«ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-КЛИНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ КСЕНОПЕРИКАРДА ДЛЯ ПЛАСТИКИ СУХОЖИЛИЙ И СВЯЗОК ...»

Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное

учреждение высшего профессионального образования

«ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

АБДУЛЛАЕВ Арслан Кудратович

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-КЛИНИЧЕСКОЕ

ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ КСЕНОПЕРИКАРДА

ДЛЯ ПЛАСТИКИ СУХОЖИЛИЙ И СВЯЗОК

14.01.15 – Травматология и ортопедия Диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Научный руководитель – доктор медицинских наук, профессор Александр Николаевич Митрошин ПЕНЗА – Оглавление СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Эволюция развития пластических материалов для пластики сухожилий и связок

1.2. Актуальность проблемы повреждений сухожилий, методы аутопластики, аллопластики при восстановлении анатомических структур сухожилий

1.3. Анатомо-физиологические особенности сухожильно-мышечного комплекса

1.4. Сведения о физико-механических свойствах связок и сухожилий

1.5. Пластический биоэндопротез – поиск и перспективы в хирургии

1.5.1. Особенности ксенопластики в пластической хирургии................. ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Характеристика биологического эндопротеза из ксеноперикарда

2.2. Методы исследования в эксперименте на животных

2.3. Материал и методы морфологических исследований

2.4. Материал и методы биомеханических исследований

2.5. Методы статистической обработки полученных данных................. 2.6. Специальные и лабораторные методы исследования пациентов....

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ БИОМЕХАНИЧЕСКИХ

СВОЙСТВ СЕКЦИОННОГО МАТЕРИАЛА СУХОЖИЛИЙ

ЧЕЛОВЕКА И МОДИФИЦИРОВАННОГО КСЕНОПЕРИКАРДА................. 3.1. Методы прочностных испытаний биоэндопротеза в сравнении с секционным материалом сухожилий человека................. 3.2. Результаты исследования биомеханических свойств ксеноперикарда в сравнении секционным материалом сухожилий человека

Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ БИОИНТЕГРАЦИИ

КСЕНОПЕРИКАРДА ПРИ ПЛАСТИКЕ СУХОЖИЛИЙ ЖИВОТНЫХ......... 4.1. Сравнительное морфологическое исследование ксеноперикарда с сухожильной тканью животных

4.2. Динамика морфометрического исследования толщины модифицированного ксеноперикарда в разные сроки после операции

Глава 5. КЛИНИЧЕСКОЕ ВНЕДРЕНИЕ МЕТОДОВ ПЛАСТИКИ

СУХОЖИЛИЙ И СВЯЗОК С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

МОДИФИЦИРОВАННОГО КСЕНОПЕРИКАРДА

5.1. Клиническое применение модифицированного ксеноперикарда для пластики сухожилий и связок

5.2. Техника операций и различных способов пластики сухожилий и связок с применением ксеноперикарда

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВЫВОДЫ

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АХ – ахиллово сухожилие ГА – глютаровый альдегид ГКБСМП – Городская клиническая больница скорой медицинской помощи имени Г. А. Захарьина (г. Пенза) ГЭ – гемотоксилин-эозин КТ – компьютерная томография МК – модифицированный ксеноперикард ЛФК – лечебная физкультура МПа – мегапаскаль МРТ – магнитно-резонансная томография НПП – научно-производственное предприятие ПВЯ – передний выдвижной ящик ПЕ – протеолитическая единица ПКС – передняя крестообразная связка ПОКБ – Пензенская областная клиническая больница имени Н. Н. Бурденко УЗИ – ультразвуковое исследование ЛПНП – липопротеиды низкой плотности ЧГМБ – четырехглавая мышца бедра ГБОУ ДПО «ПИУВ» – Государственное бюджетное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования «Пензенский институт усовершенствования врачей»

ВВЕДЕНИЕ

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].

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 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].

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 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:

ксеноперикарда для пластики сухожилий и связок человека в эксперименте и клинике.

Задачи исследования:

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.

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.

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.

Доказана 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 исследования. Впервые разработан и исследован пластический биоматериал на основе модифицированного ксеноперикарда 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 ксеноперикарда, 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.

2. Биомеханические свойства модифицированного ксеноперикарда и биосовместимость позволяют использовать его в качестве современного пластического материала при замещениях сухожилий и связок человека.

полноценной соединительной ткани, постепенно замещающей биологический эндопротез.

3. Разработаны способы хирургического лечения с применением модифицированного ксеноперикарда при повреждении ахиллова сухожилия, сухожилия четырехглавой мышцы бедра, коллатеральных связок коленного сустава, передней крестообразной связки, а также способы пластики при привычном вывихе плеча.

исследования внедрены в практику работы травматологического отделения ГБУЗ «Пензенская областная клиническая больница им. Н. Н. Бурденко», ГКБСМП 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 ПИУВ Минздрава России (г. Пенза).

межрегиональной научной конференции «Актуальные проблемы медицинской 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»;

Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Новое в травматологии и ортопедии» (Самара, СамГМУ, 2012); в «Научном центре сердечно-сосудистой хирургии им А. Н. Бакулева» РАМН (Пенза, 2014).

Публикации. По теме диссертации опубликована 21 научная работа, из которых четыре – 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.

151 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, списка литературы, состоящего из 264 источников, включающего 157 отечественных и 106 иностранных источника.

Работа иллюстрирована 12 таблицами и рисунком.

1.1. Эволюция развития пластических материалов 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 удовлетворительных результатов [Thermann H., 1995].

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».

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.

Известны также эндопротезы сухожилия, изготовленные из лиофилизированного трупного человеческого сухожилия, и способ пластики дефекта сухожилия с его помощью [Carden D. G. at al., 1987]. Эндопротез сухожилия представляет собой трупное человеческое сухожилие, лиофилизированное в вакууме и стерильно упакованное в стеклянный флакон.

Перед использованием в качестве пластического материала необходима регидратация трансплантата в стерильном физиологическом растворе в течение не менее 12 ч. Недостатками этого эндопротеза сухожилия являются:

возможность формирования обширных рубцовых сращений протеза со стенками синовиального влагалища при его реваскуляризации и последующей перестройке; возможные реакции иммунного ответа; возможность заражения донора гепатитом В и С. Длительная регидратация трансплантата перед его использованием в качестве пластического материала может привести к его инфицированию и последующему развитию гнойно-септических осложнений.

Алло- и аутопластика также имеют ряд серьезных недостатков. В этом отношении более перспективными оказались препараты, полученные на основе биологических полимеров животного и растительного происхождения, в особенности те из них, которые имеют общую природу с тканями организма.

Существует малообоснованное мнение, что использование ксеногенных имплантатов неперспективно. Это мнение объясняется тем, что, обладая высокой антигенностью, пересадка последних сопровождается реакцией трансплантационного иммунитета, которая приводит к отторжению имплантата. Применение в последующем различных методов обработки ксеноматериалов позволило придать им необходимые свойства. Поэтому создание новых ксеногенных имплантатов является перспективным направлением в поиске новых материалов. Ведущая роль в обработке принадлежит соединениям из группы альдегидов и эпоксидным соединениям.

При исследовании иммунологических и антигенных характеристик эпоксиобработанных тканей и глутаральдегидных образцов доказано, что оба консерванта эффективно уменьшают антигенность и иммуногенные характеристики тканей [Murayama Y., Satoh S., Oka T. et al., 1988].

Из различных биополимеров животного происхождения в медицине используется коллаген – основной структурный белок соединительной ткани, выполняющий важные биологические функции. Он сочетает в себе многие свойства (прочность, эластичность, способность формироваться в различных структурах и т.п.).

коллагенсодержащих протезов явилась разработка «биологических протезов», представляющих собой коллагенпластический каркас сосудистой стенки, полученный путем обработки сосудов животных специальными ферментами и глутаровым альдегидом. Такая обработка не изменяет биологические характеристики (прочность, эластичность) трансплантата. Следовательно, по необработанным – артериальным сосудам. Вместе с тем под действием ферментов и глутарового альдегида разрушаются или блокируются клеточные элементы и некоторые белки сосудистой стенки, способные вызвать иммунологический конфликт и отторжение трансплантата. Позже методика обработки сосудов у животных ферментами и глутаровым альдегидом была использована при создании технологий для подготовки и применения ксеноматериалов для замещения дефектов тканей сердца и сосудов, а также для изготовления биологических протезов клапанов сердца. В настоящее время широко используется химико-ферментативно обработанный бычий или свиной ксеноперикард [Grood E. S., Noyes F. R., 1976].

