Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1 Методики остановки кровотечения при резекции почки
1.2 Биомеханические исследования в клинической медицине
1.3 Математическое моделирование в клинической урологии
Глава 2. Материалы и методы исследования
2.1 Экспериментальная часть исследования
2.1.1 Оборудование
2.1.2 Методика исследования деформационно-прочностных свойств тканей почки
2.1.3 Методика математического моделирования с использованием программного комплекса ANSYS
2.2 Клиническая часть исследования 48
2.2.1 Общая клиническая характеристика больных
2.2.2 Методы дооперационных клинических и инструментальных исследований и их характеристика
2.2.3 Статистические методы, применяемые в работе
2.2.4 Показания к резекции почки при опухолях почки
2.2.5 Показания при резекции почки при доброкачественных её заболеваниях
2.2.6 Распределение больных по анализируемым группам 2.2.7 Клиническая характеристика больных с единственной почкой
Глава 3. Результаты собственных исследований (экспериментальная часть)
3.1 Результаты изучения относительной деформации образцов тканей почки при одноосном растяжении
3.2 Результаты изучения усилия начала разрыва и значений модуля упругости образцов тканей почки при одноосном растяжении
3.3 Результаты построения конечно-элементной модели паренхимы зоны резекции почки и моделирования П-образных, непрерывных и модифицированных двойных гемостатических швов
3.3.1 Методика построения модели паренхимы почки с гемостатическими швами
3.3.2 Результаты математического моделирования давления нитей на паренхиму почки при их затягивании
3.3.3 Результаты математического моделирования деформации паренхимы почки в зоне резекции при использовании различных гемостатических швов
Глава 4. Результаты собственных исследований (клиническая часть) 93
4.1 Выполненные операции, их характеристика
4.1.1 Виды операций
4.1.2 Локализация патологического процесса взависимости от стороны поражения и группы больных
4.1.3 Длительность оперативного вмешательства иинтраоперационной ишемии в сравниваемых группах
4.2 Непосредственные результаты операций и осложненияближайшего послеоперационного периода
4.2.1 Частота неспецифических осложнений послеоперативного вмешательства в сравниваемых группах
4.2.2 Частота специфических осложнений всравниваемых группах и методы их лечения
4.3 Анализ различий между сравниваемыми группами,обусловленных техникой окончательного гемостаза
4.4 Применение экспериментальных данных для создания усовершенствованного способа уретерокаликостомии
Заключение 122
Выводы 128
Практические рекомендации 129
Список литературы 130
- Биомеханические исследования в клинической медицине
- Методика математического моделирования с использованием программного комплекса ANSYS
- Результаты изучения усилия начала разрыва и значений модуля упругости образцов тканей почки при одноосном растяжении
- Длительность оперативного вмешательства иинтраоперационной ишемии в сравниваемых группах
Введение к работе
Актуальность исследования. В настоящее время парциальную нефрэктомию выполняют при травме почки и множестве её заболеваний. Среди них - опухоль почки (Аляев Ю.Г., 2001); мочекаменная болезнь (Слуцкин И.М., 1971; Filmon C., 1975; Proca E., 1977; Cruz Guerra N.A., 2000; Довлатян А.А., 2002; Дзеранов Н.К., 2004); аномалии мочевыводящих путей (Piaggo L., 2006; Abouassaly R., 2007; Vedrine N., 2007); эхинококкоз и кисты почек (Filmon C., 1975; Haines J.G., 1977; Qureshi F., 2003); реноваскулярная гипертензия (Tash J.A., 2003; Ashley M.S., 2009); ксантогранулематозный пиелонефрит и нефротуберкулез (Filmon C., 1975; Айвазян А.В., 1982; Leoni F.A., 2009).
Частота послеоперационных кровотечений после резекции почки различна в зависимости от вида операции, применяемых методов гемостаза и характера патологии, по поводу которой была выполнена операция, и колеблется от 0,3 до 7,5% (Campbell S.C., 1998; Chan D., 2001; Матвеев В.Б., 2007; Магер В.О., 2007). При этом в 2,5% случаев возникает потребность в выполнении нефрэктомии, сопровождающейся 20%-ной летальностью (Казимиров В.Г., 2001; Матвеев В.Б., 2007).
Таким образом, совершенствование лигатурных способов гемостаза может снизить частоту послеоперационных кровотечений из почки и увеличить частоту органосохраняющего лечения при различной патологии почки.
