Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Обзор литературы 12
1.1. Реконструктивные операции на трахее 12
1.2. Синтетические протезы трахеи 19
1.3. Сетчатые протезы 22
Заключение обзора литературы. 25
Глава II. Материалы и методы исследования 28
2.1. Дизайн исследования 28
2.2. Техника выполнения оперативного вмешательства 30
2.3. Техника выполнения операции по замещению дефектов трахеи различного объема лавсановым протезом 32
2.4. Техника выполнения операции по замещению циркулярного дефекта трахеи протезом оригинальной конструкции 34
2.5. Описание средств, приборов, оборудования и методики проведения экспериментов по исследованию механических свойств трахеи и эндопротеза 38
2.6. Методы исследования 41
Глава III. Сравнительное исследование физико-механических свойств трахеи и эндопротеза 45
Глава IV. Результаты исследования при протезировании дефектов трахеи различного объема лавсановым протезом 51
- Серия №1 (моделирование окончатого дефекта площадью 1,5х1,5 см) 51
-Серия №2 (замещение дефекта хрящевых полуколец трахеи площадью 4х1,5 см) 57
-Серия №3 (замещение циркулярного дефекта) 71
Глава V. Результаты исследования при протезировании циркулярных дефектов трахеи армированным протезом 84
- Серия №1 (2 недели экспозиции протеза в тканях животного) 87
- Серия №2 (4 недели экспозиции протеза в тканях животного) 96
- Серия №3 (8 недель экспозиции протеза в тканях животного) 102
Обсуждение результатов собственных исследований 111
Выводы 121
Практические рекомендации 122
Указатель литературы 124
- Синтетические протезы трахеи
- Техника выполнения операции по замещению дефектов трахеи различного объема лавсановым протезом
- Серия №1 (моделирование окончатого дефекта площадью 1,5х1,5 см)
- Серия №3 (8 недель экспозиции протеза в тканях животного)
Синтетические протезы трахеи
Все протезы трахеи представляют собой трубчатые конструкции, предназначенные для связи организма с окружающей средой и обеспечивающие дыхательную и голосообразуюшую функции. Все виды протезов можно разделить на съёмные (многоразового использования) и постоянные, которые фиксируются в просвете полого органа и извлекаются после окончания лечения. В качестве материалов для замещения дефектов трахеи в различные годы использовались неорганические вещества, а также их комбинации с биологическими тканями [56, 115].
С развитием физики, химии, биохимии в реконструктивной хирургии трахеи стали использоваться такие материалы, как красный каучук, акрилаты, пластмасса, тефлон, стиакрил и др. [3, 46].
В случае имеющегося дефекта трахеи в двух плоскостях В.А. Целищев и др. успешно применяли протез из никелидтитанового сплава, обладающего памятью формы. Из его достоинств были отмечены адекватная трахее каркасная функция, инертность, способность принимать приданную ему форму при температуре тела человека. Конструкция представляет собой 4-х угольную перфорированную, согнутую под углом 70-80 град. пластину постоянной толщины 0,6мм. При этом протез изготавливался заранее, в полном соответствии с удаляемой частью трахеи [124].
Особое место занимают трубчатые протезы из силикона. Непрекращающийся поиск материала для пластики дефектов гортани и трахеи определил преимущество Т-образной трубки из силикона [147]. Применение её в клинике показало высокую биологическую инертность материала, а так же хорошие результаты операции, эффективность и безопасность данной методики [58, 62].
Выпускаемые в США фирмой «Dow Corning» с середины 60-х годов и в СССР с конца 80-х годов дыхательные трубки из силиконовой резины с фиксационными манжетами, соответственно, из дакронового велюра и лавсанового полотна, после экспериментальной апробации с определенным успехом используются в клинике [125]. Однако и их конструкция имеет ряд недостатков (ограниченность фиксации, непрорастание стенок соединительной тканью и др.), требующих дальнейшего совершенствования данной методики. Разработанные протезы не решают проблемы замещения обширных дефектов трахеи и главного бронха, возникающих вследствие пульмонэктомии с резекцией бифуркации трахеи, выполненной, как правило, по поводу рака легкого.