Ткань перикарда, как и ткань сухожилий, относится к разновидностям соединительной ткани в организме [Ahlfeld S. K., Larson R. L., Collins H. R., 1987].

значительное количественное преобладание межклеточного вещества над клеточными элементами. Межклеточный матрикс состоит из волокнистых компонентов, пространство между которыми заполнено основным веществом, гликопротеины).

Наиболее характерными компонентами структуры ткани перикарда являются коллагеновые и эластические волокна.

Ткань перикарда представляет собой чередование поперечно и продольно располагаются эластические волокна, которые ориентированы параллельно коллагеновым. Коллагеновые волокна обладают наибольшей прочностью и составляют жесткую матрицу биоткани. Эластические волокна, наоборот, механических воздействий: при растяжении они удлиняются, а затем, будучи освобожденными, мгновенно укорачиваются подобно резиновой ленте [Gaechter A., 1990].

В работе Е. Д. Щукина и соавт. (1997) было показано, что при обработке соединительной ткани (бычьей склеры) эластазой происходит разрушение эластических волокон и ее ползучесть (способность растягиваться) резко сокращается. При обработке коллагеназой, наоборот, разрушаются коллагеновые волокна и ползучесть склеры резко возрастает. Это согласуется с высказанными выше предположениями о разных ролях коллагеновых и эластических волокон в структурах соединительной ткани. Исследование структуры сухожилий показало, что коллагеновые волокна в них уложены волнообразно, а при приложении механических нагрузок происходит сглаживание волнистости с последующим удлинением самих волокон [Ahlfeld S. K., Larson R. L., Collins H. R., 1987].

Ксеноперикардиальная ткань является широко используемым материалом для изготовления различных биопротезов (биопротезов клапанов, моностворок, кондуитов, пластических материалов, биопротезов сосудов большого диаметра и т.д.). Существуют различные химико-ферментативные методы обработки ксеноперикарда. Основной целью всех этих методов является создание ткани, обладающей рядом свойств, таких как:

– иммуноинертность;

– высокая резистентность биологической ткани к кальцификации;

– минимальный риск тромбоэмболий;

– сохранение структуры коллагеновых волокон;

– высокая плотность поперечной сшивки коллагена;

– возможность имплантации пациентам молодого и даже детского возраста;

– высокая гемосовместимость;

– хорошее моделирование в месте имплантации;

таковыми характеристиками тканей в месте его применения;

– минимально выраженные адгезивные свойства;

– устойчивость к инфекции и способность к эндотелизации.

преследуется цель полного удаления из биоматериала клеточных элементов, водорастворимых белков и концевых теллопептидов коллагена, являющихся основными антигенами, и сохранения фибриллярных белков (коллаген и эластин) без нарушения при этом их тинкториальных свойств.

Наиболее часто применяется ксеноперикард, обработанный глутаровым альдегидом (ГА) [Csizy M., Hintermann B., 2001; Inglis A. E. at al. 1976;

Inglis A. E., Sculco T. P., 1981; Миронов С. П., 1999]. Методы химической обработки биоткани для изготовления биопротезов с использованием глутарового альдегида защищены патентами на изобретение (патент США № 4402697, 1983; патент США № 4405327, 1983; патент RU (11) 2120212 (13) C1, 1998) Ткань обрабатывается ГА, приготовленным на различных видах распространенном HEPES буфере (рН 7.4) с последующей стабилизацией поверхностно-активными веществами. Основная цель использования поверхностно-активных веществ в данной технологии – профилактика кальцификации биоткани. В качестве поверхностно-активных веществ, ингибиторов кальциноза в данном случае используют додецилсульфат натрия, лаурил-сульфат натрия, тритон X-100 и др. Они легко проникают в биоткань, сорбируются на коллагене и протеогликанах, способствуют разрушению межмолекулярных связей, за исключением ковалентных, и образованию дополнительных свободных аминогрупп. Ингибирующее действие на процессы кальциноза биоткани связывают с активацией ионов кальция из среды, с образованием защитного кальциевого слоя и с его способностью удалять из биоткани кислые фосфолипиды [Odvina C. V., Preminger G. M. et al., 2003].

обработанных глутаральдегидом, ограничена процессами биодеградации компонентов биоматериала под действием протеолитических ферментов организма реципиента. В то время как деградация коллагеновых волокон биопротеза предотвращается благодаря образованию поперечных сшивок при обработке глутаральдегидом, волокна эластина подвержены ферментативной деградации, что приводит к уменьшению срока службы имплантата.

Установлено, что добавление таниновой кислоты к системе на стадии фиксирования глутаральдегидом может существенно повышать устойчивость волокон эластина к ферментативной деградации [Majewski M., Rickert M., Steinbruck K., 2000].

имплантатов из биоматериалов имеет побочный эффект, обусловленный высокой токсичностью данного вещества. Для снижения токсического эффекта глутаральдегида используют следующие подходы: а) нейтрализация глутаральдегида; б) использование в качестве стерилизующего агента и раствора для хранения биопротеза нетоксичных систем (US Patent 6506339, US Patent № 6521179); в) использование в качестве агента для фиксации менее токсичных соединений (Ultifix-метод) [Lieberman J. R., Lozman J., Czajka J., 1988].

В целом нужно сказать, что, помимо всех преимуществ, отрицательные эффекты традиционных методов обработки биоматериала глютаровым альдегидом хорошо известны [Chang Y., Sung H., Chiu Y., Lu J., 1997; Kato Y., Yamaguchi S. et al., 2004; Vescini F., Buffa A., La Manna G., Ciavatti A., Rizzoli E., Bottura A. et al., 2005; ГОСТ 9550–81].

Ферментативная обработка биоткани необходима для разрушения клеточных элементов (иммуногенных компонентов). В 1988 г. был описан способ подготовки биоткани для ксенопротезирования путем ферментативной обработки террилитином в фосфатном буферном растворе, выдержки в многократно заменяемом растворе глутарового альдегида в буферном растворе с возрастающей концентрацией и стерилизацией (А.с. СССР 1398855, МКИ 6 А 61 F 2/24, 1988). Недостатками данного способа являются высокая концентрация фермента, вызывающая разрушение коллагеноэластической основы биоткани, высокая температура ферментативной обработки, что может привести к снижению активности фермента, а также использование фосфатного буферного раствора в качестве растворителя фермента и лимонной кислоты для создания кислой среды при отмывке, что приводит к образованию нерастворимых фосфатов и цитратов и дальнейшей минерализации биоткани.

В целях уменьшения расхода фермента и предотвращения минерализации биоткани данный метод был модернизирован и описан в патенте РФ № 2197818.

ксенопротезирования перед ферментативной обработкой выдерживают в течение 15–72 ч в гипертоническом растворе хлорида натрия 1–10 % концентрации, обрабатывают ферментом в боратном буферном растворе при 32–37 °С, отмывают сначала в 0,6–6 % растворе уксусной кислоты, затем в растворе гидрокарбоната натрия и растворах хлорида натрия, выдерживают в многократно заменяемом растворе глутарового альдегида в буферном растворе с возрастающей концентрацией и стерилизуют.

ксеноперикарда, основанные на обработке биоткани 2–5 % раствором диглицидилового эфира этиленгликоля с последующей обработкой раствором гепарина с концентрацией не менее 100 МЕ/мл (Пат. РФ 2008767 С1, МКИ 6 А 01 N 1/00, 1994) [Houshian S., 1998] и диэпоксисоединениями [Gulbins H., Goldemund A., Anderson I., 2003; Gort J., 1959; Girardot J. M., Girardot M. N., 1996; Fujikawa K., 1988; Forster I. W., 1978]. Такая обработка придает ксеноперикарду высокую прочность, сохраняя его естественную пластичность, биосовместимость, при этом кальциевая дегенерация отсутствует, что характерно для всех биопротезов, традиционно обработанных глютаровым альдегидом [Inglis A. E. et al., 1976; Grood E. S., Noyes F. R., 1976].