В настоящее время данные о деформационно-прочностных свойствах органов достаточно широко используются в таких областях медицины, как ортопедия и травматология и сосудистая хирургия (Deng S.X., 1994; Бегун П.И., 2000; Афонин Д.Н., 2004; Бокерия Л.А., 2006). Исследований, посвящённых биомеханическим свойствам органов мочевой системы, гораздо меньше (Farshad M., 1999; Weinberg K., 2005), а в отечественной литературе они практически отсутствуют.
Изучение биомеханических свойств тканей почки является одним из путей совершенствования гемостатических швов, что может повысить их эффективность и снизить частоту послеоперационных кровотечений при парциальной нефрэктомии. Этот факт и определяет необходимость и актуальность исследования, его цели и задачи.
Цель исследования
Обосновать выбор гемостатического шва при резекции почки на основании экспериментального изучения деформационно-прочностных свойств тканей почки и опыта клинического применения лигатурных методов остановки кровотечения.
Задачи исследования
-
Разработать методику исследования деформационно-прочностных свойств тканей почки и выяснить показатели прочностных свойств образцов фиброзной капсулы, паренхимы и лоханки почки.
-
Построить конечно-элементную модель паренхимы почки в зоне её резекции с помощью программного комплекса ANSYS и смоделировать различные гемостатические швы. Изучить деформацию и степень сдавления паренхимы при наложении различных гемостатических швов.
-
Провести анализ частоты и характера осложнений резекций почки, выполненных с применением различных гемостатических швов, включая двойной узловой шов.
-
Усовершенствовать методику резекции почки при наложении уретерокаликоанастомоза, выполненных по поводу рецидивных протяжённых стриктур лоханочно-мочеточникового сегмента.
Научная новизна работы
Изучены биомеханические свойства тканей почки, получены нормативные значения модуля упругости тканей (модуля Юнга) для капсулы, паренхимы и лоханки почки.
Построена конечно-элементная модель паренхимы почки и наложенных гемостатических швов в зоне её резекции с использованием программного комплекса ANSYS.
Предложен двойной узловой гемостатический шов, применяемый при резекции почки, изучены его эффективность и опыт применения в хирургической практике.
На основании полученных экспериментальных данных предложен и апробирован в клинической практике новый способ уретерокаликоанастомоза, основанный на усовершенствованной методике резекции почки при наложении уретерокаликоанастомоза (Патент РФ №2467702).
Положения, выносимые на защиту
-
Разработанная методика исследования деформационно-прочностных свойств тканей почки на разрывной машине с вычислением биомеханических показателей, наиболее информативным из которых является модуль упругости (модуль Юнга), являющийся интегральным показателем деформационно-прочностных свойств тканей почки.
-
Для изучения эффективности и травматичности различных видов гемостатических швов необходимо использовать математическую модель, построенную с использованием значений модуля упругости, позволяющую оценить степень деформации и сдавления паренхимы в зоне резекции почки. По данным моделирования, наименьшая деформация и сдавление паренхимы почки наблюдаются при наложении двойного узлового шва; при использовании непрерывного шва происходят наибольшее сдавление и деформация тканей в зоне резекции.
-
Предложенный двойной узловой гемостатический шов в клинической практике позволяет сократить среднее время операции, среднее время интраоперационной ишемии, а также уменьшить частоту послеоперационных осложнений при резекции почки. При наложении «армирующего» шва на этапе резекции почки при уретерокаликостомии необходимо включать фиброзную капсулу и лоханку почки.
Реализация результатов работы
Результаты проведённых исследований внедрены в клиническую практику в клинике урологии КБ им. С.Р. Миротворцева Саратовского государственного медицинского университета и в урологических отделениях МУЗ ГКБ№8 г. Саратова. Материалы работы используются в учебном процессе при чтении лекций и проведении практических занятий для студентов старших курсов, клинических интернов и ординаторов на кафедрах урологии, детской хирургии и оперативной хирургии и топографической анатомии Саратовского государственного медицинского университета им. В.И. Разумовского.