Большее распространение получил марлекс. Использованию марлекса в востановительных операциях способствовали такие его качества, как инертность к тканевым жидкостям, отсутствие выраженной воспалительной реакции, а также память формы. Однако, по данным В.Г. Зенгера, лишь прорежение на 1/2-2/3 марлексовой сетки можно использовать в качестве каркаса для замещения дефекта трахеи.
В клинической практике предпринимались попытки создания стенок гортани и трахеи, используя пластинки НМАСС-12, капроновую сетку, тантал, полипропилен. Анализ отдаленных результатов наблюдений от 2-х до 15-ти лет показал отторжение материалов в связи с развитием воспалительного процесса и нагноения.
Применение различного рода трубчатых протезов из-за травмирования слизистой приводит к постоянному формированию грануляционной ткани и стенозированию трахеи, а также осложняется пролежнями, кровотечениями, перфорацией, формированием трахео-пищеводных свищей, гнойно-воспалительных процессов [63].
Для достижения положительных результатов при протезировании дефектов трахеи синтетическими протезами необходимо выполнить три основные задачи:
1) учитывать не только химические, но и физико-механические характеристики трансплантата, в зависимости от места и цели его применения в организме;
2) мобилизовать возможности организма к регенерации и компенсации функций;
3) направить процессы регенерации в нужное русло и защитить формирующиеся ткани от воздействия агрессивных сред.
Следует подчеркнуть необходимость индивидуального протезирования и учета компенсаторных реакций у пациента, которые вырабатываются при помощи проводимой специальной терапии на функциональной основе, а также различных медикаментозных средств и физических методов лечения.
Обязательными требованиями, предъявляемыми к протезам, должны быть: отсутствие токсичности, их инертность к внутренним средам организма, а также достаточная эластичность. Немаловажная роль принадлежит высокой самоочищаемости.
В связи с тем, что использование трубчатых протезов для замещения дефектов трахеи оказалось неудачным, поиски оптимального способа и материала для реконструкции трахеи были направлены на испытание сетчатых протезов, а также их комбинаций с биологическими тканями 1.3. Сетчатые протезы
В настоящее время сетчатые протезы нашли широкое применение в ненатяжной герниопластике. Причиной выбора именно этого способа является способность сетчатого протеза прорастать собственной тканью. Сочетание сетчатого протеза и вновь сформированной соединительной ткани является оптимальным вариантом замещения дефектов брюшной стенки, в силу своих каркасных свойств и низкой антигенной активности [22].
Протезы различаются по применяемому материалу (полипропилен, полиэфиры, политетрафторэтилен и др.), характеру нитей (монофиламентные и полифиламентые), количеству используемого материала, толщине, текстуре поверхности, прозрачности и электропроводным качествам, по величине пор или ячеек [31].
Наиболее распространенными в настоящее время материалами являются полипропиленовые эндопротезы, протезы из политетрафторэтилена, поливинила, полиамида, полиэфира, полиглактина 910, полигликолевой кислоты [132].
Сетки из политетрафторэтилена (РТРЕ, Соге-Тех) отличаются от других минимальным размером пор и имеют вид пленок. После имплантации пленка не прорастает соединительной тканью и прочно не фиксируется. Размер пор (20-25 мкм) способствует попаданию в них микроорганизмов (размер стафилококка — 1 мкм), в то же время делает невозможным проникновение макрофагов (диаметр 18-35 мкм) и лейкоцитов (диаметр 15-20 мкм). Такая особенность способствует низкой устойчивости трансплантата к инфекции из-за значительного затруднения фагоцитоза внутри протеза, вследствие чего при инфицировании сетка должна непременно удаляться. Чтобы избежать названных отрицательных качеств, промышленность начала выпускать сетки с большими порами. В последние годы начато изготовление так называемых двойных сеток, у которых с одной стороны микропоры до 3 мкм, а с другой — 22 мкм. Преимуществом РТРЕ является отсутствие спаечного процесса в брюшной полости при интраперитонеальном его размещении. Хотя механическое испытание на прочность данных эндопротезов дает удовлетворительные результаты, с годами появляются признаки биодеградации материала [132].
Техника выполнения операции по замещению дефектов трахеи различного объема лавсановым протезом
Эксперименты выполнены на трех сериях опытов: в первой — моделировали окончатый дефект передней части двух полуколец трахеи (1,5x1,5 см) с последующим протезированием лавсановым протезом, протез фиксировали простыми узловыми атравматическими швами к кольцевидной связке (рис. 1 а, б).