Замена глутарового альдегида на диэпоксид способствует значительному снижению кальцификации у взрослых пациентов (до 0,1 % от общего количества имплантаций). Однако у детей раннего возраста частота развития кальцификации биопротезов остается высокой даже при использовании имплантированных биопротезов [Connolly J. M. et al., 2004]. Согласно описанию клапанов компании – Edwards Lifesciences Corporation, основными факторами, приводящими к кальцинации сердечных клапанов, изготовленных на основе биоматериалов, являются: а) наличие фосфолипидов; б) наличие остаточных или непрореагировавших молекул глютаральдегида в тканях биопротеза.

Эффективная экстракция фосфолипидов и холестерина из ткани может глутаральдегидом) биоматериала 80 % этанолом (рН раствора 7,4) в течение 24 ч [Kdolsky R. K., 1996] либо путем использования в процессе фиксации ткани смеси (US Patent № 6547827) из фиксирующего агента (глутаральдегид, формальдегид, эпоксиды, карбодиимиды, диизоционаты), денатурирующего агента (этанол, изопропиловый спирт, ацетон, эфиры с небольшой алкильной цепью, кетоны, мочевина) и поверхностно-активного вещества (додецил сульфат натрия (SDS), Triton X-100, Triton X-114, Igepal, Nonidet P40). В US Patent № 6479079 приведены примеры экстракции липидов спиртовыми смесями различного состава (низшие спирты, высшие спирты, многоатомные спирты, органические растворители) при повышенной температуре из бычьего перикарда.

С целью нейтрализации непрореагировавших молекул глутаральдегида, биоматериал после стадии фиксации обрабатывают 0,01–0,5 мл раствора глицина. Другими способами нейтрализации и детоксикации глутаральдегида являются: а) обработка фиксированного биоматериала уразолом (urazole) в 0, мл ацетатного буфера при рН 4,5 и температуре 37 °С в течение 7 дней [Кудрявцева Ю. А. и соавт., 2007]; б) обработка гомоцистеиновой кислотой (homocysteic acid) [Куперберг Е. Б., 1989]; азотсодержащими веществами (амины, гетероциклы, аминокислоты) [Куперберг Е. Б., 1989; Teitz C. C., Garrett Jr., 1997].

Было установлено большое сходство между процессом кальцификации клапана, особенно аортального, и процессом кальцификации при атеросклерозе.

В работах [Rushton N., Dandy D. J., Naylor C. P. E., 1983] значительное снижение постимплантационной структурной дегенерации бычьей перикардиальной ткани искусственных клапанов в моделях на животных вызывает гиполипидемическое средство из группы статинов – препарат аторвастатин. Гиполипидемический эффект статинов связан со снижением уровня общего холестерина за счет Хс-ЛПНП.

Предотвращение кальцификации ГА-фиксированного бычьего перикарда показано при обработке биоткани 40 % раствором октандиола [Zilla P. et al., 1997]. В работе продемонстрировано снижение кальциевой дегенерации бычьего ГА-фиксированного перикарда с помощью хелатора TPEN без какоголибо влияния на его долговечность.

антикальциевой обработки с использованием лимонной кислоты [Kennedy J. C., 1975; Macnicol M. F., Penny I. D., Sheppard L., 1991; Noyes F. et al., 1977]. Кроме декальцифицирующего действия, щелочные цитраты также имеют некоторые другие полезные свойства, такие как предупреждение образования кристаллов кальция [Neethling W. M., et al., 2006]; упругопрочностные свойства при растяжении [Thermann H., Frerichs O., Biewener A., Krettek C., Schandelmaier P., 1995; Muller A., Astrum M., Westlin N., 1996; Viidik A., 1966], регулирование метаболизма [Thermann H., 1999], что дает нам основание рассматривать щелочные цитраты как способствующие предотвращению кальцификации на нативных человеческих клапанах сердца [Jenkins R., Little R. J., 1974].

1.2. Актуальность проблемы повреждений сухожилий, методы аутопластики, аллопластики при восстановлении анатомических структур сухожилий В начале 2000 г. генеральный директор Всемирной организации здравоохранения госпожа Гру Харлем Брундтланд открыла Международную декаду, посвященную травмам опорно-двигательного аппарата, в частности вопросам актуальности тяжелых травм сухожилий и связок [Грицюк А. А., Середа А. П., 2010].

реабилитация пациентов с данной патологией являются актуальными проблемами современной травматологии и ортопедии [Казарезов М. В. с соавт., 2004]. Так, потеря трудоспособности при повреждениях кисти достигает 40 %.

При травмах кисти в 79 % случаев наблюдаются множественные и сочетанные повреждения, при которых страдают как сухожилия, так и другие структуры кисти.

Разрыв ахиллова сухожилия – многофакторное повреждение века высоких технологий. По частоте эта травма занимает одно из ведущих мест (23–47 % всех разрывов сухожилий и мышц) в повреждениях опорнодвигательного аппарата [Двойников И., 1980; Зулкарнеев Р. А., Ахметов З. Я., 1989; Зулкарнеев Р. А., 1990; Краснов А. Ф., Чернов А. П., 1991; Anzell S. H., Covey K. W., Weiner A. D. et al., 1959; Inglis A. E., Scott W. N., 1976].

Самая высокая встречаемость разрыва ахиллова сухожилия наблюдается в скандинавских странах, она составляет от 18 до 30 случаев на населения в год [Houshian S., 1998; Leppilahti J., Puranen J., Orava S., 1996].

В связи с изменением характера физических нагрузок отмечается устойчивый рост заболеваемости [Houshian S., 1998; Leppilahti J., Puranen J., 1996; Levi N., 1997; Muller A., Astrum M., Westlin N., 1996]. Разрывы сухожилий происходят во время занятий спортом (до 87,98 %). Мужчины подвержены данной травме от 6 до 13 раз чаще, чем женщины, левая нижняя конечность у которых является доминантной (прыжковой) [Majewski M., Rickert M., Steinbruck K., 2000; Teitz C. C., Garrett Jr., 1997; Thermann H., 1999].

Частота разрывов ахиллова сухожилия приходится на трудоспособный возраст – 31–52 года [Зулкарнеев Р. А., Ахметов З. Я., 1989; Зулкарнеев Р. А., 1990.; Демичев Н. П., 2000; Leppilahti J., Puranen K., 1998; Leppilahti J., Puranen J., Orava S., 1996].

Каждая методика и любой способ хороши в отдельно взятых случаях.

Они выстраиваются на многих общих принципах, предусматриваемых ключевыми моментами восстановления сухожилия: восстановление анатомического соотношения концов сухожилия; удержание их в таком соотношении вкупе с разгрузкой сухожилия на время регенерации;

восстановление подвижности и силы сегмента в последующем. Восстановление анатомического соотношения разорванных концов требует их выделения, удаления гематомы, иссечения нежизнеспособных тканей. Фиксация и разгрузка концов сухожилия происходит за счет перераспределения нагрузки между участками собственной ткани сухожилия [Демичев Н. П., 1966;

Демичев Н. П., 1970; Коллонтай Ю. Ю., Алмаз Л. М., 1973; Герцен И. Г., Сердюк В. В., 1974; Демичев Н. П., Мацкеплишвили Т. Я., Елисеев И. Т., 1974;

Линник А., 1980; Гришин Г., Цыпин И., 1981; Аренберг А. А., 1988;

Buchgraber A., 1997; Гришин Г., Цыпин И., 1991; Кожин Н. П., Сарыгин Э. А., Ли Э. А., 1992; Никитин Г. Д., 1978; Семенихин В. В., 1985; Ma G. W., Griffiyh T. G., 1977; Alexa O., Veliceasa B., Puha C., 2008] с использованием имплантата с последующей иммобилизацией.

Имплантатами могут служить биотрансплантат [Дедушкин В. С., Белоусов А. Е., 1971; Бруннмайер Г. З., 1971; Васильев Ф., 1987;

Дедушкин В. С., Грекова И. И., 1975; Дедушкин В., 1972; Демичев Н. П., 1966;

Демичев Н. П., 1975; Демичев Н. П., 1989; Коллонтай Ю. Ю., Гулай А. М., 1974;

Коллонтай Ю. Ю., Гулай А. М., 1975; Неттов Г. Г., 1985; Никитин Г. Д., 1979;

Николенко В. К., 1983; Ткаченко С. С., Лысковец-Чернецкая Л. Е., 1974] или синтетические материалы [Берман А. М., 1971; Жуков Б. Л., Бевзюк В. В., Урунбаев Д. У., 1982; Карасев В. И., 1976; Левицкий Ф. А., Ровенская Н. М., Ночевкин В. А., 1985; Миронов С. П., Васильев Д. О., 1994; Нейман Л. Б., 1969;

Сердюк В. В., 1974].