Апробация работы и публикации
Основные положения и результаты диссертации были доложены и опубликованы на 70-й и 71-й межрегиональной научно-практической конференции студентов и молодых учёных с международным участием «Молодые учёные – здравоохранению» (Саратов, 2009 и 2010); VIII межрегиональной научно-практической конференции урологов Сибири «Инновационные технологии в урологии» (Омск, 2009); в материалах VI и VII Конгрессов Российского общества онкоурологов (Москва, 2011 и 2012); на I Всероссийской студенческой видеоконференции «Актуальные вопросы урологии» (Уфа, 2012); заседании Саратовского областного научного общества урологов (Саратов, 2013).
По теме диссертации опубликовано 11 научных работ, из них 3 в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ. Получены 2 удостоверения на рационализаторские предложения и патент РФ № 2467702.
Структура и объём диссертации
Диссертация изложена на 135 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырёх глав, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка использованной литературы. Работа иллюстрирована 18 таблицами, 15 рисунками и 10 фотографиями. Библиографический указатель содержит 164 источника, из них 36 отечественных и 128 иностранных авторов.
Биомеханические исследования в клинической медицине
Методики остановки кровотечения при резекции почки Учитывая значительное увеличение в последние годы количества резекций почки при различной патологии, особенно актуальными становятся вопросы обеспечение гемостаза во время операции и в послеоперационном периоде, так как осуществление гемостаза может занимать до 85% времени всей операции (Попов В.А., 2008).
Среди множества способов окончательного гемостаза принято различать несколько групп (Попов В.А., 2008): Физические способы гемостаза включают в себя большую группу методик. Во время резекции почки из физических способов применяют: электрокоагуляцию (Elashry O.M., 1997; Ong A.M., 2003; Sengupta S., 2001; Sundaram C.P., 2003), микроволновую (Fujimoto K., 2005; Hamasaki T., 2004; Matsui Y., 2002.; Satoh Y., 2005), радиочастотную (Gettman M.T., 2001), лазерную коагуляцию (Kubo S., 1984; Rosemberg S.K., 1985), ультразвуковой и водоструйный диссекторы (Попов В.А., 2008), а также аргоновые потоки (Кудрявцев Б.П., 1993).
Электрокоагуляция (как монополярная, так и биполярная) популярна в качестве метода остановки кровотечения при резекции почки. Основные достоинства методики: простота применения, доступность большинству хирургов, уменьшение продолжительности операции (Elashry O.M., 1997; Sengupta S., 2001; Sundaram C.P., 2003). Ong A.M. (2003) изучили возможность применения биполярного коагулятора при резекции нижнего полюса почки в эксперименте. Выявлены недостатки электрокоагуляции: в 17% случаев пришлось применить дополнительные методы гемостаза, зона коагуляционного некроза была не менее 2-4 мм., что может явиться причиной вторичных кровотечений и мочевых свищей. Главной проблемой электрокоагуляции является образование обширной зоны коагуляционного некроза, величину которого очень трудно проконтролировать, кроме того, с помощью электрокоагуляции невозможно обеспечить надежный гемостаз из сосудов более 1 мм в диаметре, а, в случае использования монополярной коагуляции, возможно ещё и повреждение электротоком тканей и органов, отдаленных от места оперативного вмешательства. Частично эти проблемы решает применение компьютер-контролируемой биполярной диатермической системы «LigaSure», которая позволяет значительно уменьшить зону некроза и коагулировать, по данным некоторых исследователей, сегментарные артерии почки (Sengupta S., 2001). Однако большого опыта применения «LigaSure» при резекции почки пока нет.
