучению, теоретическому обоснованию и внедрению в клиническую практику полиэфирных материалов для пластических целей посвящены работы З. Мироновой, Е. В. Богуцкой, Г. И. Меркуловой (1975, 1983), И. А. Мовшовича и В. Я. Виленского (1978). Результаты применения данного пластического материала освещены в значительном количестве работ отечественных исследователей. Однако в дальнейшем, после повального увлечения лавсанопластическим восстановлением связок коленного сустава, пришло и некоторое разочарование, выразившееся в том, что была доказана длительность процесса организации трансплантата в полости сустава, часто отмечались разрывы лавсановых протезов, резорбция костной ткани и т.п. [Diamant J. at al., 1972].
В настоящее время практически все синтетические материалы исчезли с рынка медицинской продукции. Сегодня их применение уместно лишь в качестве механической поддержки биологической операции на связке (защита шва, армировка, аутопластики и т.д.).
Сухожилия являются основным звеном кинематической цепи и отвечают за передачу движений от мышцы к костным структурам. Неудовлетворенность хирургов результатами сухожильного шва и тендопластики привела к появлению ряда исследований, в которых делались попытки изолировать поврежденное (сшитое) сухожилие от окружающих тканей различными небиологическими материалами. Применение нашли только высокоинертные полимерные пленки, имплантация которых вызывает клеточную реакцию окружающих тканей и формирование тонкостенной соединительнотканной капсулы. Эксперименты показали, что при использовании циркулярных муфт из полимерных материалов рубцовые сращения сухожилия с окружающими тканями образуются лишь за ее пределами. На самых опасных участках площадь окружающих тканей, с которыми у сухожилия могут образоваться рубцовые сращения, резко уменьшается. Нормальное течение процессов регенерации в условиях изоляции зоны сухожильного шва может быть обеспечено даже при наличии небольшого отверстия в изолирующей муфте [Кирова С. М., 2006].
Однако следствием изоляции могут быть замедление репаративных процессов в зоне шва и даже некроз сухожильной ткани из-за нарушения ее питания. Введение в рану инородного материала повышает риск развития инфекционных осложнений [Potenza A. D., 1963; Ткаченко С. С., Дедушкин В. С., Белоусов А. Е., 1974].
Помимо аутотканей для пластических целей использовали и различные алломатериалы. Основное их преимущество заключалось в отсутствии дополнительного разреза при заборе аутотрансплантатов [Стаматин С. И., 1971, 1978; Ефимов В. Н., 1981; Жилин, 1982]. Так, О. М. Мадыкенов сообщил (1974, 1981) о применении аллобрюшины для пластических целей; В. П. Аратский, В. Г. Дунаев (1972) – твердой мозговой оболочки для восстановления передней крестообразной связки (ПКС). Ткань мениска в качестве алломатериала при реконструкции ПКС применял Л. Г. Школьников (1964). Однако из-за плохих биомеханических и эластических свойств в настоящее время данный материал не используется.
Материал и методы морфологических исследований
Заливка парафином осуществлялась в двух порциях расплавленного парафина с пребыванием в каждой порции по 2 ч первоначально при температуре 37 С, а затем 56 С.
Приготовление срезов производилось на санном микротоме. После изготовления серийных парафиновых срезов толщиной 6-7 мкм с последующей депарафинизацией препараты окрашивали гематоксилином-эозином.
При морфологическом исследовании по общепринятым критериям были изучены количественная и качественная оценка характеристики клеточных элементов и гистологических проявлений процессов репарации в области имплантата (реакция на имплантат, выраженность воспалительной реакции на чужеродную ткань, преобладающий вид ткани в зоне имплантата и биоинтеграцию), основные морфологические параметры реакции окружающих тканей и ахиллова сухожилия на использование ксеноперикардиальной пластиной при восстановлении ее целостности, учитывалась объемная плотность зоны имплантата (объем новообразованной соединительной ткани).
Для оценки результатов морфологического исследования производили микросъемку 10 репрезентативных полей зрения при увеличение х40 и х400 на микроскопе LeicaDM-1000 при помощи фотокамеры Nikon разрешением 7 мегапикселей.
На каждой фотографии было проведено 20 замеров толщины ксеноперикарда посредством морфометрического программного обеспечения «Axiovision». Полученные данные обрабатывались программой статистической обработки данных «Micromed». 2.4. Материал и методы биомеханических исследований
С целью выяснения возможности использования ксеноперикарда для пластики сухожилий был проведен ряд экспериментов по исследованию сравнительной механической прочности на разрыв и на прорезывание с шовным материалом секционного материала человеческого сухожилия и ксеноперикарда. В работе приводятся исследования биопротезов ксеноперикарда размером 5,010,0. Секционный материал для исследования забирался у трупов с давностью смерти не более 24 ч. В исследование включены сухожилия сгибателей кисти и сухожилия полусухожильной мышцы, так как они считаются донорским материалом для пластики сухожилий и связок. Секционный материал был получен от разного пола и разных возрастных групп.