До восстановления подвижности сегмента требуется стимул регенерации сухожилия. Важно удержать формирование регенерата в пределах сухожилия во избежание образования спаек с окружающими тканями [Лаврищева Г. И., Болотцев О. К., 1985; Левенец В. Н., Остапчук Н. П., Саливон А. П., 1993;

Миронова З. С., Баднин И. А., Богуцкая Е. В., 1980; Burchhard H., 1991].

Каждый этап требуется провести максимально эффективно – целостность сухожилия восстановить анатомично, разгрузку провести атравматично, создать стимул регенерации, удержав при этом регенерат в границах сухожилия [Богораз Н. А., 1948; Боровиков А. М., Миланов Н. О., Богов А. А., 1989;

Герцен И. Г., Сердюк В. В., 1978, 1979; Двойников И., 1987; Демичев Н. П., Мацкеплишвилли Т. Я., Елисеев И. Т., 1974; Ефимов А. П., Сорокин А. П., Кочетков А. Г., 1979; Иванов В. П., Петров Л. М., Павлов П., 1977;

Краснов А. Ф., Чернов А. П., 1991]. Сочетание этих факторов ставит перед врачом множество задач, поскольку ни один метод не является идеальным и достаточно надежным. Классические методы лечения разрывов ахиллова сухожилия сопряжены с иммобилизацией на длительные сроки, зачастую связаны с гипотрофией мышц и контрактурами суставов, нередко целостность сухожилия восстанавливается не вполне анатомично или без учета его преморбидной несостоятельности [Никитин Г. Д., Линник А., 1979; Никитин Г.

Д., Линник А., 1984; Радкевич А. А., Кузьменко И. И., Ходоренко В. И., 2003., Barry D. C., Sabacinski K. A., Habershaw G. M., 1993; Gillies Н., Chalmers J., 2003].

В связи с этими особенностями сроки для восстановления подвижности в суставах и силы мышц конечности увеличиваются, что не исключает риска повторного разрыва в послеоперационном периоде. Требуется анатомичное восстановление разорванного сухожилия с сохранением его питания, с учетом его преморбидной неполноценности и возможностью ранней функциональной нагрузки [Краснов А. Ф., Чернов А. П., 1991; Краснов А. Ф., Двойников И., 1990; Левицкий Ф. А., Ночевкин В. А., 1983., Миронова З. С., Черкасова Т. И., Баширов В. Ф., 1974., Buckwalter J. A., 1995].

При пересечении сухожилия его концы расходятся в связи с сокращением мышцы. Величина диастаза зависит от уровня повреждения сухожилия, так как перемещение центрального конца ограничивается за счет mesotenon.

Кинематическая цепь самостоятельно восстанавливается, однако функция ухудшается за счет удлинения сухожилия, снижения силы укороченной мышцы и нарушения баланса сил антагонистов. В большинстве случаев диастаз между концами сухожилия слишком велик, поэтому самостоятельное восстановление кинематической цепи невозможно. При этом мышца постоянно находится в сокращенном состоянии, что постепенно уменьшает ее сократительную способность, силу и способность к растяжению. Эти изменения становятся необратимыми уже через 5–6 недель после травмы, и возникает дефект сухожильной ткани.

фиксированные к окружающим тканям, которые легко разделимы в первые три месяца после травмы; в более поздние сроки выделение концов сухожилий значительно затрудняется, нарушается также функция мышц, и происходит дистрофия. Считается, что процессы, протекающие в мышцах при иммобилизации, очень близки к процессам, вызванным бездействием вследствие тенотомии. В мышечных волокнах при перерезке сухожилия наблюдаются дистрофические процессы гомогенизации, зернистый распад, вакуолизация [Румянцева О. Н., 1960; Матев И. Б., Банков С. Д., 1981;

Белоусов А. Е., 1998].

Кроме того, восстановление структуры сухожилия важно еще и с точки зрения сохранения структуры и функции мышцы как органа, предотвращения обратимых и необратимых дистрофических процессов. При перерезке сухожилия возникает фактор бездействия, который влечет атрофию мышцы.

При устранении этого фактора атрофия мышцы быстро исчезает [Clark M. G. et al., 2000].

Различным аспектам репаративной регенерации сухожилий посвящены работы ряда отечественных и зарубежных авторов [Лаврищева Н. И., 1996;

Демичев Н. П., 1968, 1990, 1998; Beredjiklian Р. К. et al., 2003; Казарезов М. В., 1998, 2004; Лаврищева Г. И., Оноприенко Г. А., 1996; Демичев Н. П., 1968;

Демичев Н. П., Путилин А. А., 1990, 1998; Beredjiklian D. A., Favata M., Cartmell J. S. et al., 2003; Казарезов М. В. и соавт., 2004].

Однако вопрос о характере ткани, замещающей дефект сухожилий, до настоящего времени является предметом обсуждения и споров между биологами, морфологами и хирургами. Основные разногласия возникают по поводу того, образуется ли при регенерации истинная ткань сухожилия со свойственной ей типичной структурой или же дефект замещается рубцовой тканью.

Нет также единства взглядов на динамику репаративной регенерации сухожилий. Одни исследователи исключают возможность трансформации соединительнотканного регенерата в пучковые структуры сухожилия. Другие отмечают образование сухожильных пучков из клеток поврежденного сухожилия. Концы разорванного сухожилия, независимо от метода пластики, срастаются между собой соединительнотканным рубцом, неполноценным в функциональном отношении.

За последнее время подверглись пересмотру прежние взгляды на вопрос о способность к регенерации специализированных тканей. В частности, доказана возможность регенерации дифференцированных тканей у животных, в том числе и млекопитающих. Имеются также указания на то, что процессы регенерации находятся в тесной зависимости не только от специфических особенностей регенерирующих тканей, но и от функционального состояния образуемых ими органов и взаимоотношений этих органов с другими тканями, органами и системами целостного организма.

Существуют также различные точки зрения на источники регенерации поврежденного сухожилия. Одни авторы рассматривают сухожилие как высокодифференцированную структуру, не способную принять участие в малодифференцированным элементам окружающей рыхлой соединительной ткани [Zheng М. Н. et al., 2005; Yotsumoto T., Nishikawa U., 2009]. Другие авторы первостепенное значение при регенерации отводят самому сухожилию, признавая его истинную регенерацию [Демичев Н. И., 1990; Лаврищева Г. И., Оноприенко Г. А., 1996], и придерживаются мнения о том, что она осуществляется одновременно клетками рыхлой соединительной ткани и теноцитами.

Сухожилия подвержены воздействию разнообразных биомеханических факторов. При этом между фиброархитектоникой опорных структур и их биомеханическими свойствами существует тесная взаимосвязь [Сорокин А. П., 1973].

напряжения на структуру органа [Макаров А. К., 1986]. Известно, что при использовании мембранных биоматериалов (твердая мозговая оболочка, перикард) в регенерирующей ткани происходят изменения гидростатического давления [Ахмалетдинов А. С., 1985].

Сухожилие в процессе жизнедеятельности постоянно подвергается механическим воздействиям. Однако многие аспекты биомеханики сухожилий восстановительной хирургии сухожилий сыграли исследования ряда отечественных ученых по репаративной регенерации данных структур [Фалк И.

Г., 1966; Лаврищева Н. И., 1996; Демичев Н. П., 1968; Казарезов М. В., 2004;

Лаврищева Г. И., Оноприенко Г. А., 1996; Демичев Н. П., Путилин А. А., 1990;

Казарезов М. В., Королева A. M., Головнев В. А. и др., 2004].

Одним из перспективных направлений восстановительной хирургии, и в том числе сухожилий, является пересадка различных биотрансплантатов.

Так, по мнению П. П. Коваленко (1976), биоматериалы при пересадках выполняют три назначения:

1) обеспечивают непрерывистость поврежденных аналогичных тканей;

2) служат каркасом, на котором формируется регенерат из клеточных элементов тканевого ложа;

3) являются биологическими стимуляторами в развитии репаративной регенерации.