В литературе имеется достаточное количество публикаций, посвященных применению микроволнового коагулятора во время резекции почки (Fujimoto K., 2005; Hamasaki T., 2004; Matsui Y., 2002.; Satoh Y., 2005; Terai A., 2004; Iinuma M., 204; Yasui T., 2008; Itoh K., 2002; Furuya Y., 2003; Naito S., 1998; Yoshimura K., 2001). Fujimoto K. (2005) сообщили о резекции почки у 121 больного с использованием микроволнового коагулятора. Отмечено отсутствие влияния данной методики гемостаза на выживаемость и частоту рецидивирования опухоли в течение 5 лет наблюдения. С накоплением опыта выявились существенные недостатки методики. Hamasaki T. (2004) применили микроволновую коагуляцию вместе с наложением гемостатических швов и биологического клея у 11 пациентов с опухолью почки. Средний размер опухоли – 2,5 см, опухоль располагалась в нижнем полюсе и среднем сегменте почки. Зона коагуляции проводилась в 6-7 мм от края опухоли. Зона коагуляционного некроза составила 7-10 мм. Осложнения были в 8% - мочевой свищ. Matsui Y. (2002) использовали микроволновой коагулятор у 3 групп пациентов: 12 пациентам произведена краевая резекция почки, 8 пациентам – плоскостная резекция полюса почки, 12 больным 3 группы произведена резекция почки с предварительной перевязкой сегментарной артерии. Микроволновой коагулятор показал свою эффективность у больных 1 группы. Во 2 и 3 группе были высокие показатели кровопотери. Осложнения: в 47% мочевая фистула, 5,8% - инфаркт почки у пациентов с предварительной перевязкой сегментарной артерии. Nanri M. (2009) сравнивали повреждение почечной паренхимы в двух группах больных – у 11 пациентов с использованием микроволнового коагулятора и 2 группы с традиционной резекцией почки с гемостатическими швами. Выявлено достоверное отличие числа клеток почечной паренхимы, подвергшихся апоптозу у пациентов с применением микроволнового коагулятора (в среднем 421 на 1000 клеток). В случае традиционной резекции с применением холодовой ишемии среднее число таких клеток составило 286 на 1000 клеток.
Satoh Y. (2005) использовали микроволновой коагулятор при резекции почки по поводу опухоли средним размером 1,5 см. оценивалась величина функционирующей паренхимы через месяц после операции. Потеря функционирующей паренхимы составила от 4 до 10%. Таким образом, недостатками метода являются большая зона коагуляционного некроза (до 10 мм), низкая эффективность остановки кровотечения из сосудов диаметром более 1 мм и относительно высокая частота мочевых свищей. Одним из специфических осложнений данной методики гемостаза является образование после операции стриктуры верхней трети мочеточника или лоханочно-мочеточникового сегмента (Harabayashi T., 2003).
Применение микроволнового коагулятора рекомендуется при резекции краевых опухолей почки диаметром до 2 см, расположенных на возможно большем удалении от полостной системы почки. Некоторые авторы вообще не рекомендуют применение микроволнового коагулятора при резекции почки (Okaneya T., 2003). В последнее десятилетие в зарубежной литературе появилось большое количество публикаций, посвященных применению во время парциальной нефрэктомии радиочастотной коагуляции (РЧ-коагуляции) (Sprunger J., 2005; Yao P., 2008; Pareek G., 2005; Zeltser I.S., 2008; Herrell S.D., 2005; Salagierski M., 2008; Corwin T.S., 2001; Urena R., 2004). Преимуществом метода является, по мнению ряда авторов, уменьшение зоны коагуляционного некроза, по сравнению с электрокоагуляционными методиками, а также высокая эффективность при коагуляции сосудов малого диаметра и уменьшение интраоперационной кровопотери (Coleman J., 2007; Zeltser I.S., 2008; Ilbeigi P., 2005; Seckiner I., 2006). Coleman J. (2007) сообщили о применении РЧА во время 20 резекций почки с хорошими непосредственными результатами, зона некроза составила 3 мм. Кроме того, авторы производили экспериментальное сравнение зоны некроза при РЧ-коагуляции и стандартной биполярной электрокоагуляции; при РЧ-коагуляции она была 4 мм, при электрокоагуляции – 7 мм. Sprunger J. (2005) изучали в эксперименте эффективность и влияние на ткани РЧ-коагуляции во время резекции почки. Выявлены хорошие гемостатические характеристики метода. Ширина зоны некроза составила 2-3 мм, однако явления дистрофии были выявлены в 6-8 мм от зоны операции, что вероятнее всего объясняется воздействием высокой температуры
Методика математического моделирования с использованием программного комплекса ANSYS
Биомеханические исследования в клинической медицине Биомеханика – это раздел естественных наук, изучающий механические свойства живых тканей, отдельных органов и систем, или организма в целом, а также происходящие в них механические явления. (Пуриня Б.А., 1980) Работы по биомеханике известны уже в течение нескольких десятилетий, однако «второе дыхание» эта отрасль науки получила в 90-ые годы прошлого века в связи с широким внедрением компьютерной техники. Это позволило значительно повысить точность измерений и открыло путь к дальнейшему математическому моделированию исследуемых органов.