Образцы разбиты на две группы: в первой группе сравнивались механическая прочность на разрыв с сухожилиями кисти, во второй – на прорезывание с шовным материалом – по 40 шт. Сотрудниками кафедры МИ ПГУ и ООО «Кардиоплант» был разработан биопротез представляющий собой цилиндрический рулон ксеноперикарда (рисунок 3). При изучении механических свойств связок и сухожилий определялись: - максимальное напряжение на разрыв; - модуль упругости (модуль Юнга); - относительное удлинение.
Трупный материал стандартизировался по длине и диаметру поперечного сечения. В исследование включены сухожилия с поперечным диаметром 4–5 мм. Длина исследуемой части образцов составила 6–7 см. Всего в исследование включено 80 образцов.
В отделение биомеханики на базе образовательно-научного института наноструктур и биосистем Саратовского государственного университета имени Н. Г. Чернышевского были проведены экспериментальные сравнительные полициклические испытания прочностных характеристик нового биоматериала. Исследовалась механическая прочность биоматериала на разрыв в сравнении с секционным материалом сухожилий человека. Были проведены два эксперимента (по 40 исследований в каждой серии) на разрывных машинах INSTRON-3342 и INSTRON-5944 BIO с заданной постоянной скоростью зажима 50 мм/мин. Данная методика позволяла получить диаграмму деформирования образцов ксеноперикарда и сухожилия человека. В результате определялись модуль упругости, максимальное напряжение и максимальное относительное удлинение на линейном участке диаграммы.
Статистическая обработка данных проводилась с помощью пакета прикладных компьютерных программ BLUEHILL-3 INSTRON. Все результаты исследования обработаны вариационно-статистическими методами. Для проверки нормальности распределения в данной работе использовали критерий Шапиро–Уилкса, который базируется на анализе линейной комбинации разностей порядковых статистик и рекомендуется к применению при отсутствии априорной информации о типе возможного отклонения от нормальности распределения. Все описанные в данной работе параметры имели распределение, близкое к нормальному.
Для всех изучавшихся параметров определяли минимальное (Min) и максимальное (Max) значения, среднюю арифметическую (М), стандартное отклонение (m). Достоверность различий между рядами определяли с помощью параметрического критерия Фишера и непараметрического критерия Колмогорова–Смирнова. При этом различия считали достоверными при 95 % пороге вероятности (Р 0,05). Для сравнения групп по количественному признаку использовали методы непараметрической статистики: для связанных групп – критерий Вилкоксона, для несвязанных – критерий Манна–Уитни.
Статистическую обработку проводили на IBM PC/AT «Pentium-IV» в среде Microsoft Windows XP Professional 2003 с использованием пакетов прикладных программ «Statistica 6.0».
2.6. Специальные и лабораторные методы исследования пациентов
Ультразвуковое исследование проводилось в ГБУЗ «Пензенская областная клиническая больница имени Н. Н. Бурденко», в отделении ультразвуковой диагностики, линейным датчиком с частотой 7,5 МГц, в В-режиме, а также в режиме энергетического и цветового допплеровского картирования. Зона повреждения сухожилий и связок оценивалась с помощью полипозиционного ультразвукового исследования (ультразвуковой аппарат «Vivit» S6 с линейным датчиком S6 с частотой 6–13 МГц) места повреждения связок, которое позволяло оценить структуру повреждения и дефект по отношению дистальных и проксимальных концов. Сканирование выполнялось в сагиттальной, фронтальной и поперечной плоскостях на уровне повреждения.
Во время осмотра пациент находился в горизонтальном положении, конечность по возможности располагалась в среднефизиологическом положении, которое обеспечивало наиболее свободный доступ к области исследования, а также минимальный тонус мышц для улучшения качества визуализации глубоких исследуемых структур. Исследование начинали с общей эхографической оценки поврежденной области. В В-режиме производили оценку мягких тканей вокруг зоны повреждения (наличие или отсутствие отека, гематомы, разрывов мышц и сухожилий).