Во второй серии моделировали дефект двух хрящевых полуколец трахеи (4x1,5 см) с сохранением мембранозной части. Лавсановый протез фиксировали к мембранозной части трахеи обвивным непрерывным атравматическим швом с обеих сторон (рис. 2) и простыми узловыми атравматическими швами к кольцевидной связке (рис. 3).
Совместно с фирмой ООО «Линтекс» (г. Санкт-Петербург) был разработан протез для замещения циркулярных дефектов трахеи и техника выполнения оперативного вмешательства.
Протез представляет собой часть полипропиленового сетчатого полотна. Формоустойчивость обеспечивает комбинированное переплетение, при этом остовы петель образованы из двух систем нитей. Цельновязаные края, образованные замкнутыми петлями из одной системы нитей, позволяют исключить операцию раскроя полотна, тем самым предотвращают осыпание фрагментов нитей и придают устройству атравматичность и мягкость. Дополнительно протез укреплён меандровой полипропиленовой спиралью.
Термическая обработка при температуре 150-160 С в течение 10-12 минут закреплённого на политетрафторэтиленовой оправке устройства обеспечивает ему устойчивую трубчатую форму.
Основные характеристики устройства для замещения циркулярных дефектов трахеи приведены в таблице 3.
Разделительная плёнка из полипропилена толщиной 0,05-0,07 мм.
Проведены 3 серии опытов по замещению циркулярных дефектов трахеи подготовленным протезом в 2 этапа. На первом этапе устанавливали вокруг трахеи разделительную плёнку, сверху которой устанавливали протез (рис. 5, 6). На втором этапе замещали циркулярный дефект трахеи подготовленным протезом. В 1-ой серии: экспозиция протеза 2 недели; во 2-ой серии: экспозиция протеза 4 недели; в 3-ей серии: экспозиция протеза 8 недель. Всех животных выводили из эксперимента через 1, 2, 4 недели после замещения На втором этапе (через 2, 4 и 8 недель) после выполнения оперативного доступа извлекали разделительную плёнку и выполняли циркулярную резекцию участка трахеи, расположенного под протезом (рис. 7). Формировали анастомозы между подготовленным протезом и проксимальным и дистальным концами трахеи (рис. 8). При проведении экспериментальных исследований были использованы специальные стенды, разработанные на кафедре теоретической механики и мехатроники ЮЗГУ. Разработанные стенды позволяют производить два типа экспериментальных исследований – испытания на растяжение в осевом направлении и испытания на сжатие в радиальном направлении. Под «испытаниями на растяжение в осевом направлении» здесь и далее понимаем экспериментальное исследование, целью которого является получение данных об изменении геометрических свойств образца при воздействии на него силы в осевом направлении, в том числе изучение остаточных деформаций. Под «испытаниями на сжатие в радиальном направлении» здесь и далее понимаем экспериментальное исследование, целью которого является получение данных об изменении геометрических свойств образца при воздействии на него силы в радиальном направлении, в том числе изучение остаточных деформаций. В обоих случаях сила прикладывалась в виде некоторой распределенной нагрузки к участку поверхности образца.
Стенд, используемый для проведения испытаний на растяжение в осевом направлении (рис. 9), состоит из следующих элементов: станины, фиксаторов опытного образца, линейной передачи, преобразующей вращение входного вала механизма в поступательное движение исполнительного звена, на котором закреплён один из фиксаторов опытного образца, связанный с исполнительным звеном через упругий элемент. Источником вращения входного вала может быть управляемый сервопривод; также возможна ручная регулировка положения вала. Измерение удлинения образца можно производить, используя лазерный
Стенд, используемый для проведения испытаний на сжатие в радиальном направлении (рис. 10), состоит из следующих элементов: станина, панель установки опытного образца, линейного электропривода, блока управления электроприводом. На штоке электропривода установлена контактная панель, перемещение которой деформирует опытный образец. В качестве линейного электропривода используется мехатронный модуль, в состав которого входят электродвигатель постоянного тока, шарико-винтовая передача и концевые выключатели. Управление электродвигателем осуществляется с помощью драйверной схемы, управляемой микроконтроллером.