Исторически лучше всего изучены биомеханические свойства крупных сосудов и опорно-двигательного аппарата, широкомасштабное исследование которых производится как в нашей стране так и за рубежом. (Deng S.X., 1994; Бокерия Л.А., 2006; Бегун П.И., 2000; Афонин Д.Н., 2004) Так, в работе Бокерия Л.А. (2006) исследуются механические свойства сонных артерий в норме и при патологии, а также синтетических материалов, применяемых при протезировании сосудов сино-каротидной зоны.
В течение нескольких последних лет появились качественно новые работы по исследованию биомеханики и математическому моделированию межкишечных анастомозов. В работе Городкова С.Ю. (2007) исследованы механические свойства кишечной стенки новорождённых и наложенных межкишечных анастомозов. Автор обосновал свою модификацию соустья, показал перспективность исследований в данном направлении и рекомендует использование биомеханических данных в процессе моделирования анастомоза, особенно при несовпадении диаметров соединяемых петель кишечника. Подробно механические свойства органов желудочно-кишечного тракта изучены Егоровым В.И. (2002), которые изучили более одной тысячи экспериментальных образцов, что позволило дать детальные рекомендации практическим хирургам при наложении межкишечного соустья.
В зарубежной литературе известны работы, посвящённые изучению механических свойств почек. Одной из первых была статья Herbert L. (1976) Авторы для исследования механических свойств фиброзной капсулы почки собаки использовали следующие показатели: модуль упругости, коэффициент жесткости, предел прочности и максимальное напряжение. Было показано, что модуль упругости почечной капсулы существенно больше такового аорты собаки. Жесткость капсулы в передне-заднем направлении примерно на 50% больше чем в направлении полюсов. Такая же разность показателей характерна для предела прочности. Таким образом, спонтанные разрывы возможны только в продольном направлении.
Snedeker J. (2005) сравнивал деформационно-прочностные свойства капсулы почки человека и домашней свиньи и пришёл к выводу о возможности замещения в экспериментах человеческой почки свиной ввиду идентичных их механических свойств. Кроме того, выявлено, что скорость деформации также влияет на механические свойства, так при скорости более 4 см/сек происходит резкое нарастание деформации органа. Farshad M. (1999) изучал реакцию почки на травму с точки зрения биомеханики. Изучалась деформация почки под влиянием сил сжатия-растяжения. Выявлено, что разрыв органа начинается при его растяжении на 30%, а макроскопически выраженным он становится при растяжении на 50% и более.
Математическое моделирование в клинической урологии. Математическое моделирование — это процесс построения и изучения математических моделей. Под математическим моделированием понимают процесс установления соответствия данному реальному объекту некоторого математического объекта, называемого математической моделью, и исследование этой модели, позволяющее получить характеристики рассматриваемого реального объекта.
Математическая модель — это совокупность математических соотношений, уравнений, неравенств, описывающих основные закономерности, присущие изучаемому объекту, процессу или системе. Вид математической модели зависит как от природы реального объекта, так и от задач исследования объекта и требуемой достоверности и точности решения этой задачи. (Севостьянов А.Г., 1984; Советов Б.Я., 2001). В связи с развитием компьютерной техники сфера применения математического моделирования в практической медицине значительно расширилась.
Одним из методов математического моделирования является метод конечных элементов (МКЭ). Суть его видна из названия и состоит в следующем. Область моделирования разбивается на некоторое количество подобластей, каждую из которых можно описать простым дифференциальным уравнением. В дальнейшем с помощью компьютерной программы выполняется решение системы полученных простых уравнений и выдаётся суммированный конечный вариант. Основным преимуществом метода конечных уравнений является возможность его применения для моделирования обладающих сложной геометрией и большой индивидуальной изменчивостью объектов, характерными представителями которых являются внутренние органы человека. Поэтому МКЭ широко применяется для математического моделирования внутренних органов человека и физиологических процессов, протекающих в них.
МКЭ также широко применяется для математического моделирования патологических процессов в почках и методов их хирургической коррекции. В настоящее время целесообразно выделить следующие направления применения МКЭ в хирургии почек: моделирование зоны коагуляционного некроза при применении микроволновой и криохиругии (Ahmed M., 2008; Haemmerich D., 2010; He X., 2005; Meyer M., 2007; Schmidlin F., 2001); моделирование процессов повреждения почек при их травме (Scmitt K., 2006; Snedeker J., 2007; Weinberg K., 2005); изучение влияния дистанционной литотрипсии на паренхиму почки (Tham L., 2007; Weiberg K., 2009); прогнозирование прогрессии опухолевой ткани в почке (Fei B., 2006); усовершенствование лучевых методов диагностики заболеваний почек (El-Baz A., 2006). Остановимся подробнее на каждом из указанных направлений.