При этом была доказана эффективность пластики капсулы и боковых связок коленного сустава с применением мембранных трансплантатов [Ахмалетдинов А. С., 1985].

Известно, что биоматериалы содержат комплекс протеогликанов, способных удерживать значительное количество тканевой жидкости и, соответственно, способных поддерживать тканевое напряжение. С другой стороны, мембранные биоматериалы могут выполнять роль ограничителя, активируя механизмы собственной регенерации сухожилия.

Кроме того, по данным А. Муслимова (2000) при введении в ткани реципиента биоматериала последний резорбируется макрофагами и замещается новообразованной тканью. При этом происходит стимуляция роста кровеносных сосудов. Активация процессов репаративной регенерации связана с мобилизацией мезенхимальных стволовых клеток как костномозгового, так и локального происхождения. Биоматериалы обладают также низкими антигенными свойствами [Мулдашев Э. Р., 1994].

1.3. Анатомо-физиологические особенности Сухожилие – образование из соединительной ткани, концевая структура поперечно-полосатых мышц, с помощью которой они прикрепляются к костям скелета. Листки паратенона разделены капиллярным слоем жидкости для уменьшения сил трения при движениях сухожилия [Журавлева И. Ю., 1995].

Благодаря своей структуре сухожилия обладают высокой прочностью и низкой растяжимостью. Соединительная ткань имеет в каждом органе свою структуру и состоит из соответствующих клеточных компонентов волокнистых образований и основного вещества [Афанасьев Ю. И., Митин К. С., 1971;

Сорокин А. П., 1973].

Общими свойствами, характерными для соединительнотканных клеток, являются секреция коллагена, эластина, ретикулина и различных фракций гликопротеидов и гликозаминогликанов. Кроме функции основного субстрата, создающего вместе со специфическими клетками органа его рабочую архитектонику, клетки соединительной ткани обеспечивают условия для выполнения главными клетками функций данного органа [Струков А. И., 1983;

Серов В. В., 1995].

Коллагеновые фибриллы являются наименьшей функционально самостоятельной конструктивной единицей соединительной ткани сухожилия.

Продольная ориентация волокон коллагена в фибриллах делает волокнистые элементы анизотропными, что обнаруживается при их исследовании в поляризованном свете. Особенностью сухожилия является наличие двух основных групп фибрилл с диаметром 30–70 и 120–150 нм [Liu S. H., 1995;

Poulsen М. et al., 2003].

Плотная оформленная соединительная ткань сухожилия, несущего механическую нагрузку, требует самоподдержания своих физиологических и морфологических параметров, что обеспечивается тканевыми регулирующими механизмами, например изменением интенсивности продуцирования хондроитинсульфата и гиалуроновой кислоты в зависимости от нагрузки – величины растяжения сухожилия. Структура сухожилия, как у других соединительных тканей (таких как кожа и хрящ), зависит от характера его функциональной нагрузки (Слуцкий Л. И., 1969; Kreulen M. et al., 2004).

Репаративные процессы (тенобластическая пролиферация и разрастание грануляционной ткани) приводят к замещению культей новообразованной тканью, по строению подобной сухожильной (Агапова Н. А., 1962;

Лаврищева Г. И., Оноприенко Г. А., 1996; Kaplan F. T. et al., 2002). Спаечный процесс – это закономерная реакция соединительной ткани на внедрение аллогенного сухожилия, однако выраженность и возможность его коррекции оперативными и физиотерапевтическими методами зависит от многих причин, главными из которых являются сопутствующие поражения сосудов и нервов, дегенеративно-дистрофические изменения в сухожильно-мышечном аппарате [Локшина Е. Г., 1963; Книшевидский В. М., 1965; Лапин В. В., 1979;

Ettema A. M. et al., 2004].

Е. Г. Локшина при восстановлении ахиллова сухожилия применяет не ленту, а капроновую или лавсановую сетку, которая в виде муфты окутывает сухожилие. Автор считает, что такая структура пластического синтетического материала обеспечивает быстрое и надежное восстановление ахиллова сухожилия [Мовшович И. В., 1983].

Учитывая вышеизложенное, считаем наиболее перспективной дальнейшую разработку проблемы трансплантации ксенотканей. Наиболее эффективными для указанных целей являются ксенотрансплантаты, в которых после экстракции клеточных компонентов сохраняются волокнистый каркас и аморфное межклеточное вещество – коллаген (Seiffert H. S., 1970; Burks R. T.

et al., 2005).

практически полное восстановление структуры и свойств данного органа, но образованный регенерат никогда не сможет полностью соответствовать структуре, передающей напряжение от мышцы к кости (сухожилию). Хотя эти свойства улучшаются через какое-то время, они не возвращаются к нормальному уровню даже после длительного периода (Лаврищева Г. И., Оноприенко Г. А., 1996).

1.4. Сведения о физико-механических свойствах Сухожилия являются одними из самых интересных с биомеханической точки зрения структур. Воспринимая нагрузку от мышечного брюшка, сухожилие практически в низменном виде передает ее кости. Тем не менее изменения тканевого напряжения и других биомеханических параметров постоянно происходят в ткани сухожилий в процессе жизнедеятельности (Zak K.

et al., 1982).

Многочисленные попытки построить их строгую механико-математическую теорию пока не увенчались успехом: различия между рассчитанными по модели и экспериментальными показателями оказываются довольно большими [Butler et al., 1978].

При изучении механических свойств связок и сухожилий определяют:

предельные прочность и удлинение (растяжимость), жесткость (модуль Юнга), релаксацию, ползучесть, гистерезис и некоторые другие показатели [Аруин А. С., Зациорский В. М., 1981].

Рассмотрим реакцию связок и сухожилий в ответ на растяжение. При растяжении сухожилий регистрируется типичная картина. Кривая «сила – время» (так как скорость растягивания постоянна, то время пропорционально удлинению) может быть разбита на четыре зоны [Diamant et al., 1972; Shah et al., 1977; Kennedy et al., 1976].

Первая зона характеризуется относительно медленным нарастанием напряжения. Есть предположение, что волокна коллагена вначале находятся в гофрированном состоянии. При растягивании происходит их распрямление [Stromberg, Wiederhielm, 1969]. Эта зона составляет 1,0–4,0 % начальной длины волокна.

Вторая зона начинается с момента появления линейной зависимости между приростом напряжения и удлинением. В это время уменьшается закрутка волокон, их ход приближается к параллели. Зона составляет 2-5 % от начальной длины у сухожилий и 20–40 % – у связок. Это обусловлено содержанием эластических волокон и, главным образом, организацией волокон внутри связок [Shah et al., 1977]. Со второй половины этой зоны в волокнах начинают появляться микроповреждения.

Третья зона берет начало с момента первого нарушения линейной зависимости, т.е. с первых серьезных повреждений волокон сухожилия. В этой зоне обычно регистрируется предельная прочность препарата.

Четвертая зона имеет отправную точку с момента резкого падения напряжения, когда основные структурные элементы препарата разрушены.

геометрических размеров препарата (таблица 1). Чем больше поперечное сечение, тем больше и прочность. Чем связка длиннее, тем большей способностью к растягиванию она обладает. В связи с этим для оценки механических свойств сухожилий и связок используют относительные характеристики: нормальное напряжение = A/S (Н/мм2), относительное удлинение, модуль Юнга = l/l · 100 (%) (Н/мм2), где F – предельная растягивающая сила; S – площадь поперечного сечения препарата; E = / – удлинение; l/l – первоначальная длина препарата.

Таблица 1 – Механические свойства связок и сухожилий (по А. С. Обысову, 1971) и сухожилия Связки Боковая большеберцовая малоберцовая Дельтовидное Дугообразная лобковая Боковая лучевая 15–52 2,5–42,7 120–170 114–144 0,12–0,48 0,06–0, Однако и эти характеристики у разных связок и сухожилий существенно различаются. Так, модуль упругости Юнга варьирует от 9,8 до 120,0 Н/мм (таблица 2). Это объясняется многими факторами: структурной организацией волокна, состоянием препарата, его возрастом, условиями исследования (температура, раствор) и т.п. [Butler et al., 1978].

Таблица 2 – Модуль упругости сухожилий Механические свойства связок и сухожилий существенно зависят также от времени действия нагрузки:

1. С увеличением скорости растягивания образца требуются значительно большая предельная нагрузка [Butler et al., 1978] и энергия разрыва.