Серия №1 (моделирование окончатого дефекта площадью 1,5х1,5 см)
При анализе клинической картины у животных после протезирования дефектов трахеи различного объема лавсановым протезом таких осложнений, как гематома, серома, эмфизема, несостоятельность швов трахеи и абсцесс не наблюдалось. После операции все животные первой сери выжили, животные второй серии умерли через 16-20 недель после операции. Со вторых - третьих суток собаки проявляли активность. У животных второй и третьей серии отмечался кашель со вторых - третьих суток после операции, который сохранялся до момента выведения из эксперимента. Характер послеоперационных осложнений и смертность животных представлены в таблице 8.
- Серия №1 (моделирование окончатого дефекта площадью 1,5х1,5 см)
При трахеоскопии и макроскопии (на аутопсии) животных первой серии экспенимента у всех животных через 2, 4, 8 недели после операции наблюдали эпителизацию поверхности протеза со стороны просвета трахеи. У животных этой серии процесс обрастания тканями стенки трахеи заканчивался к 14 суткам (рис. 14, 15).
На противоположной стороне протеза степень пространственной организации элементов капсулы выше. Здесь не только снижается видимая плотность клеточных элементов в клеточном слое капсулы, но и более наружной её части можно отметить упорядочивание пучков коллагеновых волокон, которые приобретают продольное направление (рис. 16).
С увеличением срока наблюдения до 28 суток наиболее выраженные изменения обнаруживаются на адлюминальной поверхности протеза: на периферии зоны окончатого дефекта поверх РВСТ, покрывающей сам протез, появляется узкая полоса вновь образованного эпителия за счёт пролиферации камбиальных клеток, окружающих зону дефекта, сохранившихся участков многорядного эпителия (рис. 18).
РВСТ, образующая СПС представляет собой ткань, где преобладают клеточные элементы фибробластического ряда. Тем не менее, в участках, не покрытых эпителием, отмечается большое количество ПЯЛ и лимфоцитов (рис. 19, табл. 9). Дальнейшее увеличение срока наблюдения до 8 недель не приводит к каким-либо принципиальным отличиям. Так же, как и на сроке наблюдения 4 недели, сохраняется выраженная диффузная инфильтрация РВСТ, покрывающей адлюминальную поверхность протеза ПЯЛ и лимфоцитами; соотношение типов клеток в инфильтрате несколько изменяется в сторону относительного увеличения количества макрофагов, но статистически достоверными являются лишь относительное увеличение количества ФЦ и относительное уменьшение количества НФ (табл. 9). Наиболее существенным является увеличение площади зоны экспериментальной травмы, покрытой новообразованным эпителием. - Серия №2 (замещение дефекта хрящевых полуколец трахеи Mплощадью 4х1,5 см)
У всех животных второй серии отмечалась деформация стенки протеза, приводящая к обструкции трахеи I – II степени (табл. 10), что, по-видимому, связано с особенностью протеза (отсутствие каркаса). Деформация протеза во всех опытах приводила к нарушению дыхания. При трахеоскопии мы наблюдали отсутствие эпителия на адлюминальной поверхности протеза. Об отсутствии значимого слоя грануляционой ткани на поверхности протеза говорит тот факт, что даже невооруженным глазом отчетливо видна плетёная структура протеза. Указанные факты имеют место на всех сроках наблюдения (2, 4, 8 недель наблюдения после операции) (рис. 20, 21). Следует отметить, что с увеличением сроков наблюдения, соответственно, увеличивается степень деформации просвета трахеи. Это в ряде случаев приводило к
При патологоанатомическом вскрытии трупов животных второй серии, умерших через 16 - 20 недель после операции, отмечается деформация трахеи в области хирургического вмешательства по типу «песочных часов». В просвете трахеи визуализируется лавсановый протез, полностью обтурирующий просвет трахеи. В просвете трахеи так же определяются сгустки крови проксимальнее и дистальнее протеза. В плевральных полостях серозно-геморрагическая жидкость с обеих сторон, ткань лёгких отечна, резко гиперемирована, с множественными некротическими очагами. Предположительная причина смерти - асфиксия в следствие обтурации просвета трахеи деформированным лавсановым протезом.
При микроскопии гистологических препаратов от животных второй серии исследования в контрольной группе обнаружено, что на 14-е сутки после выполнения операции по замещению дефекта хрящевых полуколец трахеи на границе интактной части трахеи и зоны стояния протеза находится мощный инфильтрат, распространяющийся позади протеза каудально (рис. 22).