Результаты изучения усилия начала разрыва и значений модуля упругости образцов тканей почки при одноосном растяжении
Нами производилось сравнение усилий начала разрыва среди всех образцов. Критерий Манна-Уитни для групп «капсула-лоханка» составил р = 0,0001, для групп «лоханка-паренхима» также р = 0,0001. В то же время оказались недостоверными различия усилия начала разрыва при сравнении «капсула-паренхима» (р = 0,079). Обращает на себя внимание некоторое «противоречие» полученных данных: самый большой модуль упругости оказался у капсулы, а большее среднее усилие начала разрыва имелось у лоханки почки. Объясняется это тем, что в расчётах усилия начала разрыва не учитывалась средняя толщина образца, которая для капсулы почки составила, по данным литературы, 0,05 мм, а для лоханки – 4 мм. Иная картина складывается при применении для изучения деформационно-прочностных свойств тканей почки модуля Юнга. Критерий Манна-Уитни при сравнении «капсула–лоханка» составил р= 0,001, при сравнении «лоханка-паренхима» оказался равным р= 0,0001. При сравнении пары значений модуля Юнга «капсула –паренхима» получены достоверные различия результатов (р= 0,001).
В литературе дискутируется вопрос о необходимости использования модуля Юнга в исследованиях деформационно-прочностных свойств органов и тканей ввиду сложности его вычисления. Ряд авторов считает достаточным использование в расчетах только значений усилия начала разрыва (Егоров В.И., 2012). При этом не учитывается толщина образцов, что является приемлемым либо для однородных тканей (например, апоневроз), либо для органов, биомеханические свойства которых определяются одним слоем тканей (стенка кишечника). В случае же почки очевидно, что основу биомеханики органа определяют две составных его части: фиброзная капсула и лоханка, обладающие значительными различиями в толщине. Поэтому в данном случае, на наш взгляд, для изучения биомеханических свойств и построения в дальнейшем математической модели органа целесообразно использовать модуль упругости (модуль Юнга).
Методика построения конечно-элементной модели зоны резекции почки была разделена нами на несколько этапов и заключалась в следующем: Шаг 1. Предварительная постановка задачи. Цель нашего расчета – построение математической модели паренхимы зоны резекции почки. Базовая форма модели – упрощённая трехмерная модель паренхимы (параллелепипед, длина, ширина и высота которого по 5 сантиметров). В целях упрощения расчётов и повышения достоверности результатов было принято решение для создания модели использовать только биомеханические данные паренхимы почки, ввиду того, что именно она является самой хрупкой и легко травмируемой на операции частью почки. Шаг 2. Создание и импорт геометрии модели.
Геометрия модели была построена в программном комплексе ANSYS и в программном комплексе для трехмерного проектирования SolidWorks путём построения базовой формы модели, параметры которой указаны в пункте 1. Кроме того, моделировались накладываемые гемостатические швы, в частности П-образный, модифицированный двойной и непрерывный. Все размеры указаны в миллиметрах. Результат созданной геометрии модели зоны резекции почки представлен на рисунке 4. Геометрическая модель зоны плоскостной резекции почки с наложенным П-образным швом Шаг 3. Создание таблицы атрибутов элементов. В программном комплексе ANSYS указывался тип элемента, свойства паренхимы почки.
Для нашей трехмерной задачи подходит элемент SOLID185. Он определяется узлами, имеющими три степени свободы в каждом узле: перемещения в направлении осей X, Y и Z узловой системы координат. Элемент имеет свойства пластичности, гиперупругости, изменения жесткости при приложении нагрузок, ползучести, больших перемещений и больших деформаций.
Далее задаются свойства материала: модуль Юнга для паренхимы. Шаг 4. Создание узлов и элементов (разбиение на сетку) на основе геометрической модели. Полученная модель разбивается на конечное число элементов. Элемент SOLID185 определяется восемью узлами. В этих узлах решаются системы уравнений. Шаг 5. Добавление уравнений ограничений.