2. Если растянуть связку (сухожилие) сначала быстро, а затем прекратить дистракцию, то напряжение будет быстро нарастать, потом станет убывать, произойдет релаксация связки или сухожилия (релаксация напряжения – падение напряжения в деформированном препарате с течением времени), и через некоторое время напряжение стабилизируется. Причем даже при очень медленном растягивании максимальная сила (в первый момент прекращения растягивания) будет больше силы для состояния неизменной длины. Между уменьшающимся напряжением и логарифмом времени была найдена линейная зависимость, наклон которой назван константой релаксации [Jenkins R., Little R. J., 1974].

3. В начале эксперимента с увеличением силы растягивания линейно изменяется длина препарата, затем, если сила стабилизируется, образец продолжает удлиняться – сначала быстро, затем медленнее. Увеличение длины деформируемого препарата с течением времени под действием постоянной приложенной силы называется ползучестью (ползучесть сухожилий и связок изучается на сложных установках, снабженных вычислительной техникой, обеспечивающих постоянство напряжения в образце на основе обратных связей). Кривая ползучести и кривая релаксации хорошо описывается логарифмической зависимостью [Viidik A., 1966]. Наклон линии в этом случае называется константой ползучести.

4. Циклическое воздействие на сухожилия и связки вызывает появление гистерезиса, причем по мере продолжения эксперимента площадь петли гистерезиса уменьшается, что отражает уменьшение рассеяния энергии в тканях [Viidik A., 1966].

Связки и сухожилия имеют нелинейные свойства (модуль упругости изменяется по мере растягивания препарата), поэтому для оценки параметров материалов предложены два коэффициента [Butler et al., 1978], которые регистрируются по кривой «сила – перемещение» (кривая Лиссажу).

Модуль упругости – величина, описывающая свойство упругости материала независимо от формы и размеров образца, который использовался в опыте. Модуль упругости при растяжении (Ер) в МПа вычисляют по формуле где F2 – нагрузка, соответствующая относительному удлинению 0,3 %, Н; F2 – нагрузка, соответствующая относительному удлинению 0,1 %, Н; l0 – расчетная длина образца, мм; А0 – площадь начального поперечного сечения образца, мм2;

l2 – удлинение, соответствующее нагрузке F2, мм; l1 – удлинение, соответствующее нагрузке F1, мм.

На механические свойства связок и сухожилий влияют: пол и возраст донора, иммобилизация, содержание гормонов, характер физических упражнений. Исследования показали, что предельная прочность, относительное удлинение и коэффициент упругости связок и сухожилий у доноров разного пола и возраста различны [Валуева В., 1965; Обысов С., 1971; Noyes F., Grood E., 1976]. Практически во всех случаях препараты доноров женского пола имеют меньшие показатели. Можно также отметить, что наибольшие изменения механических свойств приходятся на пубертатный период.

Максимальную прочность сухожилия (в частности, ахиллова) достигают к 21– 25 годам. Начиная с 16–21 года прочность (r = 0,86) и модуль упругости (r = 0,71) связок линейно уменьшаются. После 50 лет достоверной связи между возрастом и механическими характеристиками связок нет [Noyes F., Grood E., 1976].

Сухожилия и связки чувствительны к гормональному влиянию [Tipton С.

et al., 1974; Tipton С., 1975]. Однократное внутрисуставное введение гормонов (кортикостероидов) не ухудшает механических свойств связок, но их систематическое введение может привести к значительному уменьшению функциональных возможностей связочного аппарата [Noyes F. et al., 1977].

Значительно снижает прочность и упругость связок и сухожилий иммобилизация; нужны месяцы для восстановления их механических свойств [Noyes F. et al., 1974]. И наоборот, все исследования показывают, что тренировки увеличивают сопротивление разрыву как связок, так и сухожилий [Viidik A., 1967; Zucherman, Stull, 1969; Tipton C. et al., 1970, 1971; Kiiskinen, Heilkinen, 1973].

При исследовании животных была найдена связь между величиной физической активности и прочностью связок и сухожилий [Noyes F., Good E. et al., 1977]. Однако причины повышения прочности ткани еще остаются неясными, также не обнаружены ни морфологические, ни биомеханические механизмы, лежащие в основе увеличения предела прочности при растягивании [Tipton С. et al., 1975; Viidik А., 1967; Both, Gould, 1975].

относительно высокая. Поэтому при травмах сухожилия не разрываются, а отрываются от места прикрепления (Butler et al., 1978).

биоэндопротезов для лечения дефектов сухожилий. По химической структуре все применяемые в настоящее время материалы принципиально могут быть разделены на две группы:

1) нерассасывающиеся (полипропиленовые, полиэстеровые (лавсановые), политетрафлюороэтиленовые;

2) рассасывающиеся (полиглактиновые, полигликоливые).

Использование искусственных материалов для пластики в хирургии обширно. «Однако в этом хаосе предлагаемых материалов должны быть основные принципы» [Zimmerman L. M., 1938; Zimmerman L. M., 1968].

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. Вследствие изоляции сухожилия возникают 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.

биоматериалу. В 1950 г. Камберлэнд (V. H. Cumberland) и Скэйлс (J. T. Scales) сформулировали восемь критериев идеального материала [Cumberland V. H., 1952; Scales J. T., 1953]:

1) не должен физически размягчаться тканевыми соками;

2) должен быть химически инертным;

3) не должен вызывать воспаления или отторжения;

4) не должен обладать канцерогенными свойствами;

5) не должен вызывать аллергию или сенсибилизацию;

6) должен обладать механической прочностью;

7) должен быть пригоден для фабричного изготовления;

8) должен быть пригоден для стерилизации.

По мнению зарубежных авторов, идеальному материалу необходимо обладать определенными свойствами. Он должен быть инертным, стерильным, долговечным, неканцерогенным и не должен вызывать воспалительных реакций и/или иммунного ответа. Вдобавок он должен быть доступным с экономической точки зрения и простым в использовании. К сожалению, ни один из имеющихся в настоящее время материалов не соответствует всем перечисленным требованиям. Однако по мере появления в литературе новых сведений о свойствах материалов применение некоторых из них в хирургии и урологии становится более целесообразным [Roth C. C. et al., 2009].

1.5.1. Особенности ксенопластики в пластической хирургии В настоящее время благодаря разработанным способам подготовки ксеноперикарда материал нашел широкое клиническое применение в кардиохирургии для пластики клапанов сердца и крупных кровеносных сосудов [Бокерия Л. А. и др., 2009; Хубулава Г. Г. и др., 2009; D. Hitendu, 2005; Doss M., 2005].

К преимуществам использования ксенотрансплантатов относятся:

отсутствие необходимости в дополнительном оперативном вмешательстве на больном с целью получения аутотрансплантата, ликвидация риска заражения через чужеродный трансплантат, минимальная частота инфекционных синтетического материала [Morgan T. O. et al., 2000, Никольский В. И., Титова Е. В., 2010; Никольский А. В., 2012].

Материал для пластических операций в хирургии классифицируется по происхождению, поэтому можно выделить его несколько видов:

аутогенный (ткань, взятая от одного организма);

аллогенный (ткань, взятая от другого организма одного вида);

ксеногенный (ткань, взятая от организма другого вида);

синтетический [Щеплев П. А. и др., 2007].

На основе анатомических и биомеханических данных предпринимались попытки восстановления целостности сухожилий и связок. Наряду со швом связок, довольно быстро возникла идея заменять поврежденную структуру ксено- или аллотканью, а также искусственными материалами. Но все попытки, использовании вариантов синтетики достоверно хороших результатов достигнуто не было. Напротив, часто наблюдались разрывы синтетического материала, нестабильность и реакции несовместимости, в связи с чем протезы подлежали удалению. К настоящему времени тактика лечения поврежденных связок и пластика синтетическими материалами могут рассматриваться как «метод выбора» [Каплунов О. Ф., 2007].

В настоящее время проводится активное изучение морфологических изменений, происходящих при имплантации ксеноперикардиальной ткани.