Серия №3 (8 недель экспозиции протеза в тканях животного)
1. Лавсановый протез при одноэтапном протезировании обширных дефектов трахеи, в условиях недостаточной каркасности и агрессивной среды, поддерживает хронический воспалительный процесс, тормозит образование внутренней соединительнотканной капсулы и эпителизацию внутреннй поверхности протеза, что ведет у 100% животных к деформации, сужению просвета трахеи и легочным осложнениям.
Морфологическая картина характеризуется очагами воспаления, низкой степенью пространственной организации и зрелости рыхлой волокнистой соединительной ткани внутренней части капсулы протеза, в легких очагами пневмонии, эмфиземой и кровоизлияниями.
2. Разработанный нами синтетический тканый сетчатый полипропиленовый протез с меандровой полипропиленовой спиралью обладает каркасностью и эластичнотью; термическая обработка обеспечивает устойчивую трубчатую форму, а незамкнутый контур протеза обеспечивает возможность замещения циркулярного дефекта любого диаметра трахеи.
3. Трахея собаки обладает низкой эластичностью при растяжении в аксиальном направлении. При приложении силы с шагом в 1 Н до величины в 10 Н зависимость удлинения трахеи от приложенной силы имела линейный вид и приобретала вид пологой экспоненты, начиная с уровня прилагаемой силы в 10 Н, до уровня силы 80 Н. Подготовленный (пророщенный) протез обладает большей, по сравнению с трахеей собаки, эластичностью. Так, при воздействии силы в 40 Н удлинение образца трахеи составляло 0,009±0,001 м, образца протеза - 0,028±0,002 м.
4. Экспозиция протеза в тканях шеи животного на 2 и 4 неделе характеризуется наличием грануляционной ткани и отсутствием плотной волокнистой соединительной ткани в составе адлюминальной части капсулы протеза.
При увеличении сроков экспозиции протеза в тканях шеи животного до 8 недель вокруг протеза трахеи формируется плотная волокнистая соединительная ткань, выполняющая функцию «подложки» для прослойки рыхлой волокнистой соединительной ткани, что обеспечивает герметичность протезу, его эластичность и каркасность, и создает условия для эпителизации внутренней поверхности протеза.
5. Двухэтапная подготовка и протезирование циркулярных дефектов трахеи разработанным эндопротезом уменьшает число его стенозов, восстанавливает слизистую внутренней поверхности протеза, что предупреждает развитие легочных осложнений.
Практические рекомендации
1. Одноэтапное использование лавсанового протеза для замещения обширных дефектов трахеи приводит к деформации и стенозу протеза трахеи, длительному воспалению в области протеза, трахеи и легких, поэтому использовать его для замещения дефектов трахеи нецелесообразно.
2. Протезы, используемые для замещения дефектов трахеи, должны обладать каркасными и биоинертными свойствами.
3. Для замещения дефектов трахеи целесообразно использовать синтетический тканый сетчатый полипропиленовый протез с меандровой полипропиленовой спиралью, которая обеспечивает каркасность и эластичность, устойчивую трубчатую форму, а незамкнутый контур протеза – возможность замещения циркулярного дефекта любого диаметра трахеи.
4. Для замещения циркулярных дефектов трахеи целесообразно использовать двухэтапный способ:
1 этап – 8-недельная экспозиция эндопротеза в ткани шеи с формированием соединительно-тканной подложки на внутренней поверхности протеза;
2 этап – замещение циркулярного дефекта трахеи подготовленным (пророщенным) протезом.
Эти данные подтверждаются соотношением разных типов клеток в фибробластическом диффероне (рис. 87); практически в каждой серии исследования и на каждом сроке наблюдения относительное количество фиброцитов равно или несколько превышает относительное количество фибробластов. Особенно это заметно в третьей серии исследования.
Таким образом, сравнение тканевых особенностей строения частей перипротезной капсулы и динамики её формирования у животных 2-го блока исследования позволяют сделать вывод о том, что увеличение срока экспозиции сетчатого армированного лавсанового протеза в тканях реципиента приводит к образованию вокруг него капсулы, состоящей из более зрелой ПВСТ. Это создаёт необходимую морфологическую основу для реэпителизации протеза и восстановления в полном объёме комплекса функций слизистой оболочки.