Добавление граничных условий: зона наложения нитей; применение усилий к нити, как моделирование затягивания гемостатического шва на операции; допущение сжатия модели. Шаг 6. Получение результатов расчётов. По итогам исследования построена математическая модель паренхимы зоны плоскостной резекции почки. Рисунок 5. Конечно-элементная модель зоны плоскостной резекции с наложенными П-образными швами Результаты математического моделирования давления нитей на паренхиму почки при их затягивании
Для изучения степени сдавливания паренхимы почки при затягивании гемостатического шва во время её резекции нами было создано 3 различных конечно-элементных модели с наложенными П-образным, непрерывным и модифицированным двойным узловым швом. В качестве эквивалента затягивания нитей к ним прикладывалась сила равная 1 Н. При этом величина силы затягивания шва была изучена ранее некоторыми авторами. (Городков С.Ю., 2007г.) Принципиальным моментом считаем прикладывание одинаковой силы в 1 Н во всех трёх моделях, чтобы иметь в дальнейшем возможность сравнения полученных результатов. Толщина нити в модели равнялась 0,2 мм.
Результаты моделирования представлены в графическом виде, степень сдавления паренхимы изображена с помощью цветовой гаммы: степень сдавления возрастает при смещении цветового спектра от синего к красному. При этом синему цвету соответствует зона наибольшего разряжения, а красному – зона наибольшего сдавления паренхимы почки. Зелёным изображена зона паренхимы без сдавления. На рисунке 6 изображена математическая модель сдавления паренхимы почки наложенным непрерывным швом. . Сдавление паренхимы почки в зоне резекции при наложении непрерывного шва
Длительность оперативного вмешательства иинтраоперационной ишемии в сравниваемых группах
В настоящее время парциальную нефрэктомию выполняют при травме почки и множестве её заболеваний. Среди них: опухоль почки (Аляев Ю.Г., 2001 и др.), мочекаменная болезнь (Дзеранов Н.К., 2004; Довлатян А.А., 2002; Слуцкин И.М., 1971; Cruz Guerra N.A., 2000; Filmon C., 1975; Proca E., 1977), аномалии мочевыводящих путей (Abouassaly R., 2007; Piaggo L., 2006; Vedrine N., 2007), эхинококкоз и кисты почек (Filmon C., 1975; Haines J.G., 1977; Qureshi F., 2003), реноваскулярная гипертензия (Ashley M.S., 2009; Tash J.A., 2003), ксантогранулематозный пиелонефрит и нефротуберкулез (Filmon C., 1975; Leoni F.A., 2009; Айвазян А.В., 1982). Предложены различные методы окончательной остановки кровотечения из паренхимы почки, но основным, до настоящего времени, остаётся лигатурный метод, применяемый как изолированно, так и в комплексе с другими методиками. (Domnguez Esteban M., 2009; Simon S.D., 2003)
Частота послеоперационных кровотечений после резекции почки различна в зависимости от вида операции, применяемых методов гемостаза и характера патологии, по поводу которой была выполнена операция, и колеблется от 0,3 до 7,5%. (Матвеев В.Б., 2007; Магер В.О., 2007; Chan D., 2001;Campbell S.C., 1998) При этом в 2,5% случаев возникает потребность в выполнении нефрэктомии, сопровождающейся 20% летальностью (Казимиров В.Г., 2001; Матвеев В.Б., 2007).
Таким образом, совершенствование лигатурных способов гемостаза может снизить частоту послеоперационных кровотечений из почки и увеличить частоту органосохраняющего лечения при различной патологии почки.
Биомеханика в настоящее время представляет собой динамично развивающееся междисциплинарное направление в науке, а появление новых цифровых и компьютерных технологий, математического моделирования открывает новые горизонты перед ней. В отечественной литературе практически отсутствуют исследования, направленные на изучение биомеханических свойств почки и математическое моделирование наложенных на паренхиму почки кровоостанавливающих швов. Между тем, такое изучение является одним из путей совершенствования хирургической техники, что может снизить частоту послеоперационных кровотечений при парциальной нефрэктомии. Этот факт и определяет необходимость и актуальность исследования, его цели и задачи.
В ходе клинической части исследования изучались две группы пациентов, которым была выполнена резекция почки по различным показаниям. Обе группы пациентов, анализируемая (N= 28) и сравнения (N=49) были сравнимы по половозрастной структуре, сопутствующим осложнениям, стороне операции и локализации патологического процесса в оперируемом органе и другим признакам. Отличия между группами заключались в способах окончательного гемостаза: у пациентов анализируемой группы для окончательной остановки кровотечения использовался модифицированный гемостатический двойной лигатурный шов, у больных группы сравнения для этих целей использовали стандартные П-образные швы.