При оценке результатов морфометрического исследования использовалась микроскоп фирмы «ZeissPrimoStar iLED» c фотографической насадкой на него «MineoCam 2000». Рентгенографию в стандартных проекциях (прямая и боковая) поврежденной конечности проводили на рентгенодиагностическом аппарате РДС/4 «АБРИС», дифрактометре D8 GADDS фирмы Bruker (Венгрия) с использованием стандартных для этих целей режимов. При сомнительной клинической и УЗ-картине повреждения применяли МРТ сухожилий и связок. При обследовании пациентов использовался аппарат EXCELART Vantage Atlas X TOSHIBA с частотой 1,5 тесла на сагиттальных и фронтальных срезах. Для оценки сухожилия с подозрением на разрыв исследовали его структуру в Т1- и Т2-режимах. В режиме Т1 полный разрыв ахиллова сухожилия определялся как исчезновение сигнала внутри сухожилия, в Т2-режиме разрыв представлялся как генерализованное увеличение интенсивности сигнала; отек и кровоизлияние в месте разрыва были видны так же, как область с высокой интенсивностью сигнала. Исследование позволяет четко оценить уровень разрыва и степень диастаза концов сухожилия.
Общая характеристика больных. В основу диссертации положен анализ хирургического лечения больных с застарелыми повреждениями сухожилий и связок, проходивших лечение в клинике ГБУЗ ПОКБ имени Н. Н. Бурденко с 2009 по 2014 г., с использованием ксеноперикарда производства ООО «Кардиоплант» (г. Пенза) по разработанной методике (патент на изобретение № 2449736 от 11.03.2011).
Количество пациентов – 59, из них: 24 женщины, 35 мужчин. С повреждениями ахиллова сухожилия – 36 пациентов, с повреждением сухожилия четырехглавой мышцы бедра – 8 пациентов, с привычным вывихом плеча – 7 пациентов, с повреждением собственной связки надколенника – 1 пациент, с повреждением передней крестообразной и боковых связок – 7 пациентов. Средний возраст пациентов составил 32,5±4,7 года.
Пациентам с повреждениями сухожилий и связок проводилось комплексное обследование, включавшее клинические, инструментальные и лабораторные методы исследования. Общеклиническое обследование проводилось традиционными методами и включало изучение жалоб, анамнеза, общего и локального статуса. Также больным проводилось лабораторное обследование: общий анализ крови, общий анализ мочи, сахар крови, исследование крови на RW и ВИЧ. Кроме того, всем пациентам были назначены ЭКГ, а для лиц старше 30 лет – в обязательном порядке консультация терапевта. При выявлении тех или иных сопутствующих соматических заболеваний назначались консультации специалистов и соответствующее лечение, которое проводилось в послеоперационном периоде. В целях профилактики осложнений и восстановления функции поврежденных сухожильно-связочных структур при обращении пациента с травмой проводились: оценка общего состояния пациента; оценка тяжести повреждения на основании уточнения механизма и времени получения травмы; оценка наличия признаков воспаления, нарушения чувствительности; определение объема активных и пассивных движений, а также данные рентгенография; КТ, МРТ, УЗИ и оценка характера предоперационной подготовки; составление плана оперативного лечения с учетом характера травмы и определение объема и последовательности оперативного вмешательства; выбор и способ пластики.
Результаты исследования биомеханических свойств ксеноперикарда в сравнении секционным материалом сухожилий человека
Исследование физико-механических характеристик ксеноперикарда необходимо для изучения структуры и свойства с целью применения материала в реконструктивных операциях сухожилий [Севастьянов В. И., Васин С. Л., Перова Н. В., 1999; Столяров М. С., 2008; Сиваконь С. В., 2012].
С целью выяснения возможности использования ксеноперикарда для пластики сухожилий были проведены эксперименты по исследованию сравнительной механической прочности секционного материала человеческого сухожилия и модифицированного ксеноперикарда.
Исследование выполняли в отделе биомеханики Образовательно-научного института наноструктур и биосистем ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского». Приведем определения понятий, используемых для характеристики деформативно-прочностных свойств тканей.
При изучении механических свойств промышленных и биологических материалов исследователи пользуются различной терминологией, заимствованной из физики, механики, теории сопротивления материалов [Обысов А. С., 1971; Беляев Н. М., 1976; Круглый М. М., Ярцев Ю. А., 1981; Феодосьев В. И., 1986; Винокуров Е. Ф. и соавт., 1988; Калмин О. В., 1997]. Так как одни и те же явления иногда называют разными терминами, возникают споры и делаются противоречивые выводы. В связи с этим целесообразно остановиться более подробно на некоторых терминах. 1. Прочность – способность материала противостоять действию внешних нагрузок, не разрушаясь. Она характеризуется величиной разрывной нагрузки и пределом прочности.