Наиболее информативным является описание морфологических исследований [Кармадонова А. В. и соавт., 2009; Сиваконь С. В., Мозеров С. А., 2010;

Подолужный В. И. и др., 2010; Никольский В. И., Титова Е. В., 2010;

О. В. Калмин, В. И. Никольский и соавт., 2011]. Указанные авторы проводили анализ морфологических изменений в ксеноперикарде в условиях гнойного процесса у пациентов, оперированных по поводу острой хирургической патологии. В ходе исследования было установлено, что в процессе регресса воспаления в брюшной полости на границе между ксеноперикардом и собственными тканями пациента развивается грануляционная ткань – предшественница зрелой соединительной ткани.

протезирующей комбинированной герниопластики срединных вентральных грыж. Изучали тканевую реакцию брюшной стенки крыс в ответ на имплантацию ксеноперикарда. Спустя год после операции было отмечено развитие ткани, схожей по строению с апоневрозом [Никольский В. И. и др., 2010; Титова Е. В., 2010; Титова Е. В., 2012; Баулин А. В., 2012].

А. В. Никольский (2012, 2013) сообщает об успешном применении ксеноперикарда для нефропексии.

Использование ксенопластины с целью укрытия дефекта почки при ее резекции предлагают Д. В. Вихрев и соавт (2011) и В. В. Горин и соавт. (2012).

В последние годы материал активно применяется при коррекции повреждений сухожилий сгибателей пальцев кисти [Баулина У. В. и соавт., 2013].

Недостатками ксеноматериалов, а именно бычьего перикарда, являются:

необходимость наличия материала для заготовки, необходимость сложной обработки, неполное соответствие свойствам тканей реципиента. Но, с другой стороны, несомненными достоинствами выступают: возможность массовой заготовки и длительного хранения, коллагеновая структура, отсутствие случаев воспаления и отторжения, возможность применения имплантата любого размера и формы [Щеплев П. А. и др., 2007].

Помимо аутотканей, для пластических целей используют и различные алломатериалы. Основное их преимущество заключается в отсутствии дополнительного оперативного доступа при заборе аутотрансплантатов. Для пластических целей использовались аллобрюшина, твердая мозговая оболочка, широкая фасция бедра, мениски и др.

определенными трудностями: несовершенство юридической базы для забора биологического материала, проблемы этического и деонтологического характера, риск заражения вирусными инфекциями. Аутопластика также имеет ряд серьезных недостатков, связанных с дополнительным травмированием, увеличением времени проведения операции и времени послеоперационной реабилитации пациента.

Перспективным оказался в этом отношении ксеноперикард. Природный полимер, помимо высокой степени биосовместимости с организмом, является высокоэффективным биостимулятором [Севастьянов В. И., 2009]. При пересадке некровоснабжаемых сухожильных трансплантатов сохраняется активность теноцитов, клеток стромы и эндотелия сосудов, а также связей клеточных элементов со структурами матрикса. При пересадке сухожильных аллотрансплантатов их клетки погибают и постепенно замещаются клетками окружающих тканей, что сопровождается сосудистой инвазией. Коллагеновые и эластические волокна способны сохраняться продолжительное время (от 6 месяцев и более) и постепенно замещаются вновь образованными волокнистыми структурами, поэтому репаративные процессы протекают быстрее и с высокой активностью. По этим причинам применение Банков С. Д., 1981; Белоусов А. Е., 1998].

Таким образом, лечение больных с повреждениями сухожилий и связок является актуальной проблемой современной медицины.

Актуальность также обусловлена наличием в ряде случаев больших разволокнением сухожилия или ретракцией мышцы в отдаленном периоде.

Единственным способом устранения дефекта между концами поврежденного сухожилия является его пластика.

аутотканями. Однако такая пластика, во-первых, ведет к дополнительному травмированию донорского места; во-вторых, в ряде случаев ее невозможно выполнить по техническим причинам (забора большого объема аутоткани).

Применение в качестве пластического материала синтетических протезов не оправдало себя со временем из-за высокого процента осложнений и повторных разрывов. Наиболее перспективным направлением в настоящее рассасывающихся биопротезов на основе естественного белка, составляющего основу сухожилия, – коллагена.

отсутствие необходимости в дополнительном оперативном вмешательстве на больном с целью получения аутотрансплантата, ликвидация риска заражения синтетического материала [Morgan T. O., Westney O. L., McGuire E. J., Pubovaginal, 2000].

Представленная работа направлена на исследование пластического биоматериала на основе ксеноперикардиальной ткани, которая после обработки находит применение в реконструктивной кардиохирургии. Ксеноперикард на протяжении уже нескольких десятилетий широко применяется в хирургии протезировании сосудов, биопротезировании и пластике магистральных сосудов и уже доказал свою высокую эффективность применения в этой области медицины.

Многолетний положительный опыт применения ксеноперикарда в сердечно-сосудистой хирургии натолкнул исследователей: на проведение экспериментальных работ по возможности использования его в пластике сухожилий и связок; на исследование биоматериала на основе модифицированного ксеноперикарда для реконструктивно-восстановительной хирургии сухожилий и связок; на проведение сравнительных экспериментальных испытаний прочностных характеристик модифицированного ксеноперикарда в сравнении с секционным материалом сухожилий человека; на изучение в эксперименте морфологической картины и структурных особенностей интеграции модифицированного ксеноперикарда при пластике ахиллова сухожилия животных и ее динамики в различные сроки после операций; на разработку способов новых реконструктивных оперативных вмешательств с использованием модифицированного ксеноперикарда; на оценку эффективности клинического внедрения модифицированного ксеноперикарда при пластике сухожилий и связок. В связи с этим дальнейшее исследование в данном направлении представляется весьма обоснованным и перспективным.

ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Характеристика биологического эндопротеза Работа состоит из экспериментального и клинического разделов. На проведение исследований было получено разрешение локального этического комитета Медицинского института Пензенского государственного университета (ЛЭК – протокол № 5 от 21.12.2009).

В исследованиях использовались ксеноперикардиальные пластины ферментативной обработке с целью снижения антигенности биоматериала. На первой стадии обработки проводилась механическая очистка, затем использовался фермент, позволяющий полностью разрушить и удалить клеточные элементы и гликозаминогликаны межклеточного вещества как основные носители антигенности. Волокнистые белки – коллаген и эластин – сохраняли структуру, а структурная стабилизация превращала биологическую ткань в биополимер.

применения в медицинской практике [Бурцев П. Ю., Евдокимов С. В. и соавт., 2010]. При учете научного интереса данный материал был предложен для возможного применения в травматологии и ортопедии, для пластики сухожилий и связок. Указанный материал выбран для проведения экспериментальной работы. Модифицированный ксеноперикард производства ООО «Кардиоплант» зарегистрирован в установленном порядке в Федеральном агентстве по здравоохранению (ГОСТ ISO 9001 и ГОСТ ISO 13485, технические условия 9444-001-99509105–2009, регистрационное удостоверение № ФСР 2010/07629, сертификат соответствия № РОСС RU.ИМ 0001.13ФК 73 и международный сертификат качества DIN EN ISO 13485.

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИЗДЕЛИЯ

Назначение изделия: пластины ксеноперикардиальные стерильные «Кардиоплант» предназначены для протезирования пораженных участков и дефектов органов и тканей (рисунок 1).

Рисунок 1 – Пластина ксеноперикардиальная «КАРДИОПЛАНТ»

Характеристики изделия: пластины изготовлены из перикарда домашнего скота, обработанного в соответствии с технологическими инструкциями КП.25000.00007 и КП.25000.00008; выполнены в виде прямоугольных листов двух типоразмеров в зависимости от толщины: Т – толщина (в мм) от 0,2 до 0, включительно, Б – свыше 0,5 до 0,7 включительно. Каждый из размеров (длина, ширина) выбирается из размерного ряда: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 10 см.

Пластины одноразового применения поставляются стерильными в герметичной потребительской таре. Гарантийный срок годности – не менее одного года с момента изготовления пластины.

Серозная гладкая скользящая поверхность ксеноперикарда обладает биорезистентностью, способностью материала противостоять воздействиям сред, тканей организма и сохранять физико-химические, механические свойства материала.

Шероховатая поверхность ксеноперикарда обладает высокой биоинтеграцией, возможностью прорастания соединительной ткани в просвет трубчатого трансплантата в зоны контакта с сухожилием.

Уникальный химико-ферментативный метод обработки материала позволяет полностью разрушить межклеточные вещества как основные носители антигенности, а структурная стабилизация ферментом превращает биологическую ткань в биополимер (рисунок 2).