По нашему мнению, признаком, характеризующим техническую простоту наложения гемостатического шва, является время интраоперационной ишемии. В группе пациентов с применением модифицированного двойного шва время интраоперационной ишемии колебалось от 10 до 40 минут в интермиттирующем режиме, составив в среднем 20 минут. В группе же сравнения этот показатель варьировал от 10 до 46 минут, составив в среднем 25 минут. При оценке достоверности различий между группами по данному показателю получено р = 0,026.
Признаками же, характеризующими эффективность наложенного шва, являются частота ранних послеоперационных кровотечений из оперированной почки и время оперативного вмешательства. В группе больных с модифицированным двойным лигатурным швом длительность оперативного вмешательства колебалась от 50 до 160 минут и составила в среднем 95 минут. В группе же сравнения длительность операции была значительно больше: среднее значение составило 123 минуты, колебания от 70 до 180 минут. Таким образом, при применении модифицированного двойного лигатурного шва средняя длительность операции была на 28 минут меньше, чем при применении стандартных лигатурных методов окончательного гемостаза. При оценке достоверности различий между группами по данному показателю получено значение р = 0,004. Ранних послеоперационных кровотечений у наших больных обеих групп не было. Встретилось только 4 случая поздних кровотечений из оперированного органа, что составило 5% от общего числа больных.
Основными факторами, способствующими развитию послеоперационных кровотечений из почки, являются: наличие сопутствующей ХПН и сердечнососудистой патологии, длительность оперативного вмешательства более 2 часов, ранее перенесённые вмешательства на оперируемом органе либо стадия опухоли Т3 и выше. При неэффективности консервативной терапии, основным методом лечения кровотечений из оперированной почки следует признать ангиографию с селективной эмболизацией кровоточащего сосуда.
В ходе экспериментальной части исследования исследованы деформационно-прочностные свойства паренхимы, лоханки и фиброзной капсулы почки, сравнивались полученные значения. Среди признаков, характеризующих биомеханические свойства тканей почки, были следующие: величина относительной деформации тканей, усилие начала разрыва тканей, модуль упругости (модуль Юнга).
Средняя относительная деформация для фиброзной капсулы составила 81,9%, для паренхимы почки 90,2%, а для образцов лоханки 83,1%. Различия средних значений относительной деформации оказались недостоверными при сравнении средних значений для капсулы и лоханки почки, об этом свидетельствует вычисленный U-критерий Манна-Уитни, который составил в паре «капсула- лоханка» - значение р равное 0,675, в парах же «капсула-паренхима» и «лоханка – паренхима» различия оказались достоверными. U-критерий для пары «капсула- паренхима» составил достоверное отличие при р= 0,002, а при сравнении средних значений образцов лоханки и паренхимы почки - р=0,001. Таким образом, при растяжении образцов наиболее хрупкими и ригидными оказались образцы паренхимы почки.
Производилось сравнение усилий начала разрыва среди образцов паренхимы, фиброзной капсулы и лоханки почки. Критерий Манна-Уитни для групп «капсула-лоханка» составил р = 0,0001, для групп «лоханка-паренхима» значение р аналогично и составило 0,0001. В то же время оказались недостоверными различия усилия начала разрыва при сравнении «капсула-паренхима» (р = 0,079). Обращает на себя внимание некоторое «противоречие» полученных данных: самый большой модуль упругости оказался у капсулы, а большее среднее усилие начала разрыва имелось у лоханки почки. Объясняется это тем, что в расчётах усилия начала разрыва не учитывалась средняя толщина образца, которая для капсулы почки составила, по данным литературы, 0,05 мм, а для лоханки – 4 мм.
Иная картина складывается при применении для изучения деформационно-прочностных свойств тканей почки модуля Юнга. Критерий Манна-Уитни при Юнга «капсула –паренхима» получены достоверность полученных различий сомнений не вызывала (р= 0,001 во всех случаях).
На основании полученных данных о деформационно-прочностных свойствах почки представилось возможным создать математическую модель паренхимы почки в зоне её резекции, а также смоделировать давление, оказываемое при затягивании различных кровоостанавливающих швов. Построение математической модели производилось с помощью метода конечных элементов.