Разрывная нагрузка (общая или абсолютная прочность) – это наибольшее усилие до разрыва, выдерживаемое образцом. Она характеризует способность материала как целостного образования воспринимать действие внешних сил, не разрушаясь, выражается в г, кг/с или Н.
Предел прочности (разрывное или предельное напряжение) – это напряжение, приходящееся на квадратный миллиметр поперечного сечения образца при действии на него разрывной нагрузки. Это относительный показатель, который зависит от структурных особенностей материала. Предел прочности представляет собой отношение разрывной нагрузки к площади поперечного сечения образца, выражается в г/мм2, кг/мм2, Н/мм2 или МПа.
2. Растяжимость – это способность материала удлиняться вплоть до разрыва при действии постоянной или увеличивающейся растягивающей нагрузки. Растяжимость показывает, на какую часть первоначальной длины может быть растянут образец. Она определяется по величине относительного удлинения (максимальной относительной деформации), которое представляет собой отношение величины удлинения образца до разрыва к его первоначальной длине; выражается в процентах и не зависит от первоначальной длины образца.
3. Упругость – это свойство материала восстанавливать свою форму, объем и размеры после прекращения действия внешних сил. Но так как различные биологические ткани оказывают неодинаковое сопротивление упругой деформации, то эти различия можно представить, используя понятия эластичности и жесткости. Эластичность – это способность материала испытывать значительные упругие деформации при небольших усилиях. Способность сопротивляться образованию деформации называется жесткостью. Если материал при незначительных нагрузках испытывает большие упругие деформации, он эластичен, а если наоборот, значительная нагрузка вызывает малые деформации, – он жесткий. Эластичность и жесткость материала численно выражаются через модуль упругости первого рода (модуль Юнга, коэффициент жесткости), который представляет собой отношение предела прочности к величине относительного удлинения; выражается в МПа. Модуль Юнга характеризует способность материала сопротивляться растягивающей деформации и детерминируется его структурными особенностями. Чем выше значение модуля упругости, тем жестче материал, и наоборот, чем меньше модуль упругости, тем материал эластичнее; выражается в МПа [Калмин О. В., Николенко В. Н., Чучков В. М., 1997].
В ходе работы сравнивались механические свойства секционного материала сухожилий и образцов модифицированного ксеноперикарда.
Секционный материал стандартизировался по длине и диаметру поперечного сечения. Для исследования выбирались однородные по толщине образцы ткани модифицированного ксеноперикарда, толщина ткани определялась микрометром не менее чем в 10 точках. В исследование включены сухожилия с поперечным диаметром 4–5 мм. Длина исследуемой части образцов составила 6–7 см. Всего в исследование включено 40 образцов (таблица 3).
Исследуемые образцы ксеноперикарда представляли собой пластины толщиной 0,5-0,6 мм. Для репрезентативности высчитывали площадь поперечного сечения сухожилий по формуле S = p r2 (где p = 3,14; r – радиус поперечного сечения сухожилия), площадь составила 12,5–19,6 мм2, в среднем 16 мм2. Необходимую ширину образца ксеноперикарда рассчитывали по формуле B = s : a (где s – площадь поперечного сечения; а – толщина образца), ширина составила 25–30 мм. Пластины ксеноперикарда сворачивали в рулоны (40 образцов) с длиной исследуемой части 6–7 см. С целью выяснения возможности использования ксеноперикарда для пластики сухожилий был проведен эксперимент по исследованию сравнительной механической прочности человеческого сухожилия и ксеноперикарда. Таблица 3 – Сравнительные стандартизированные образцы модифицированного ксеноперикарда и секционного материала сухожилий человека
Образцы были разделены на две группы. В первой группе сравнивалась механическая прочность на разрыв с секционным материалом человека, во второй – на прорезывание с шовным материалом – по 40 шт. в каждой серии. Исследования проводились в диапазоне температур от 20 до 24 С.
Сотрудниками кафедры травматологии ортопедии и ВЭМ Медицинского института ПГУ и ООО «Кардиоплант» был разработан биоэндопротез из модифицированного ксеноперикарда, который представляет собой цилиндрический рулон (рисунок 4).
Исследование проводили на разрывных машинах INSTRON-3342 (в обычной среде) (рисунок 5) и INSTRON-5944 BIO PULS (с колбой для физиологической среды) с заданной постоянной скоростью 50 мм/мин (рисунок 6). Статистическая обработка данных выполнялась автоматически с помощью встроенного пакета прикладных компьютерных программ BLUEHILL-3 INSTRON.