Рисунок 2 – До и после обработки ксеноперикарда 2.2. Методы исследования в эксперименте на животных С целью изучения морфологической картины взаимодействия ксеноперикарда с сухожильной тканью животных использовались 25 кроликов – однополых самцов породы «Шиншилла», в возрасте от 1 до 1,5 года, массой 3,5–4,0 кг. Животные содержались в условиях вивария на базе экспериментальной лаборатории ЗАО «МедИнж», при 12-часовом периоде освещения, комнатной температуре 20±2 °С, влажности 50–70 %.

Уход и содержание экспериментальных животных были стандартными, соответствовали требованиям приказов «Санитарные правила по устройству, оборудованию и содержанию вивариев» от 06.04.1973 № 1045-73, а также № 1179 МЗ СССР от 10.10.1983, № 267 МЗ РФ от 19.06.2003, «Правилам проведения работ с использованием экспериментальных животных», «Правилам по обращению, содержанию, обезболиванию и умерщвлению экспериментальных животных», утвержденными МЗ СССР (1977) и МЗ РСФСР (1977), принципам Европейской конвенции (Стратсбург, 1986) и Хельсинской декларации Всемирной медицинской ассоциации о гуманном обращении с животными (1996).

Кормление животных осуществлялось согласно установленному рациону, с применением растительного витаминизированного питания, с использованием акционерного общества «БиоПро» (Заводской артикул Р-22; ГОСТ Р 50258–92) (Россия), при свободном доступе к воде. Перед проведением эксперимента были определены биологические нормы для всех тестируемых показателей у интактных животных. В качестве зоны вмешательства избраны скакательные сухожилия задних лап. Пяточное сухожилие кроликов представляет собой соединительнотканный тяж толщиной до 6–8 мм и длиной 40–50 мм в зависимости от возраста животного. В исследовании использовались кролики породы «Шиншилла», пяточное сухожилие которых имело толщину до 7 мм и длину до 50 мм. Проведено 25 пластических операций на задних скакательных сухожилиях со швами полиэфирной нитью 2/0.

сухожилий в эксперименте на кроликах. Оперативные вмешательства проводились на Пензенской городской станции по борьбе с болезнями животных, в стерильных условиях, с соблюдением правил асептики и антисептики. Перед операцией у кроликов выбривали волосяной покров в зоне оперативного вмешательства – область ахиллова сухожилия. В операционной обрабатывали кожу дважды раствором йодопирона и дважды 70 % раствором спирта. Оперативное вмешательство проводилось под наркозными препаратами. Введение в наркоз контролировалось визуально и по истечении фазы возбуждения животного. В хирургической стадии наркоза выполнялся срединный продольный разрез кожи в области ахиллова сухожилия и подлежащих тканей. Препарировалась зона ахиллова сухожилия с созданием дефекта длиной 1,0 см. В проксимальный конец сухожилия размещался имплантат из модифицированного ксеноперикарда в виде «трубки» размером 2,51,5 см. После наложения шва сухожилия имплантат расправлялся и фиксировался к дистальному и проксимальному концам ахиллова сухожилия животного. Послойно восстанавливались рассеченные ткани нерассасывающимися нитями (викрил 2/0) непрерывным швом с подкожным расположением последнего. Кожа в области раны обрабатывалась раствором йода. По завершении вмешательства мягкие ткани в окружности операционной раны инфильтрировались раствором антибиотика широкого спектра действия (цефазолин) из расчета 0,01 г на 0,1 кг веса животного. Из состояния наркотического сна кролики выходили спустя 10–15 мин после прекращения подачи эфира. Осложнений в раннем послеоперационном периоде, связанных с наркозом, отмечено не было. Оперированных животных содержали поодиночке.

Метод объективного исследования. В послеоперационном периоде за животными в течение 12-месяцев проводилось объективное наблюдение.

В условиях вивария оценивали течение послеоперационного периода, заживление послеоперационных ран и восстановление активных движений задних лап после гипсовой иммобилизации. Неприемлемым условием эксперимента являлось появление инфекционных осложнений и отторжение материала, что не было отмечено при имплантации в послеоперационном периоде. Результаты исследований животных вошли в опыт.

Выведение животных из опыта производили одномоментным введением наркозного препарата на 21 сутки, через 1, 2, 3, 6 и 12 месяцев до достижения IV стадии наркоза с остановкой дыхания и сердечной деятельности.

С целью визуализации области пластики дефектов сухожилий и последующего гистологического изучения забиралась вся масса ткани области ахиллова сухожилия животного в зоне операционного рубца и имплантата с последующей фиксацией макропрепарата в растворе 10 % формалина в течение 1 суток.

2.3. Материал и методы морфологических исследований Морфологическое исследование материала, полученного в эксперименте, проводили совместно с сотрудниками кафедры анатомии человека Медицинского института Пензенского государственного университета (заведующим кафедрой – д.м.н., профессором О. В. Калминым, к.м.н., доцентом Д. В. Никишиным) и кафедры клинической морфологии и судебной медицины с курсом онкологии (заведующим кафедрой – д.м.н., профессором А. С. Мозеровым, соисполнителем работы – к.м.н., доцентом М. Г. Федоровой, к.м.н., доцентом А. А. Чекушкиным).

Фрагменты иссеченного материала кроликов, полученные в ходе экспериментальных исследований, после обработки буферным раствором обезвоживали растворами спиртов возрастающей концентрации и заливали в парафиновые блоки. Из парафиновых блоков изготавливали срезы толщиной 7–8 мкм, которые окрашивали гематоксилином-эозином.

помощью микроскопа фирмы «Carl Zeiss» под увеличением от 40 до 400 раз.

Морфометрическое исследование выполняли с использованием экспериментальной работы было исследовано 1000 микрофотографий.

микрофотографиях проводили подсчет следующих элементов:

количество лимфоцитов;

количество фибробластов;

количество фиброцитов;

относительная площадь соединительной ткани;

микроциркуляторного русла.

Результаты подсчетов заносили в специально разработанный протокол исследования, которое заключалось в изучении:

ксеноперикардиального трансплантата;

изменений в ксеноперикарде с течением времени и характера его биоинтеграции.

Для световой микроскопии ткань фиксировали в 10 % растворе нейтрального формалина (в термостате при температуре 37–40 °С) на 48 ч.

После этого материал промывали под проточной водой с целью избавления от излишнего фиксатора и проводили обезвоживание и уплотнение материала в спиртах нарастающей концентрации, начиная с 50 % до абсолютного 100 %.

Период нахождения в каждом спирте составлял 5 ч.

Далее материал помещали в равнопроцентную смесь абсолютного спирта и хлороформа на 6 ч и последовательно в первый чистый ксилол и второй чистый ксилол на 1–3 ч в каждый, что обеспечивало необходимое оптимальное уплотнение и дальнейшее пропитывание материала парафином.

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 40 и 400 на микроскопе LeicaDM-1000 при помощи фотокамеры Nikon разрешением 7 мегапикселей.

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.

Рисунок 3 – Экспериментальные образцы ксеноперикарда Все определяемые количественные показатели, а также паспортная часть собирались в виде базы данных с использованием прикладных программ.

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».

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).

использовалась микроскоп фирмы «ZeissPrimoStar iLED» c фотографической насадкой на него «MineoCam 2000». Рентгенографию в стандартных проекциях (прямая рентгенодиагностическом аппарате РДС/4 «АБРИС», дифрактометре D GADDS фирмы Bruker (Венгрия) с использованием стандартных для этих целей режимов. При сомнительной клинической и УЗ-картине повреждения использовался аппарат EXCELART Vantage Atlas X TOSHIBA с частотой 1, 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 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.

Критерием включения больных в исследование является следующий – больные с повреждениями сухожилий и связок.

Критериями исключения служат:

1) пациенты с гнойно-воспалительными заболеваниями мягких тканей;

2) наличие сопутствующих заболеваний в стадии декомпенсации;

3) хронические заболевания в стадии обострения;

4) острые инфекционные заболевания;

5) психические заболевания:

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.

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

БИОМЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СЕКЦИОННОГО

МАТЕРИАЛА СУХОЖИЛИЙ ЧЕЛОВЕКА

И МОДИФИЦИРОВАННОГО КСЕНОПЕРИКАРДА

3.1. Методы прочностных испытаний биоэндопротеза в сравнении с 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].